JP2015012010A - Apparatus for manufacturing thin film, electromechanical conversion element, liquid discharge head and ink jet recording apparatus - Google Patents

Apparatus for manufacturing thin film, electromechanical conversion element, liquid discharge head and ink jet recording apparatus Download PDF

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惇 竹内
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光 下福
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an apparatus for manufacturing thin film capable of suppressing occurrence of clogging at a nozzle opening to maintain good discharge in discharge of a functional ink that is likely to react with moisture in an atmosphere.SOLUTION: An apparatus for manufacturing thin film at least comprises: a stage for holding a substrate; a liquid discharge head 208 which is arranged opposite to the stage and discharges a functional ink having reactivity with water from a nozzle in an ink jet method to apply the functional ink onto the substrate; and a cap member 60 for capping a discharge surface 208a of the liquid discharge head 208, in which humidity of an atmosphere in the inside 60a of the cap member sealed by capping is adjusted.

Description

本発明は、電気機械変換膜などの薄膜を製造するための薄膜製造装置、該薄膜製造装置により製造された電気機械変換膜を備える電気機械変換素子、並びに前記電気機械変換素子を備える液体吐出ヘッド及びインクジェット記録装置に関する。
に関する。
The present invention relates to a thin film manufacturing apparatus for manufacturing a thin film such as an electromechanical conversion film, an electromechanical conversion element including an electromechanical conversion film manufactured by the thin film manufacturing apparatus, and a liquid discharge head including the electromechanical conversion element And an ink jet recording apparatus.
About.

プリンタ、ファクシミリ、複写装置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は、塗布対象物に液滴(インク滴)を吐出する液体吐出ヘッド(以下、「インクジェットヘッド」ともいう)を備える。
液体吐出ヘッドの構成としては、インク滴を吐出するノズルと、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、液室等ともいう)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またはヒータ等の電気熱変換素子と、インク流路の壁面を形成する振動板と、エネルギー発生手段とを備え、該エネルギー発生手段で発生したエネルギーにより加圧室内のインクが加圧されることでノズルからインク滴が吐出されるものが知られている。
2. Description of the Related Art An ink jet recording apparatus used as an image forming apparatus such as a printer, a facsimile machine, and a copying apparatus includes a liquid ejection head (hereinafter also referred to as “ink jet head”) that ejects liquid droplets (ink droplets) onto an object to be coated.
The liquid ejection head includes a nozzle that ejects ink droplets, a pressure chamber (also referred to as an ink flow path, a pressure liquid chamber, a pressure chamber, a discharge chamber, and a liquid chamber) that communicates with the nozzle, and a pressure chamber. Energy generated by the energy generation means, comprising: an electromechanical conversion element such as a piezoelectric element that pressurizes the ink, or an electrothermal conversion element such as a heater; a diaphragm that forms a wall surface of the ink flow path; and an energy generation means. As a result, an ink droplet is ejected from a nozzle by pressurizing ink in a pressurizing chamber.

インクジェット記録装置の待機中などに液滴吐出ヘッドが空気中に放置されると、時間の経過と共にインクの溶媒が蒸発するため、インクが乾燥してノズル孔近傍のインク粘度が増加してインクが吐出されにくくなることがある。このような吐出不良の発生を防止する方法が提案されている(例えば、特許文献1及び2参照)。   If the droplet discharge head is left in the air during standby of the ink jet recording apparatus or the like, the ink solvent evaporates over time, so that the ink dries and the ink viscosity near the nozzle holes increases and the ink is discharged. It may become difficult to be discharged. A method for preventing such a discharge failure has been proposed (see, for example, Patent Documents 1 and 2).

特許文献1には、ジェット式記録ヘッドのノズル形成面を封止し、負圧発生手段からの負圧を受けてノズル開口からインクを吸引排出させることができるキャッピング手段を備え、該キャッピング手段には、記録ヘッドのノズル形成面を封止する開口部からインク排出口に向かって連続的に縮小し、キャッピング手段内のインクを排出口に向かって案内する傾斜面を有するテーパ状の空間部が形成され、且つインク排出口から負圧発生手段に連通する管路には、毛細管作用により液体を保持することができる液体保持手段が施されたインクジェット式記録装置が記載されている。   Patent Document 1 includes a capping unit that seals a nozzle forming surface of a jet type recording head, and receives a negative pressure from a negative pressure generating unit to suck and discharge ink from the nozzle opening. Is a taper-shaped space having an inclined surface that continuously shrinks from the opening that seals the nozzle formation surface of the recording head toward the ink discharge port and guides the ink in the capping unit toward the discharge port. There is described an ink jet recording apparatus in which a liquid holding means capable of holding a liquid by a capillary action is applied to a pipe line formed and communicated from an ink discharge port to a negative pressure generating means.

一方、特許文献2には、キャッピング装置により液滴吐出ヘッドのノズル開口を封止したままの状態であっても、封止部内に保湿液を供給可能とすることによりノズル開口等の目詰まり等を防止するために、封止部内に吸収材が設けられるとともに、封止部と吸収材とを貫通する第1の連通管及び第2の連通管とが設けられており、第1の連通管に空間を減圧する第1のポンプが接続され、第2の連通管には空間内部に保湿液を供給する第2のポンプが接続されたインクジェット式記録装置が記載されている。   On the other hand, in Patent Document 2, even when the nozzle opening of the droplet discharge head is still sealed by the capping device, clogging of the nozzle opening and the like is enabled by allowing the moisturizing liquid to be supplied into the sealing portion. In order to prevent this, an absorbent material is provided in the sealing part, and a first communication pipe and a second communication pipe that penetrate the sealing part and the absorbent material are provided, and the first communication pipe is provided. An ink jet recording apparatus is described in which a first pump for decompressing the space is connected, and a second pump for supplying moisturizing liquid to the interior of the space is connected to the second communication pipe.

ところで、セラミックなどを作製する方法の一つとして知られているゾルゲル法では、前駆体溶液をインクジェット方式で塗布する方法が提案されている。例えば、インクジェットヘッドの電気機械変換素子を構成する薄膜の電気機械変換膜を、インクジェット法により機能性インク(例えば、PZT前駆体)を滴下し、所定のパターンに形成する技術が知られている(例えば、特許文献3参照)。   By the way, in the sol-gel method known as one of methods for producing ceramics or the like, a method of applying a precursor solution by an ink jet method has been proposed. For example, a technique is known in which a functional ink (for example, PZT precursor) is dropped onto a thin electromechanical conversion film constituting an electromechanical conversion element of an inkjet head by an inkjet method to form a predetermined pattern ( For example, see Patent Document 3).

特許文献3には、基板に形成された第1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し、該電気機械変換膜上に第2の電極を形成する方法において、電気機械変換膜の形成工程でゾルゲル法が使用され、前駆体液をインクジェットで塗布する技術が開示されている。   In Patent Document 3, an electromechanical conversion film is formed on a first electrode formed on a substrate by an ink jet method, and a second electrode is formed on the electromechanical conversion film. A sol-gel method is used in the forming process, and a technique for applying the precursor liquid by inkjet is disclosed.

ゾルゲル法で用いられる前駆体ゾルゲルインクなどの機能性インクは、雰囲気中の水分と反応して加水分解・重縮合反応が進行し、ノズル開口に固着してしまうことがある。
すなわち、薄膜製造装置の液体吐出ヘッドに充填された前駆体液は、装置の休止中や待機中に、ノズル開口での溶媒の揮発に加え、雰囲気中の水との反応によっても固着してノズル詰まりを起こしやすいため、特許文献1及び2などに記載の方法によりノズル開口からの乾燥を防ぐだけでは吐出不良の発生を防止する効果が得られにくいという問題がある。
A functional ink such as a precursor sol-gel ink used in the sol-gel method may react with moisture in the atmosphere to cause a hydrolysis / polycondensation reaction and stick to the nozzle opening.
That is, the precursor liquid filled in the liquid discharge head of the thin film manufacturing apparatus adheres not only to the volatilization of the solvent at the nozzle opening but also to the reaction with water in the atmosphere during the rest or standby of the apparatus, and clogs the nozzle. Therefore, there is a problem that it is difficult to obtain the effect of preventing the occurrence of defective discharge only by preventing the drying from the nozzle opening by the methods described in Patent Documents 1 and 2.

インクジェット法によりゾルゲル前駆体液(PZT前駆体)などの機能性インクを吐出し、電気機械変換膜を形成する装置において、液体吐出ヘッドのノズル開口でのインク固着による目詰まりの発生を防止し、良好な吐出を維持することができる技術が求められている。   In a device that discharges functional ink such as sol-gel precursor liquid (PZT precursor) by an inkjet method to form an electromechanical conversion film, it prevents clogging due to ink sticking at the nozzle opening of the liquid discharge head, and is good There is a need for a technique that can maintain accurate discharge.

そこで、本発明は上記課題を鑑み、雰囲気中の水分と反応しやすい機能性インクの吐出において、ノズル開口での目詰まりの発生を防止し、良好な吐出を維持可能な薄膜製造装置を提供することを目的とする。   Therefore, in view of the above problems, the present invention provides a thin film manufacturing apparatus capable of preventing clogging at a nozzle opening and maintaining good discharge in discharging functional ink that easily reacts with moisture in the atmosphere. For the purpose.

上記課題を解決するために、本発明に係る薄膜製造装置は、基板を保持するステージと、前記ステージに対向して配置され、水と反応性を有する機能性インクをインクジェット法によりノズルから吐出して前記基板上に塗布する液体吐出ヘッドと、前記液体吐出ヘッドの吐出面をキャッピングするキャップ部材とを少なくとも備え、キャッピングにより密閉された前記キャップ部材内部の雰囲気の湿度が調整されることを特徴とする薄膜製造装置である。   In order to solve the above-described problems, a thin film manufacturing apparatus according to the present invention discharges a functional ink that is disposed opposite to a stage that holds a substrate and has water and reactivity from the nozzle by an inkjet method. At least a liquid discharge head to be coated on the substrate and a cap member for capping the discharge surface of the liquid discharge head, wherein the humidity of the atmosphere inside the cap member sealed by capping is adjusted. It is a thin film manufacturing apparatus.

本発明によれば、雰囲気中の水分と反応しやすい機能性インクの吐出において、ノズル開口での目詰まりの発生を防止し、良好な吐出を維持可能な薄膜製造装置を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a thin film manufacturing apparatus capable of preventing clogging at a nozzle opening and maintaining good discharge in discharging functional ink that easily reacts with moisture in the atmosphere.

本実施形態の薄膜製造装置が備えるキャッピング手段の一例を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows an example of the capping means with which the thin film manufacturing apparatus of this embodiment is provided. 本実施形態の薄膜製造装置が備えるキャッピング手段の一例を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows an example of the capping means with which the thin film manufacturing apparatus of this embodiment is provided. 本実施形態の薄膜製造装置が備えるキャッピング手段の一例を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows an example of the capping means with which the thin film manufacturing apparatus of this embodiment is provided. 電気機械変換膜の材料である機能性インク(前駆体液)の合成方法の一例を示す流れ図である。It is a flowchart which shows an example of the synthesis | combining method of the functional ink (precursor liquid) which is a material of an electromechanical conversion film. 電気機械変換素子の形成方法の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the formation method of an electromechanical conversion element. 本実施形態の薄膜製造装置の一例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows an example of the thin film manufacturing apparatus of this embodiment. 電気機械変換素子の形成方法の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the formation method of an electromechanical conversion element. 本実施形態にかかる液体吐出ヘッドの一例を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows an example of the liquid discharge head concerning this embodiment. 本実施形態にかかる液体吐出ヘッドの一例を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows an example of the liquid discharge head concerning this embodiment. 本実施形態にかかるインクジェット記録装置であるインクジェットプリンタの一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of the inkjet printer which is an inkjet recording device concerning this embodiment. 本実施形態にかかるインクジェット記録装置であるインクジェットプリンタの一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the inkjet printer which is an inkjet recording device concerning this embodiment. 本実施形態の偏向ミラーの一例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows an example of the deflection | deviation mirror of this embodiment. 本実施形態の加速度センサの一例を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows an example of the acceleration sensor of this embodiment. 本実施形態のHDDのヘッド位置調整手段の一例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows an example of the head position adjustment means of HDD of this embodiment. 本実施形態の圧電発電素子の一例を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows an example of the piezoelectric power generation element of this embodiment. 本実施形態の強誘電体メモリの一例を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows an example of the ferroelectric memory of this embodiment. 本実施形態の角速度センサの一例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows an example of the angular velocity sensor of this embodiment. 本実施形態のマイクロポンプの一例を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows an example of the micropump of this embodiment. 本実施形態のマイクロバルブの一例を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows an example of the microvalve of this embodiment.

以下、本発明に係る薄膜製造装置、電気機械変換素子、液体吐出ヘッド及びインクジェット記録装置について図面を参照して説明する。なお、本発明は以下に示す実施例の実施形態に限定されるものではなく、他の実施形態、追加、修正、削除など、当業者が想到することができる範囲内で変更することができ、いずれの態様においても本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。   Hereinafter, a thin film manufacturing apparatus, an electromechanical conversion element, a liquid discharge head, and an ink jet recording apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings. It should be noted that the present invention is not limited to the embodiments of the examples shown below, and other embodiments, additions, modifications, deletions, and the like can be changed within a range that can be conceived by those skilled in the art. Any aspect is included in the scope of the present invention as long as the operations and effects of the present invention are exhibited.

〔薄膜製造装置〕
本実施形態に係る薄膜製造装置は、基板を保持するステージと、前記ステージに対向して配置され、水と反応性を有する機能性インクをインクジェット法によりノズルから吐出して前記基板上に塗布する液体吐出ヘッドと、前記液体吐出ヘッドの吐出面をキャッピングするキャップ部材とを少なくとも備え、キャッピングにより密閉された前記キャップ部材内部の雰囲気の湿度が調整される。
[Thin film manufacturing equipment]
The thin film manufacturing apparatus according to the present embodiment is disposed on a stage that holds a substrate and a functional ink that is disposed opposite to the stage and has reactivity with water from a nozzle by an inkjet method. At least a liquid discharge head and a cap member for capping the discharge surface of the liquid discharge head are provided, and the humidity of the atmosphere inside the cap member sealed by capping is adjusted.

前記ステージ及び/又は液体吐出ヘッドを相対的に移動させて前記基板上に機能性インクを吐出し任意のパターンで塗布する液体吐出塗布機構部と、前記基板上の機能性インクを加熱し結晶化させて機能性薄膜とする加熱機構部とを備える。
なお、加熱機構部において機能性インクを加熱する手段としては、ホットプレート、オーブン、あるいはハロゲンランプ、キセノンランプ、赤外線ランプ等の加熱手段や、YAGレーザ、COレーザ、Arレーザ等のレーザ照射手段を用いる。
本発明の薄膜製造装置は、液体吐出塗布機構部に特徴を有するため、以下、該液体吐出塗布機構部について説明する。
The stage and / or the liquid discharge head is relatively moved to discharge the functional ink onto the substrate and apply in an arbitrary pattern, and the functional ink on the substrate is heated and crystallized. And a heating mechanism unit that is a functional thin film.
In addition, as a means for heating the functional ink in the heating mechanism section, a heating means such as a hot plate, an oven, a halogen lamp, a xenon lamp, an infrared lamp, or a laser irradiation means such as a YAG laser, a CO 2 laser, an Ar laser, etc. Is used.
Since the thin film manufacturing apparatus of the present invention is characterized by the liquid discharge application mechanism unit, the liquid discharge application mechanism unit will be described below.

図6は、薄膜製造装置に用いられる液体吐出塗布機構部の構成例を示す斜視図である。
図6に示すように、液体吐出塗布機構部はいわゆるインクジェット塗布装置であって、装置のベースとなる架台200と、架台200の上に設置され、ステージ203をY軸方向に移動させるY軸駆動手段201と、該Y軸駆動手段201の上に設置され、その上に基板202を保持するステージ203と、ステージ203上に対向して配置され、機能性インクを吐出する液体吐出ヘッド(インクジェットヘッド)208と、ヘッドベース206を介して液体吐出ヘッド208を支持するとともにZ軸方向に移動させるZ軸駆動手段211と、液体吐出ヘッド208、ヘッドベース206及びZ軸駆動手段211を支持してX軸方向に移動させるX軸駆動手段205と、該X軸駆動手段205を支持するX軸支持部材204と、ヘッドメンテナンス手段209とを備える。
FIG. 6 is a perspective view illustrating a configuration example of a liquid discharge coating mechanism used in the thin film manufacturing apparatus.
As shown in FIG. 6, the liquid discharge application mechanism is a so-called inkjet coating apparatus, which is a base 200 as a base of the apparatus, and is installed on the base 200, and a Y-axis drive that moves the stage 203 in the Y-axis direction. Means 201, a stage 203 which is installed on the Y-axis driving means 201 and holds the substrate 202 thereon, and is disposed opposite to the stage 203 and ejects functional ink (inkjet head). ) 208, a Z-axis drive unit 211 that supports the liquid discharge head 208 via the head base 206 and moves it in the Z-axis direction, and supports the liquid discharge head 208, the head base 206, and the Z-axis drive unit 211 to support X. An X-axis drive unit 205 that moves in the axial direction, an X-axis support member 204 that supports the X-axis drive unit 205, and head maintenance And a Nsu means 209.

ここで、液体吐出ヘッド208は、図8に示すように、振動板30と、振動板30上に設けられた圧電素子である電気機械変換素子40と、機能性インクが充填される圧力室(個別液室ともいう)21と、機能性インクを吐出する液滴吐出孔であるノズル11が圧力室21に対応して設けられたノズル板10と、を有する。   Here, as shown in FIG. 8, the liquid discharge head 208 includes a vibration plate 30, an electromechanical transducer 40 that is a piezoelectric element provided on the vibration plate 30, and a pressure chamber (filled with functional ink). 21) and a nozzle plate 10 provided with nozzles 11 serving as droplet discharge holes for discharging functional ink corresponding to the pressure chambers 21.

また、圧力室21は、振動板30と、圧力室基板20の壁面(隔壁部)と、ノズル板10と、で囲まれた空間である。
振動板30の圧力室21とは反対面側に、電気機械変換素子40が形成されている。また、圧力室21の振動板30に対向する板面がノズル板10となっている。
The pressure chamber 21 is a space surrounded by the diaphragm 30, the wall surface (partition wall portion) of the pressure chamber substrate 20, and the nozzle plate 10.
An electromechanical conversion element 40 is formed on the surface of the diaphragm 30 opposite to the pressure chamber 21. The plate surface of the pressure chamber 21 facing the diaphragm 30 is the nozzle plate 10.

このように構成されたインクジェットヘッド208において、各圧力室21内に機能性インクが満たされた状態で、図示しない制御部から所定のパターンデータに基づいて、発振回路により、吐出を行いたいノズル11に対応する上部電極44に対して、パルス電圧を印加する。この電圧パルスを印加することにより、電気機械変換膜43は、圧電効果により電気機械変換膜43そのものが振動板30と平行方向に縮むことにより、振動板30が圧力室21側に凸となるように撓むことになる。これにより、圧力室21内の圧力が急激に上昇して、圧力室21に連通するノズル11から機能性インクが吐出されるようになる。このとき、ノズル11から数十〜数百の液滴が連続的に吐出される。次に、パルス電圧印加後は、縮んだ電気機械変換膜43が元に戻ることから撓んだ振動板30は、元の位置に戻り、機能性インクが図示しない共通液室から圧力室21に供給される。以上の動作制御を繰り返すことにより、液体吐出ヘッド208は機能性インクの液滴を連続的に吐出できる。なお、不図示のインクタンクからインク供給用パイプ210を経由して液体吐出ヘッド208に機能性インクが供給されるようになっている。   In the ink jet head 208 configured as described above, the nozzle 11 to be ejected by the oscillation circuit based on predetermined pattern data from a control unit (not shown) in a state where the functional ink is filled in each pressure chamber 21. A pulse voltage is applied to the upper electrode 44 corresponding to. By applying this voltage pulse, the electromechanical conversion film 43 is contracted in the direction parallel to the vibration plate 30 by the piezoelectric effect so that the vibration plate 30 becomes convex toward the pressure chamber 21 side. Will be bent. As a result, the pressure in the pressure chamber 21 is rapidly increased, and the functional ink is ejected from the nozzle 11 communicating with the pressure chamber 21. At this time, several tens to several hundreds of droplets are continuously discharged from the nozzle 11. Next, after applying the pulse voltage, the contracted electromechanical conversion film 43 returns to its original position, so that the flexed diaphragm 30 returns to its original position, and the functional ink is transferred from the common liquid chamber (not shown) to the pressure chamber 21. Supplied. By repeating the above-described operation control, the liquid ejection head 208 can continuously eject functional ink droplets. It should be noted that functional ink is supplied from an ink tank (not shown) to the liquid discharge head 208 via the ink supply pipe 210.

ステージ203は、真空、静電気などを利用して基板202をステージ203の主面上に吸着して保持する吸着手段を有する。   The stage 203 has an adsorbing unit that adsorbs and holds the substrate 202 on the main surface of the stage 203 using vacuum, static electricity, or the like.

ヘッドメンテナンス手段209は、空吐出された空吐出滴を受ける廃液受容手段、液体吐出ヘッド208の吐出面をキャッピングするキャッピング手段、及び吸引手段を有している。
液体吐出ヘッド208は、装置の休止中または待機中にはヘッドメンテナンス手段209側に移動されて、キャッピング手段によりキャッピングされて、吐出面を乾燥や空気中の水分との反応から防護する。
The head maintenance unit 209 includes a waste liquid receiving unit that receives an empty discharged droplet, a capping unit that caps the discharge surface of the liquid discharge head 208, and a suction unit.
The liquid discharge head 208 is moved to the head maintenance means 209 side during the rest or standby of the apparatus and is capped by the capping means to protect the discharge surface from drying and reaction with moisture in the air.

図1〜図3に、キャッピング手段の構成例を示す。
図1は、液体吐出ヘッド208のノズル11が形成されたノズル面208aを封止するキャップ部材60と、キャップ部材60の内部に連通して接続され、キャップ部材60内部へ湿度が制御された雰囲気ガスを供給するパージ手段を有する構成を示したもので、図1(A)はキャッピングを行う直前の状態を、図1(B)は、キャッピングされた状態をそれぞれ示している。
1 to 3 show a configuration example of the capping means.
FIG. 1 shows a cap member 60 that seals the nozzle surface 208a on which the nozzle 11 of the liquid discharge head 208 is formed, and an atmosphere that is connected in communication with the inside of the cap member 60 and the humidity is controlled inside the cap member 60. FIG. 1A shows a state immediately before capping, and FIG. 1B shows a capped state. FIG. 1A shows a configuration having a purge means for supplying gas.

キャップ部材60を液体吐出ヘッドのノズル面208aに押し当てることにより密閉空間60aが形成される。キャップ部材60とノズル面208aとの間にはシール部材61が設けられ、キャップ部材60とノズル面208aとの密着性が高められている。
パージ手段は、雰囲気ガス供給手段70と雰囲気ガス供給管71からなる。キャップ部材60の内部に接続された雰囲気ガス供給管71を介し、連通した雰囲気ガス供給手段70から低湿度の雰囲気ガスが供給される。
The sealed space 60a is formed by pressing the cap member 60 against the nozzle surface 208a of the liquid ejection head. A seal member 61 is provided between the cap member 60 and the nozzle surface 208a to improve the adhesion between the cap member 60 and the nozzle surface 208a.
The purge means includes an atmosphere gas supply means 70 and an atmosphere gas supply pipe 71. Low-humidity atmosphere gas is supplied from the atmosphere gas supply means 70 connected through the atmosphere gas supply pipe 71 connected to the inside of the cap member 60.

水と反応性を有する機能性インクは、雰囲気中の水分と反応して加水分解・重縮合反応を起こしてゲル化し、液体吐出ヘッド208のノズル11開口で固着してノズルの目詰まりを引き起こすが、図1(A)及び図1(B)に示す構成により密閉されたキャップ部材内部60aの雰囲気の湿度を低くすることにより、これを防止することができる。
さらに、密閉されたキャップ部材内部60aでは、ノズル11開口から揮発した溶媒が密閉空間にとどまり、溶媒の蒸気圧が徐々に高まるため、溶媒の乾燥が抑制されることにより、ノズルの目詰まりをより確実に防止することができる。
The functional ink having reactivity with water reacts with moisture in the atmosphere to cause hydrolysis and polycondensation reaction to gel, and adheres at the opening of the nozzle 11 of the liquid discharge head 208 to cause clogging of the nozzle. This can be prevented by lowering the humidity of the atmosphere inside the cap member 60a sealed with the configuration shown in FIGS. 1 (A) and 1 (B).
Furthermore, in the sealed cap member interior 60a, the solvent volatilized from the opening of the nozzle 11 stays in the sealed space, and the vapor pressure of the solvent gradually increases. It can be surely prevented.

キャッピング及び低湿度雰囲気ガス供給の方法としては、例えば、図1(A)に示す状態において雰囲気ガス供給手段70から低湿度の雰囲気ガスを供給し、キャップ部材60内の雰囲気を低湿度雰囲気で置換した後、液体吐出ヘッド208のノズル面208aにキャップ部60を押し当てて図1(B)に示すようにキャッピングすることができる。   As a method for capping and supplying low-humidity atmospheric gas, for example, low-humidity atmospheric gas is supplied from the atmospheric gas supply means 70 in the state shown in FIG. 1A, and the atmosphere in the cap member 60 is replaced with low-humidity atmosphere. After that, the cap unit 60 can be pressed against the nozzle surface 208a of the liquid discharge head 208 to perform capping as shown in FIG.

低湿度雰囲気ガスとしては特に限定されないが、例えば、乾燥窒素が挙げられる。
装置の休止中または待機中におけるキャップ部材内部60aの雰囲気の湿度は、重量絶対湿度で10g/kg(DA:dry airの略)以下であることが好ましく、5g/kg(DA)以下であることがより好ましい。
例えば、機能性インクとして後述する前駆体液を液体吐出ヘッド208に充填し、湿度10g/kg(DA)の雰囲気に放置したところ、ノズルの目詰まりが発生するまでの時間は約1分であった。一方、湿度5g/kg(DA)の雰囲気に放置したところ、10分経過してもノズルの目詰まりはみられなかった。
Although it does not specifically limit as low humidity atmospheric gas, For example, dry nitrogen is mentioned.
The humidity of the atmosphere inside the cap member 60a during the rest or standby of the apparatus is preferably 10 g / kg (DA: abbreviation of dry air) or less in terms of weight absolute humidity, and is 5 g / kg (DA) or less. Is more preferable.
For example, when the precursor liquid described later as functional ink is filled in the liquid discharge head 208 and left in an atmosphere with a humidity of 10 g / kg (DA), the time until nozzle clogging occurs is about 1 minute. . On the other hand, when left in an atmosphere with a humidity of 5 g / kg (DA), the nozzles were not clogged even after 10 minutes.

前駆体液を塗布して形成された薄膜の強誘電特性などの膜質は、塗布時の湿度に大きな影響を受けることが知られている(例えば、非特許文献1:T. Schneller, R. Waser, J. Sol−Gel Sci. Technol., 42, 337(2007).)。このため、塗布時の雰囲気の湿度とキャップ部材内部60aの雰囲気の湿度とを独立に制御することができることが好ましく、図1に示すようなキャッピング手段とパージ手段とを備える態様が好適である。   It is known that film quality such as ferroelectric properties of a thin film formed by applying a precursor liquid is greatly affected by humidity during application (for example, Non-Patent Document 1: T. Schneller, R. Waser, J. Sol-Gel Sci. Technol., 42, 337 (2007).). For this reason, it is preferable that the humidity of the atmosphere at the time of application and the humidity of the atmosphere inside the cap member 60a can be controlled independently, and an embodiment including a capping unit and a purge unit as shown in FIG. 1 is preferable.

一方、湿度の厳密な制御が要求されない場合には、装置全体を低湿度雰囲気とすることにより、図2に示すように、パージ手段を省略したキャッピング手段のみを備える態様とすることも可能である。   On the other hand, in the case where strict control of humidity is not required, it is also possible to provide a mode in which only the capping means without the purge means is provided, as shown in FIG. .

キャッピング手段の他の態様を図3に示す。
図3は、キャップ部材60の内部に液体を保持可能な液体保持部62と、液面センサ63とを備える構成を示している。
液体保持部62に保持される液体は、機能性インクの溶媒を構成する少なくとも一つの成分からなる液体である。機能性インクの溶媒については後述するが、本実施形態では例えば、PZT前駆体液において溶媒を構成する成分である2−メトキシエタノールを選択することができる。
Another aspect of the capping means is shown in FIG.
FIG. 3 shows a configuration including a liquid holding unit 62 capable of holding a liquid and a liquid level sensor 63 inside the cap member 60.
The liquid held in the liquid holding unit 62 is a liquid composed of at least one component constituting the solvent of the functional ink. Although the solvent of the functional ink will be described later, in this embodiment, for example, 2-methoxyethanol which is a component constituting the solvent in the PZT precursor liquid can be selected.

図3に示す形態では、キャップ部材60の内部と雰囲気ガス/液体供給管65及び雰囲気ガス/液体供給手段64が接続されており、パージ手段と液体供給手段とは、図示しない切替弁を切り替えることにより、雰囲気ガスと液体との供給を切り替えることができる。   In the form shown in FIG. 3, the inside of the cap member 60 is connected to the atmospheric gas / liquid supply pipe 65 and the atmospheric gas / liquid supply means 64, and the purge means and the liquid supply means switch a switching valve (not shown). Thus, the supply of the atmospheric gas and the liquid can be switched.

まず、キャッピング前に液面センサ63で液体保持部62の液面を検知する。液面が低い場合、雰囲気ガス/液体供給手段64から液体保持部62に液体を供給する。次に雰囲気ガス/液体供給手段64から低湿度雰囲気を供給し、キャップ部内60aの雰囲気を低湿度雰囲気で置換する。その後、液体吐出ヘッド208のノズル面208aにキャップ部材60を押し付けてキャッピングする。   First, the liquid level of the liquid holding unit 62 is detected by the liquid level sensor 63 before capping. When the liquid level is low, the liquid is supplied from the atmospheric gas / liquid supply means 64 to the liquid holding unit 62. Next, a low humidity atmosphere is supplied from the atmosphere gas / liquid supply means 64, and the atmosphere in the cap portion 60a is replaced with the low humidity atmosphere. Thereafter, the cap member 60 is pressed against the nozzle surface 208a of the liquid discharge head 208 to perform capping.

図3の構成によれば、ノズル開口部の前駆体液からだけでなく、液体保持部62の液体からも溶媒が揮発するため、溶媒の蒸気圧が速やかに高まり、図1に示した構成よりも溶媒の乾燥が抑制され、ノズルの目詰まりを確実に防止することができる。   According to the configuration of FIG. 3, since the solvent volatilizes not only from the precursor liquid at the nozzle opening but also from the liquid in the liquid holding unit 62, the vapor pressure of the solvent increases rapidly, which is higher than the configuration illustrated in FIG. 1. Drying of the solvent is suppressed and nozzle clogging can be reliably prevented.

〔機能性インク〕
本実施形態の薄膜製造装置においてノズルから吐出され、前記基板上に塗布される前記機能性インクとしては、製造する薄膜の種類に応じて適宜選択することができるが、例えば、電気機械変換膜を製造する場合における金属アルコキシドを含む機能性インクが挙げられ、前記金属アルコキシドは、Pb、Zr及びTiの少なくともいずれかを含有するものが挙げられる。
[Functional ink]
The functional ink ejected from the nozzle and applied onto the substrate in the thin film manufacturing apparatus of the present embodiment can be appropriately selected according to the type of thin film to be manufactured. For example, an electromechanical conversion film is used. The functional ink containing the metal alkoxide in the case of manufacturing is mentioned, The said metal alkoxide includes what contains at least any one of Pb, Zr, and Ti.

以下、機能性インクとしてPZT(ジルコン酸チタン酸鉛)をゾル−ゲル法で成膜する際に用いられる前駆体液を用いた例について説明する。この前駆体液の合成は、文献記載の方法(例えば、非特許文献2:T. Iijima, et al., Int. J. Appl. Ceram. Technol., 3, 442(2006).)に記載の方法により行うことができる。
合成方法の流れを図4に示す。
Hereinafter, an example using a precursor liquid used when forming a film of PZT (lead zirconate titanate) as a functional ink by a sol-gel method will be described. The synthesis of the precursor liquid is performed according to a method described in literature (for example, Non-Patent Document 2: T. Iijima, et al., Int. J. Appl. Ceram. Technol., 3, 442 (2006)). Can be performed.
The flow of the synthesis method is shown in FIG.

PZT前駆体液の出発材料としては、酢酸鉛三水和物Pb(CHCOO)・3HO、ジルコニウムテトラノルマルプロポキシドZr(OCHCHCH、チタニウムテトライソプロポキシドTi[OCH(CHを用いることができる。
これらの出発材料は、Pb(Zr0.53,Ti0.47)O、一般的にはPZT(53/47)と示されるジルコン酸チタン酸鉛の化学両論組成に対し、鉛量が20mol%過剰になる組成、即ちPb1.20(Zr0.53,Ti0.47)Oとなるように秤量する。これは、塗布されたゾルゲル液膜の加熱処理中に発生する、いわゆる「鉛抜け」による結晶性低下を防ぐためである。
As starting materials for the PZT precursor liquid, lead acetate trihydrate Pb (CH 3 COO) 2 .3H 2 O, zirconium tetranormal propoxide Zr (OCH 2 CH 2 CH 3 ) 4 , titanium tetraisopropoxide Ti [ OCH (CH 3 ) 2 ] 4 can be used.
These starting materials are composed of Pb (Zr 0.53 , Ti 0.47 ) O 3 , generally lead zirconate titanate, generally indicated as PZT (53/47), with a lead content of 20 mol. It is weighed so that the composition becomes% excess, that is, Pb 1.20 (Zr 0.53 , Ti 0.47 ) O 3 . This is to prevent the deterioration of crystallinity caused by so-called “lead loss” that occurs during the heat treatment of the applied sol-gel liquid film.

秤量後、まず酢酸鉛三水和物を主溶媒である2−メトキシエタノールCHOCHCHOHに溶解する(S01)。次いで、溶媒の沸点にて加熱・還流し(S02)、水和物の脱水および酢酸鉛のアルコール交換処理を行う(S03)。 After weighing, first, lead acetate trihydrate is dissolved in 2 -methoxyethanol CH 3 OCH 2 CH 2 OH as a main solvent (S01). Next, heating and refluxing are performed at the boiling point of the solvent (S02), and hydrate dehydration and alcohol exchange treatment of lead acetate are performed (S03).

続いて脱水・アルコ−ル交換処理した前記酢酸鉛の2−メトキシエタノール溶液に対し、ジルコニウムテトラノルマルプロポキシドおよびチタニウムテトライソプロポキシドを投入し(S04)、加熱・還流し(S05)、アルコール交換反応、重縮合反応を進行させる(S06)。   Subsequently, zirconium tetranormal propoxide and titanium tetraisopropoxide are added to the 2-methoxyethanol solution of lead acetate subjected to dehydration and alcohol exchange treatment (S04), heated and refluxed (S05), and alcohol exchange is performed. Reaction and polycondensation reaction are allowed to proceed (S06).

アルコキシド化合物を2−メトキシエタノール溶液に溶解させ、金属アルコキシドの加水分解を防止するために安定剤として微量の酢酸CHCOOHを添加し(S07)、固形分濃度を調整し(S08)、PZT前駆体ゾルゲル液が得られる(S09)。ステップS08において、固形分濃度は、例えば0.5mol/Lとすることができるが、これに限定されない。 An alkoxide compound is dissolved in a 2-methoxyethanol solution, a small amount of acetic acid CH 3 COOH is added as a stabilizer to prevent hydrolysis of the metal alkoxide (S07), the solid content concentration is adjusted (S08), and the PZT precursor A body sol-gel solution is obtained (S09). In step S08, the solid content concentration can be, for example, 0.5 mol / L, but is not limited thereto.

次に、得られた前駆体ゾルゲル液を、機能性インクとして薄膜製造装置によりインクジェット方式で塗布するためのインク化工程を行う(S10)。
ステップS10のインク化工程における機能性インクの調製では、インクの乾燥速度を調整するために、調製された前駆体液と相溶性があり、調製前の前駆体液で使用されている溶媒成分(主溶媒)よりも沸点の高い溶媒(以下、「副溶媒」という)を添加し、撹拌する。使用される副溶媒としては、アルコール類、グリコール類、及びエーテル類のいずれか1種類または複数種類を使用することができ、このような副溶媒を添加することでインクジェット方式により安定的に塗布可能なインク化前駆体液が得られる。
Next, an ink forming step for applying the obtained precursor sol-gel solution as a functional ink by a thin film manufacturing apparatus by an inkjet method is performed (S10).
In the preparation of the functional ink in the ink forming process in step S10, in order to adjust the drying speed of the ink, the solvent component (main solvent) that is compatible with the prepared precursor liquid and is used in the precursor liquid before preparation is used. The solvent having a boiling point higher than that of the above (hereinafter referred to as “sub-solvent”) is added and stirred. Any one or more of alcohols, glycols, and ethers can be used as a subsolvent. By adding such a subsolvent, it can be stably applied by an ink jet method. An inking precursor liquid is obtained.

本実施形態においては、主溶媒として2−メトキシエタノールを用い、副溶媒として主溶媒よりも沸点が高くゾルゲル液との相溶性のよい1−ノナノール(CH(CHOH)を用いることができる。主溶媒と副溶媒の体積比を1:1とし、前駆体液の固形分濃度を希釈することにより、機能性インクが得られる。固形分濃度としては、例えば、0.3mol/Lとすることができるが、これに限定されない。 In the present embodiment, 2-methoxyethanol is used as the main solvent, and 1-nonanol (CH 3 (CH 2 ) 8 OH) having a higher boiling point than the main solvent and good compatibility with the sol-gel solution is used as the auxiliary solvent. Can do. A functional ink is obtained by setting the volume ratio of the main solvent and the sub-solvent to 1: 1 and diluting the solid content concentration of the precursor liquid. As solid content concentration, although it can be set as 0.3 mol / L, for example, it is not limited to this.

〔電気機械変換膜、電気機械変換素子〕
本実施形態の電気機械変換膜は、前記薄膜製造装置により、電気機械変換膜の材料からなる前記機能性インクが基板上に塗布されて製造される。
本実施形態の電気機械変換素子は、前記電気機械変換膜を有する電気機械変換素子であって、前記基板である第1の電極と、該第1の電極に対向する第2の電極と、前記第1の電極及び前記第2の電極に挟持された前記電気機械変換膜とを備える。
[Electromechanical conversion film, electromechanical conversion element]
The electromechanical conversion film of this embodiment is manufactured by applying the functional ink made of the material of the electromechanical conversion film on the substrate by the thin film manufacturing apparatus.
The electromechanical conversion element of the present embodiment is an electromechanical conversion element having the electromechanical conversion film, the first electrode being the substrate, the second electrode facing the first electrode, The electromechanical conversion film sandwiched between the first electrode and the second electrode.

図5及び図7に、電気機械変換膜及び電気機械変換素子の製造工程の断面図を示す。
なお、図5及び図7に示す本実施形態の製造工程は、前記薄膜製造装置を用いてインクジェット方式により基板上の所望の領域に前記機能性インクを塗布し、直接パターニングする方法に関する。
5 and 7 are cross-sectional views showing the manufacturing process of the electromechanical conversion film and the electromechanical conversion element.
The manufacturing process of the present embodiment shown in FIGS. 5 and 7 relates to a method of directly patterning by applying the functional ink to a desired region on a substrate by an inkjet method using the thin film manufacturing apparatus.

図5(A)に示す工程では、基板51の上面に、下地層52としてTiOを50nm成膜し、さらに第1の電極53,54として、白金(Pt)およびストロンチウムルテニウム酸化物(SRO)を順次積層して形成する。本実施形態において、第1の電極53のPtの膜厚は250mm、第1の電極54のSROの膜厚は60nmとするが、膜厚はこれに限定されない。 In the step shown in FIG. 5A, TiO 2 is deposited to a thickness of 50 nm as the base layer 52 on the upper surface of the substrate 51, and platinum (Pt) and strontium ruthenium oxide (SRO) are formed as the first electrodes 53 and 54. Are sequentially stacked. In the present embodiment, the Pt film thickness of the first electrode 53 is 250 mm and the SRO film thickness of the first electrode 54 is 60 nm, but the film thickness is not limited to this.

図5(B)に示す工程では、第1の電極54がインクジェット方式により電気機械変換膜として形成されるパターンに合致するように、フォトリソグラフィーによりフォトレジスト55をパターニングし、ドライエッチングにより電気機械変換素子パターン領域外の表面上に存在するSRO層をエッチングする。続いて、図5(C)に示す工程において、電気機械変換素子パターン上に残ったフォトレジスト55を剥離する。   In the step shown in FIG. 5B, the photoresist 55 is patterned by photolithography so that the first electrode 54 matches the pattern formed as an electromechanical conversion film by an ink jet method, and electromechanical conversion is performed by dry etching. The SRO layer existing on the surface outside the element pattern region is etched. Subsequently, in the step shown in FIG. 5C, the photoresist 55 remaining on the electromechanical conversion element pattern is peeled off.

本実施形態の電気機械変換膜パターンとしては、幅45μm、長さ1000μmの長尺パターンであり、幅方向に1:1ピッチ(パターン幅=スペース幅=45μm)で配列させたものとすることができる。
図5(B)のパターニング工程後の電気機械変換素子パターン領域外の表面は、第1の電極下層53のPtが存在する状態とする。
The electromechanical conversion film pattern of the present embodiment is a long pattern having a width of 45 μm and a length of 1000 μm, and is arranged at a 1: 1 pitch (pattern width = space width = 45 μm) in the width direction. it can.
The surface outside the electromechanical conversion element pattern region after the patterning step in FIG. 5B is in a state where Pt of the first electrode lower layer 53 exists.

図5(D)に示す工程では、基板51の表面全体に表面処理を実施し、電気機械変換素子パターン領域外にSAM膜(Self Assembled Mono−Layer)58を形成する。SAM膜56は、アルカンチオール希釈液に基板を浸漬してチオール基を自己配列させることで得られる。ここでアルカンチオールは、ドデカンチオールCH(CH11−SHを使用し、モル濃度0.1mmol/Lのエタノール希釈液とする。また基板51のアルカンチオール液への浸漬時間は10秒間とし、浸漬後はエタノール浴中で5分間超音波洗浄を施す。 In the step shown in FIG. 5D, surface treatment is performed on the entire surface of the substrate 51 to form a SAM film (Self Assembled Mono-Layer) 58 outside the electromechanical conversion element pattern region. The SAM film 56 is obtained by immersing the substrate in an alkanethiol dilution and allowing the thiol groups to self-align. Here, as the alkanethiol, dodecanethiol CH 3 (CH 2 ) 11 —SH is used, and an ethanol dilution solution having a molar concentration of 0.1 mmol / L is used. The immersion time of the substrate 51 in the alkanethiol solution is 10 seconds, and after the immersion, ultrasonic cleaning is performed in an ethanol bath for 5 minutes.

この結果、基板における電気機械変換素子パターン領域内/外における対純水接触角は、パターン領域外では100度以上となり十分な疎水性が得られ、パターン領域内では40度以下となり親水性となる。上記工程によりパターン領域内/外の接触角コントラストを大きく確保することができる。   As a result, the contact angle with respect to pure water inside / outside the electromechanical conversion element pattern area of the substrate is 100 degrees or more outside the pattern area, and sufficient hydrophobicity is obtained, and it becomes 40 degrees or less within the pattern area and becomes hydrophilic. . A large contact angle contrast inside / outside the pattern area can be secured by the above-described steps.

続いて、図5(E)に示す工程では、機能性インク(前駆体液)207を液体吐出ヘッド208を具備した薄膜製造装置により基板上の親水性領域59、即ち所望の電気機械変換膜パターン形成領域に塗布する。
なお、塗布に用いる薄膜製造装置は、図6に示すようにメンテナンス手段209を備え、メンテナンス手段209は図1に示すキャッピング手段及びパージ手段を備えている。
機能性インク(前駆体液)207は、上述のように電気機械変換膜パターンの形成領域内/外における接触角のコントラストのため、ゾルゲル液57aは親水部のみに広がり、図5(F)に示すようにパターンが形成される。
5E, the functional region (precursor liquid) 207 is formed into a hydrophilic region 59 on the substrate, that is, a desired electromechanical conversion film pattern is formed by a thin film manufacturing apparatus equipped with a liquid discharge head 208. Apply to area.
The thin film manufacturing apparatus used for coating includes a maintenance unit 209 as shown in FIG. 6, and the maintenance unit 209 includes a capping unit and a purge unit shown in FIG.
Since the functional ink (precursor liquid) 207 has a contact angle contrast inside / outside the formation region of the electromechanical conversion film pattern as described above, the sol-gel liquid 57a spreads only to the hydrophilic portion, as shown in FIG. Thus, a pattern is formed.

これを第一の加熱工程、すなわち溶媒を乾燥させる工程において、ホットプレートによる基板下面加熱により、昇温速度30℃/minとして室温から120℃まで温度上昇させ、120℃到達後も引き続きゾル膜パターン57aが乾燥するまで熱処理を行う。   In the first heating step, that is, the step of drying the solvent, the substrate bottom surface is heated by a hot plate, and the temperature is raised from room temperature to 120 ° C. at a rate of temperature rise of 30 ° C./min. Heat treatment is performed until 57a is dried.

本工程でゾル膜を乾燥させた後は、第二の加熱工程、すなわち有機物の熱分解処理を温度500℃で実施し、図5(G)に示すような電気機械変換膜パターンのPZT膜57bを形成する。形成された電気機械変換膜の膜厚は、パターン中央部で80nmとなる。   After the sol film is dried in this step, the second heating step, that is, the thermal decomposition treatment of the organic substance is performed at a temperature of 500 ° C., and the PZT film 57b having the electromechanical conversion film pattern as shown in FIG. Form. The film thickness of the formed electromechanical conversion film is 80 nm at the center of the pattern.

引き続き、図7(H)に示す工程では、繰返し処理としてイソプロピルアルコール洗浄を行った後、図5(D)の工程と同様にチオール希釈液への浸漬により基板の表面処理を実施し、SAM膜56を形成する。
2回目以降、SAM膜56は酸化膜上、すなわちPZT膜57b上には形成されないので、図7(H)に示すようなSAM膜56のパターンが容易に得られる。
このときの対純水接触角は、電気機械変換膜パターン領域外(SAM膜56上)は100度以上、PZT膜57b上は25度以下となる。
Subsequently, in the step shown in FIG. 7 (H), after performing isopropyl alcohol cleaning as a repetitive treatment, surface treatment of the substrate is performed by dipping in a thiol diluent as in the step of FIG. 5 (D). 56 is formed.
Since the SAM film 56 is not formed on the oxide film, that is, the PZT film 57b after the second time, the pattern of the SAM film 56 as shown in FIG. 7H can be easily obtained.
The contact angle with respect to pure water at this time is 100 degrees or more outside the electromechanical conversion film pattern region (on the SAM film 56) and 25 degrees or less on the PZT film 57b.

次に、図7(I)、図7(J)に示すように、1回目に形成した電気機械変換膜パターンに位置合わせを行い、再度薄膜製造装置を用い液体吐出ヘッド208により機能性インク207を塗布する。
塗布後は、1回目の塗布後と同様に、昇温速度30℃/minによる室温から120℃までの温度上昇による乾燥工程、温度500℃による有機物の熱分解処理工程を経た後、結晶化処理(温度750℃)をRTA(急速熱処理)にて行い、重ね塗りされたPZT膜57bが得られる。このような工程によれば、膜にクラックなどの不良を生じることがない。
Next, as shown in FIGS. 7I and 7J, alignment is performed on the electromechanical conversion film pattern formed first, and the functional ink 207 is again formed by the liquid discharge head 208 using the thin film manufacturing apparatus. Apply.
After the coating, as in the first coating, after a drying step by a temperature increase from room temperature to 120 ° C. at a temperature rising rate of 30 ° C./min, an organic matter thermal decomposition treatment step at a temperature of 500 ° C., and then a crystallization treatment (Temperature 750 ° C.) is performed by RTA (rapid heat treatment), and the overcoated PZT film 57b is obtained. According to such a process, defects such as cracks do not occur in the film.

引き続き、表面処理によるSAM膜56の形成、機能性インク207の塗布、乾燥、熱分解、SAM膜56の形成、機能性インク207の塗布、乾燥、熱分解、及び結晶化処理までの一連の工程を、上記と同様の条件で3〜30サイクル実施することにより、電気機械変換膜を製造することができる。サイクル数としては、例えば21サイクルとすることができる。   Subsequently, a series of steps from formation of the SAM film 56 by surface treatment, application of the functional ink 207, drying, thermal decomposition, formation of the SAM film 56, application of the functional ink 207, drying, thermal decomposition, and crystallization treatment. Can be produced by performing 3 to 30 cycles under the same conditions as described above. As the number of cycles, for example, 21 cycles can be used.

上記の方法により得られた電気機械変換パターン膜上に、上部電極(白金)を成膜し、電気特性および電気機械変換能(圧電定数)の評価を行った。
その結果、電気機械変換膜の比誘電率は1400、誘電損失は0.05、耐圧は50Vであり、優れた電気特性を有することが示された。
また、残留分極は12.2μC/cm、抗電界は28.1kV/cmであり、通常のセラミック焼結体と同等の特性を有していた。
さらに、電気機械変換能を電界印加による変形量をレーザードップラー振動計で計測し、シミュレーションによる合わせ込みから算出した。その結果、圧電定数d31は142pm/Vであり、セラミック焼結体と同等の値であった。以上の結果から、本実施形態の電気機械変換膜は、液体吐出ヘッドを構成する電気機械変換素子として十分に設計可能な特性を有するものである。
An upper electrode (platinum) was formed on the electromechanical conversion pattern film obtained by the above method, and the electrical characteristics and electromechanical conversion ability (piezoelectric constant) were evaluated.
As a result, the relative permittivity of the electromechanical conversion film was 1400, the dielectric loss was 0.05, and the withstand voltage was 50 V, indicating that it has excellent electrical characteristics.
Further, the remanent polarization was 12.2 μC / cm 2 , the coercive electric field was 28.1 kV / cm, and the characteristics were equivalent to those of a normal ceramic sintered body.
Furthermore, the electromechanical conversion capacity was calculated by measuring the amount of deformation by applying an electric field with a laser Doppler vibrometer and fitting it by simulation. As a result, the piezoelectric constant d31 was 142 pm / V, which was the same value as the ceramic sintered body. From the above results, the electromechanical conversion film of this embodiment has characteristics that can be sufficiently designed as an electromechanical conversion element constituting the liquid ejection head.

〔液体吐出ヘッド〕
本発明の電気機械変換素子を用いた液体吐出ヘッドの構成を図8及び図9に示す。
図8に示す液体吐出ヘッドは、下部電極の白金族電極42及び酸化物電極41上に電気機械変換膜43が設けられ、該電気機械変換膜43上には、例えば白金インクを塗布して形成した上部電極44が積層されて電気機械変換素子40を構成している。
振動板30とSi基板である圧力室基板20とノズル11が設けられたノズル板10とで圧力室21が構成されている。
なお、図8では、液体供給手段、流路、流体抵抗は省略している。
[Liquid discharge head]
The configuration of a liquid discharge head using the electromechanical transducer of the present invention is shown in FIGS.
The liquid discharge head shown in FIG. 8 is provided with an electromechanical conversion film 43 on the platinum group electrode 42 and the oxide electrode 41 of the lower electrode, and the electromechanical conversion film 43 is formed by applying, for example, platinum ink. The electromechanical conversion element 40 is configured by laminating the upper electrodes 44 thus stacked.
A pressure chamber 21 is configured by the vibration plate 30, the pressure chamber substrate 20 which is a Si substrate, and the nozzle plate 10 provided with the nozzles 11.
In FIG. 8, the liquid supply means, the flow path, and the fluid resistance are omitted.

図9は、図8の液滴吐出ヘッドを複数個配置した例を示す概略断面図である。上述したように、電気機械変換素子40を工程面ではインクの吐出においてノズル開口での目詰まりを発生させることなく簡便に製造することができ、性能面ではセラミック焼結体と同等の高い性能に形成することができる。その後の圧力室21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得られる。
なお、図9では液体供給手段、流路、流体抵抗は省略している。
FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing an example in which a plurality of droplet discharge heads of FIG. 8 are arranged. As described above, the electromechanical conversion element 40 can be easily manufactured without causing clogging at the nozzle opening in discharging the ink on the process surface, and the performance is as high as that of the ceramic sintered body. Can be formed. A liquid discharge head can be obtained by removing etching from the rear surface for forming the pressure chamber 21 and joining a nozzle plate having nozzle holes.
In FIG. 9, liquid supply means, flow paths, and fluid resistance are omitted.

〔インクジェット記録装置〕
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一例について、図10及び図11を参照して説明する。なお、図10は同記録装置の斜視説明図、図11は同記録装置の機構部の側面説明図である。
[Inkjet recording device]
An example of an ink jet recording apparatus equipped with the liquid discharge head according to the present invention will be described with reference to FIGS. 10 is a perspective explanatory view of the recording apparatus, and FIG. 11 is a side explanatory view of a mechanism portion of the recording apparatus.

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液体吐出ヘッドからなる記録ヘッド、記録ヘッドへインクを供給するインクカートリッジ等で構成される印字機構部82等を収納し、装置本体81の下方部には前方側から多数枚の用紙83を積載可能な給紙カセット(或いは給紙トレイでもよい。)84を抜き差し自在に装着することができ、また、用紙83を手差しで給紙するための手差しトレイ85を開倒することができ、給紙カセット84或いは手差しトレイ85から給送される用紙83を取り込み、印字機構部82によって所要の画像を記録した後、後面側に装着された排紙トレイ86に排紙する。   The ink jet recording apparatus includes a carriage that is movable in the main scanning direction inside the recording apparatus main body 81, a recording head that includes the liquid discharge head that implements the present invention mounted on the carriage, an ink cartridge that supplies 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 detachably attached to the lower part 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 82 After recording a required image, the image is discharged to a paper 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液体吐出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). The head 94 formed of the liquid discharge head according to the present invention that discharges ink droplets of each color (Y), cyan (C), magenta (M), and black (Bk) passes through a plurality of ink discharge ports (nozzles) in the main scanning direction. And are 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、下方には液体吐出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液体吐出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 above, a supply port that supplies ink to the liquid ejection head below, and a porous body filled with ink inside, and a capillary tube for the porous body. The ink supplied to the liquid discharge head by the force 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.

実施形態の例として液体吐出ヘッド、及び該液体吐出ヘッドを備えたインクジェット記録装置を挙げたが、本発明の電気機械変換膜及び電気機械変換素子は、光学デバイスやマイクロデバイスとしても適用することができる。以下に他の適用例について説明する。   As an example of the embodiment, a liquid discharge head and an ink jet recording apparatus including the liquid discharge head have been described. However, the electromechanical conversion film and the electromechanical conversion element of the present invention can also be applied as an optical device or a microdevice. it can. Other application examples will be described below.

〔偏向ミラー〕
本発明の電気機械変換素子を用いた偏向ミラー(MEMSミラー)の例を図12に示す。
図12は、偏向ミラーの一例の全体を示す斜視図である。
図12に示すように、偏向ミラー301は、固定ベース302と、反射面を有するミラー部303と、ミラー部303を揺動可能に支持する支持部材304と、固定ベース302に対して支持部材304の一部をその両側から支持する梁状部材305と、梁状部材305に固着された外力発生手段としての本発明の電気機械変換素子40とを有する。
[Deflection mirror]
An example of a deflection mirror (MEMS mirror) using the electromechanical transducer of the present invention is shown in FIG.
FIG. 12 is a perspective view showing an entire example of a deflection mirror.
As shown in FIG. 12, the deflection mirror 301 includes a fixed base 302, a mirror unit 303 having a reflecting surface, a support member 304 that supports the mirror unit 303 in a swingable manner, and a support member 304 with respect to the fixed base 302. A beam-like member 305 that supports a part of the beam-like member from both sides thereof, and the electromechanical conversion element 40 of the present invention as external force generating means fixed to the beam-like member 305.

梁状部材305と電気機械変換素子40とは、圧電ユニモルフもしくはバイモルフ構造を形成し、支持部材304を挟んで両側の駆動梁306を同時に同一方向に駆動し、ミラー部303と垂直方向または回転方向の振動を支持部材304に加えることでミラー部303を振動させる。   The beam-shaped member 305 and the electromechanical transducer 40 form a piezoelectric unimorph or bimorph structure, and simultaneously drive the drive beams 306 on both sides in the same direction with the support member 304 interposed therebetween, so that the mirror portion 303 is perpendicular to or rotated in the direction of rotation. Is applied to the support member 304 to vibrate the mirror portion 303.

〔加速度センサ〕
本発明の電気機械変換素子を用いた加速度センサの例を図13に示す。
図13は、加速度センサの要部構成の一例を示す断面の模式図である。
図13に示すように、加速度センサ311は、複数の基板313,314に挟持される固定部312cを一方の端部に有し、加速度に応じて変位する質量部312bを他方の端部に有し、固定部312cと質量部312bとの間に断面が凹状となるように形成された肉薄部312aを有する可動基板312と、可動基板312の肉薄部312aの上部に配置され、加速度による質量部312bの変位を検出する変位検出手段としての本発明の電気機械変換素子40を有する。
〔Acceleration sensor〕
An example of an acceleration sensor using the electromechanical transducer of the present invention is shown in FIG.
FIG. 13 is a schematic cross-sectional view illustrating an example of a configuration of a main part of the acceleration sensor.
As shown in FIG. 13, the acceleration sensor 311 has a fixed portion 312c sandwiched between a plurality of substrates 313 and 314 at one end, and a mass portion 312b that is displaced according to acceleration at the other end. The movable substrate 312 having a thin portion 312a formed so as to have a concave cross section between the fixed portion 312c and the mass portion 312b, and the mass portion due to acceleration are disposed on the thin portion 312a of the movable substrate 312. It has the electromechanical transducer 40 of the present invention as a displacement detector for detecting the displacement of 312b.

可動基板312は、シリコン材料からなり、異方性エッチングにより肉薄部312bが形成されている固定部312cは、2枚のガラス基板313,314に挟持されている。肉薄部312bの上部に設けられた電気機械変換素子40は、上部電極(第1の電極)44及び下部電極(第2の電極)45にはさまれたPZT薄膜の電気機械変換膜43からなる。
加速度センサ311に加速度が加わると質量部312bが変形し、この変形による変位量が電気機械変換膜43により電気変換され、加速度信号として取り出される。
The movable substrate 312 is made of a silicon material, and a fixed portion 312c in which a thin portion 312b is formed by anisotropic etching is sandwiched between two glass substrates 313 and 314. The electromechanical conversion element 40 provided on the upper portion of the thin portion 312b is composed of a PZT thin film electromechanical conversion film 43 sandwiched between an upper electrode (first electrode) 44 and a lower electrode (second electrode) 45. .
When acceleration is applied to the acceleration sensor 311, the mass portion 312 b is deformed, and the displacement due to this deformation is electrically converted by the electromechanical conversion film 43 and is extracted as an acceleration signal.

〔ヘッド位置調整手段〕
本発明の電気機械変換素子を用いたハードディスクドライブ(HDD)のヘッド位置調整手段の例を図14に示す。
図14は、ヘッド位置調整手段の要部構成の一例を示す斜視図である。
図14に示すように、ヘッド位置調整手段321は、図示しないディスクの半径方向に移動可能なアクセスアーム326と、ヘッド324を支持するバネ部材323と、アクセスアーム326及びバネ部材323を連結する中心部材325とを備え、中心部材325は互いに逆方向に伸縮する一対の揺動手段として、本発明の電気機械変換素子40a、40bを有する。
[Head position adjusting means]
An example of a head position adjusting means of a hard disk drive (HDD) using the electromechanical transducer of the present invention is shown in FIG.
FIG. 14 is a perspective view showing an example of a main part configuration of the head position adjusting means.
As shown in FIG. 14, the head position adjusting means 321 includes an access arm 326 that is movable in the radial direction of a disk (not shown), a spring member 323 that supports the head 324, and a center that connects the access arm 326 and the spring member 323. The center member 325 includes the electromechanical conversion elements 40a and 40b of the present invention as a pair of swinging means that expand and contract in opposite directions.

中心部材325はヘッド位置決め方向に柔軟な部材であり、両側に切り欠き部322a、322bが形成されている。一対の電気機械変換素子(圧電素子)40a、40bを互いに逆方向に伸縮させ、中心部材325を左右に微小に揺動させることにより、磁気もしくは光学モジュールを搭載したヘッド324のオフトラックの補正や目標トラックへの追従制御を行うことができる。   The central member 325 is a flexible member in the head positioning direction, and notches 322a and 322b are formed on both sides. A pair of electromechanical conversion elements (piezoelectric elements) 40a and 40b are expanded and contracted in opposite directions, and the center member 325 is slightly swung left and right to correct off-track of the head 324 mounted with a magnetic or optical module. Follow-up control to the target track can be performed.

〔圧電発電素子〕
本発明の電気機械変換膜を用いた圧電発電素子の例を図15(A)及び図15(B)に示す。
図15(A)は単版の構造、図15(B)は単版を複数枚積層した構造の例を示す模式図である。
前記圧電発電素子331は、第1の電極と、該第1の電極に対向する第2の電極からなる上下の対向電極46、対向電極46に挟持された電気機械変換膜43とを備え、電気機械変換膜43が矢印で示す方向に分極処理されてなる。支持される位置について、図15(A)は周辺支持337、図15(B)は片持ち梁338をそれぞれ示している。
[Piezoelectric generator]
Examples of a piezoelectric power generation element using the electromechanical conversion film of the present invention are shown in FIGS. 15 (A) and 15 (B).
FIG. 15A is a schematic diagram illustrating an example of a single plate structure, and FIG. 15B is a schematic diagram illustrating an example of a structure in which a plurality of single plates are stacked.
The piezoelectric power generation element 331 includes a first electrode, upper and lower counter electrodes 46 made of a second electrode facing the first electrode, and an electromechanical conversion film 43 sandwiched between the counter electrodes 46. The mechanical conversion film 43 is polarized in the direction indicated by the arrow. 15A shows the peripheral support 337, and FIG. 15B shows the cantilever 338.

図示した分極方向335に対し、ほぼ同じ方向の外力336が加えられ、この外力に対し電気機械変換膜43が応力を受け、圧電定数に比例した電圧を発生させるという発電機構である。なお、分極軸と直交する方位からは外力が与えられない。   This is a power generation mechanism in which an external force 336 in substantially the same direction is applied to the illustrated polarization direction 335, and the electromechanical conversion film 43 receives stress from the external force to generate a voltage proportional to the piezoelectric constant. An external force is not applied from the direction orthogonal to the polarization axis.

〔強誘電体メモリ〕
本発明の電気機械変換膜を用いた強誘電体メモリ(FRAM(登録商標))の例を図16に示す。
図16は、強誘電体メモリの一例を示す断面の模式図である。
強誘電体メモリ341は、基板342と、基板上342に層間絶縁膜343を介して形成される第1の電極(Pt)47と、第1の電極47に対向する第2の電極(Pt)48と、第1の電極47及び第2の電極48に挟持された圧電体(PZT薄膜)である本発明の電気機械変換膜43と、第2の電極上44に形成される層間絶縁膜343と、層間絶縁膜343に設けられたコンタクトホールに形成される第3の電極(Al)345と、第3の電極上に形成される図示しない保護膜とからなる。
[Ferroelectric memory]
An example of a ferroelectric memory (FRAM (registered trademark)) using the electromechanical conversion film of the present invention is shown in FIG.
FIG. 16 is a schematic cross-sectional view showing an example of a ferroelectric memory.
The ferroelectric memory 341 includes a substrate 342, a first electrode (Pt) 47 formed on the substrate 342 with an interlayer insulating film 343 interposed therebetween, and a second electrode (Pt) facing the first electrode 47. 48, an electromechanical conversion film 43 of the present invention which is a piezoelectric body (PZT thin film) sandwiched between the first electrode 47 and the second electrode 48, and an interlayer insulating film 343 formed on the second electrode 44 And a third electrode (Al) 345 formed in a contact hole provided in the interlayer insulating film 343 and a protective film (not shown) formed on the third electrode.

基板342にはビットライン346とワードライン347が形成され、基板342上部にはフィールド酸化膜348が形成されている。   A bit line 346 and a word line 347 are formed on the substrate 342, and a field oxide film 348 is formed on the substrate 342.

〔角速度センサ〕
本発明の電気機械変換素子を用いた角速度センサの例を図17に示す。
図17は、振動ジャイロ型の角速度センサの斜視図である。
角度センサ351は、一対の角柱の音叉型振動子353a,353bと、振動子353上に配置され、振動子353を一定方向に一定周期にて駆動させる駆動用圧電素子40aと、駆動用圧電素子40aと直交するように振動子353上に配置され、振動子353の変位を検出する検知用圧電素子40bとを備える。駆動用圧電素子40aと検知用圧電素子40bは、本発明の電気機械変換素子である。
(Angular velocity sensor)
An example of an angular velocity sensor using the electromechanical transducer of the present invention is shown in FIG.
FIG. 17 is a perspective view of a vibration gyro-type angular velocity sensor.
The angle sensor 351 includes a pair of prismatic tuning fork type vibrators 353a and 353b, a drive piezoelectric element 40a that is arranged on the vibrator 353, drives the vibrator 353 at a constant period, and a drive piezoelectric element. The piezoelectric element 40b for detection which is arrange | positioned on the vibrator | oscillator 353 so as to be orthogonal to 40a, and detects the displacement of the vibrator | oscillator 353 is provided. The driving piezoelectric element 40a and the detecting piezoelectric element 40b are electromechanical conversion elements of the present invention.

角速度センサ3451は、例えば、一定方向に一定周期にて振動する振動系に角速度が作用したときに、該振動系に発生するコリオリ力から該角速度を検出する角速度センサであって、パッド352a,352bを介して駆動用圧電素子40aと検知用圧電素子40bの各電気機械変換膜(PZT薄膜)43の周波数の差を検知して角速度を検出する。
振動子353は、熱膨張の少ない材料で形成されていることが好ましい。
The angular velocity sensor 3451 is, for example, an angular velocity sensor that detects the angular velocity from the Coriolis force generated in the vibration system when the angular velocity is applied to the vibration system that vibrates in a constant direction at a constant cycle, and includes pads 352a and 352b. The angular velocity is detected by detecting the frequency difference between the electromechanical conversion films (PZT thin films) 43 of the driving piezoelectric element 40a and the detecting piezoelectric element 40b.
The vibrator 353 is preferably formed of a material with little thermal expansion.

〔マイクロポンプ〕
本発明の電気機械変換素子を用いたマイクロポンプの例を図18に示す。
図18は、マイクロポンプの構成を示す断面模式図である。
マイクロポンプ361は、振動板362と、圧電変位して振動板362を変位変形させる本発明の電気機械変換素子である圧電素子40と、流体が流れる流路363とを備え、振動板362の変形により生じた力によって流路363を液体が輸送される。
図では省略しているが電気機械変換膜(PZT薄膜)43が第1の電極及び第2の電極に挟持された積層構造である。
[Micro pump]
An example of a micropump using the electromechanical transducer of the present invention is shown in FIG.
FIG. 18 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the micropump.
The micro pump 361 includes a vibration plate 362, a piezoelectric element 40 that is an electromechanical conversion element of the present invention that displaces and deforms the vibration plate 362 by piezoelectric displacement, and a flow path 363 through which a fluid flows, and the deformation of the vibration plate 362. The liquid is transported through the flow path 363 by the force generated by the above.
Although not shown in the drawing, an electromechanical conversion film (PZT thin film) 43 has a laminated structure sandwiched between the first electrode and the second electrode.

図18に示すように、振動板362は長手方向に連続して複数設けられ、振動板362を図中右側から順次駆動することによって流路200内の流体は矢印方向へ流れが生じ、流体の輸送が可能となる。図18では振動板362を複数設けた例を示したが、振動板は一つでも良く、液体流入孔及び流出孔の形状を工夫することで、輸送効率を上げる構成とすることができる。   As shown in FIG. 18, a plurality of diaphragms 362 are continuously provided in the longitudinal direction. By sequentially driving the diaphragm 362 from the right side in the figure, the fluid in the flow path 200 flows in the direction of the arrow, Transport is possible. FIG. 18 shows an example in which a plurality of diaphragms 362 are provided. However, only one diaphragm may be used, and the shape of the liquid inflow holes and outflow holes can be devised to increase the transport efficiency.

〔マイクロバルブ〕
本発明の電気機械変換素子を用いたマイクロバルブの例を図19に示す。
図19は、マイクロバルブの構成を示す断面模式図である。
マイクロバルブ371は、流体を供給する導入部377と、流体を吐出する吐出部376と、本発明の電気機械変換素子である圧電素子40と、圧電素子40により駆動されて振動する振動板(ダイアフラム)373と、振動板373の振動に応じて液体の流路を開閉して流体の流れを制御する制御手段とを備える。
[Micro valve]
An example of a micro valve using the electromechanical transducer of the present invention is shown in FIG.
FIG. 19 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the microvalve.
The microvalve 371 includes an introduction portion 377 for supplying fluid, a discharge portion 376 for discharging fluid, the piezoelectric element 40 that is an electromechanical transducer of the present invention, and a diaphragm (diaphragm) that is driven by the piezoelectric element 40 to vibrate. 373 and control means for controlling the flow of the fluid by opening and closing the liquid flow path according to the vibration of the diaphragm 373.

中央部に吐出部376を有する円板状の基板375と、弁となる突起部372を有し基板375と略同一の寸法の振動板373とが固定部374により取り付けられている。
開閉手段は、圧電素子40に電圧を印加することにより突起部372を上下させ、吐出部376の吐出口を開閉する手段である。この機構により、本実施形態のマイクロバルブ371は、導入部377より流れ込んだ流体の流れが制御される。
A disc-shaped substrate 375 having a discharge portion 376 at the center and a vibration plate 373 having a projection 372 serving as a valve and having substantially the same dimensions as the substrate 375 are attached by a fixing portion 374.
The opening / closing means is means for moving the protrusion 372 up and down by applying a voltage to the piezoelectric element 40 to open and close the discharge port of the discharge portion 376. With this mechanism, the microvalve 371 of this embodiment controls the flow of the fluid that has flowed from the introduction portion 377.

10 ノズル板
11 ノズル(ノズル開口)
20 圧力室基板
30 振動板
40 電気機械変換素子
41 酸化物電極
42 白金族電極(第1の電極)
43 電気機械変換膜
44 上部電極(第2の電極)
51 基板
52 下地層(TiO
53 第1の電極(Pt)
54 第1の電極(SRO)
55 フォトレジスト
56 SAM膜
57a ゾル膜
57b PZT膜
58 疎水部
59 親水部(SRO)
60 キャップ部材
61 キャップ部材内部
62 液体保持部
63 液面センサ
64 雰囲気ガス/液体供給手段
65 雰囲気ガス/液体供給管
70 雰囲気ガス供給手段
71 雰囲気ガス供給管
200 架台
201 Y軸駆動手段
202 基板
203 ステージ
204 X軸指示部材
205 X軸駆動手段
206 ヘッドベース
207 機能性インク
208 液体吐出ヘッド
208a ノズル面
209 ヘッドメンテナンス手段
210 インク供給用パイプ
211 Z軸駆動手段
301 偏向ミラー
311 加速度センサ
321 ヘッド位置調整手段
331 圧電発電素子
341 強誘電体メモリ
351 角速度センサ
361 マイクロポンプ
371 マイクロバルブ
10 Nozzle plate 11 Nozzle (nozzle opening)
20 pressure chamber substrate 30 diaphragm 40 electromechanical transducer 41 oxide electrode 42 platinum group electrode (first electrode)
43 Electromechanical conversion film 44 Upper electrode (second electrode)
51 Substrate 52 Underlayer (TiO 2 )
53 First electrode (Pt)
54 First electrode (SRO)
55 Photoresist 56 SAM film 57a Sol film 57b PZT film 58 Hydrophobic part 59 Hydrophilic part (SRO)
60 Cap member 61 Inside cap member 62 Liquid holding part 63 Liquid level sensor 64 Atmospheric gas / liquid supply means 65 Atmospheric gas / liquid supply pipe 70 Atmospheric gas supply means 71 Atmospheric gas supply pipe 200 Mounting base 201 Y-axis driving means 202 Substrate 203 Stage 204 X-axis indicating member 205 X-axis drive means 206 Head base 207 Functional ink 208 Liquid discharge head 208a Nozzle surface 209 Head maintenance means 210 Ink supply pipe 211 Z-axis drive means 301 Deflection mirror 311 Acceleration sensor 321 Head position adjustment means 331 Piezoelectric generator 341 Ferroelectric memory 351 Angular velocity sensor 361 Micro pump 371 Micro valve

特開2001−71514号公報JP 2001-71514 A 特許4352915号公報Japanese Patent No. 4352915 特開2011−9726号公報JP 2011-9726 A

T. Schneller, R. Waser, J. Sol−Gel Sci. Technol., 42, 337(2007).T. Schneller, R. Waser, J. Sol-Gel Sci. Technol., 42, 337 (2007). T. Iijima, et al., Int. J. Appl. Ceram. Technol., 3, 442(2006).T. Iijima, et al., Int. J. Appl. Ceram. Technol., 3, 442 (2006).

Claims (18)

基板を保持するステージと、
前記ステージに対向して配置され、水と反応性を有する機能性インクをインクジェット法によりノズルから吐出して前記基板上に塗布する液体吐出ヘッドと、
前記液体吐出ヘッドの吐出面をキャッピングするキャップ部材とを少なくとも備え、
キャッピングにより密閉された前記キャップ部材内部の雰囲気の湿度が調整されることを特徴とする薄膜製造装置。
A stage for holding a substrate;
A liquid ejection head disposed opposite to the stage and ejecting functional ink having reactivity with water from the nozzles by an inkjet method and applying the functional ink onto the substrate;
A cap member for capping the discharge surface of the liquid discharge head,
A thin film manufacturing apparatus, wherein the humidity of the atmosphere inside the cap member sealed by capping is adjusted.
前記キャップ部材の内部に連通して接続され、該キャップ部材内部へ湿度が制御された雰囲気ガスを供給するパージ手段を有することを特徴とする請求項1に記載の薄膜製造装置。   The thin film manufacturing apparatus according to claim 1, further comprising a purge unit that is connected to the inside of the cap member and supplies atmospheric gas with controlled humidity to the inside of the cap member. 前記機能性インクが、金属アルコキシドを含むことを特徴とする請求項1または2に記載の薄膜製造装置。   The thin film manufacturing apparatus according to claim 1, wherein the functional ink contains a metal alkoxide. 前記金属アルコキシドは、Pb、Zr及びTiの少なくともいずれかを含有することを特徴とする請求項3に記載の薄膜製造装置。   The thin film manufacturing apparatus according to claim 3, wherein the metal alkoxide contains at least one of Pb, Zr, and Ti. 装置の休止中または待機中における前記キャップ部材内部の雰囲気の湿度が、10g/kg(DA)以下であることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の薄膜製造装置。   The thin film manufacturing apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein the humidity of the atmosphere inside the cap member is 10 g / kg (DA) or less when the apparatus is at rest or on standby. 前記キャップ部材の内部に液体を保持可能な液体保持部を備え、
前記液体保持部に保持される液体が、前記機能性インクの溶媒を構成する少なくとも一つの成分からなる液体であることを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の薄膜製造装置。
A liquid holding part capable of holding a liquid inside the cap member;
6. The thin film manufacturing apparatus according to claim 1, wherein the liquid held in the liquid holding unit is a liquid composed of at least one component constituting a solvent of the functional ink.
請求項1から6のいずれかに記載の薄膜製造装置により、電気機械変換膜の材料からなる前記機能性インクが基板上に塗布され、製造されたことを特徴とする電気機械変換膜。   An electromechanical conversion film produced by applying the functional ink made of a material of an electromechanical conversion film on a substrate by the thin film manufacturing apparatus according to claim 1. 請求項7に記載の電気機械変換膜を有する電気機械変換素子であって、
前記基板である第1の電極と、該第1の電極に対向する第2の電極と、前記第1の電極及び前記第2の電極に挟持された前記電気機械変換膜とを備えることを特徴とする電気機械変換素子。
An electromechanical transducer having the electromechanical transducer film according to claim 7,
A first electrode serving as the substrate; a second electrode opposed to the first electrode; and the electromechanical conversion film sandwiched between the first electrode and the second electrode. An electromechanical conversion element.
請求項8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 conversion element according to claim 8. 請求項9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 9. 固定ベースと、反射面を有するミラー部と、前記ミラー部を揺動可能に支持する支持部材と、前記固定ベースに対して前記支持部材の一部をその両側から支持する梁状部材と、前記梁状部材に固着された外力発生手段とからなり、前記外力発生手段により前記梁状部材を駆動し、前記支持部材に振動を加えることで、前記ミラー部を揺動させる偏向ミラーにおいて、前記外力発生手段が請求項8に記載の電気機械変換素子であることを特徴とする偏向ミラー。   A fixed base, a mirror part having a reflective surface, a support member that supports the mirror part so as to be swingable, a beam-like member that supports a part of the support member from both sides of the fixed base, and An external force generating means fixed to a beam-shaped member, wherein the external force generating means drives the beam-shaped member and applies vibration to the support member, thereby deflecting the mirror portion, and the external force A deflecting mirror, wherein the generating means is the electromechanical transducer according to claim 8. 複数の基板に挟持される固定部を一方の端部に有し、加速度に応じて変位する質量部を他方の端部に有し、前記固定部と前記質量部との間に断面が凹状となるように形成された肉薄部を有する可動基板と、該可動基板の前記肉薄部の上部に配置され、加速度による前記質量部の変位を検出する変位検出手段とを有する加速度センサにおいて、前記変位検出手段が、請求項8に記載の電気機械変換素子であることを特徴とする加速度センサ。   A fixed portion sandwiched between a plurality of substrates is provided at one end portion, a mass portion that is displaced according to acceleration is provided at the other end portion, and a cross section is concave between the fixed portion and the mass portion. In the acceleration sensor, comprising: a movable substrate having a thin portion formed so as to be; and a displacement detection means that is disposed above the thin portion of the movable substrate and detects a displacement of the mass portion due to acceleration. An acceleration sensor, characterized in that the means is the electromechanical transducer according to claim 8. ディスクの半径方向に移動可能なアクセスアームと、ヘッドを支持するバネ部材と、前記アクセスアーム及び前記バネ部材を連結する中心部材とを備えるハードディスクドライブのヘッド位置調整手段において、
前記中心部材は互いに逆方向に伸縮する一対の揺動手段を有し、前記揺動手段が請求項8に記載の電気機械変換素子であることを特徴とするヘッド位置調整手段。
In a head position adjusting means for a hard disk drive, comprising: an access arm movable in a radial direction of the disk; a spring member supporting the head; and a central member connecting the access arm and the spring member.
9. The head position adjusting means according to claim 8, wherein the central member has a pair of oscillating means extending and contracting in opposite directions, and the oscillating means is the electromechanical transducer according to claim 8.
請求項7に記載の電気機械変換膜を有する圧電発電素子であって、
第1の電極と、該第1の電極に対向する第2の電極と、前記第1の電極及び前記第2の電極に挟持された前記電気機械変換膜とを備え、前記電気機械変換膜が分極処理されてなることを特徴とする圧電発電素子。
A piezoelectric power generation element having the electromechanical conversion film according to claim 7,
A first electrode; a second electrode facing the first electrode; and the electromechanical conversion film sandwiched between the first electrode and the second electrode. A piezoelectric power generation element characterized by being polarized.
基板と、前記基板上に形成される第1の電極と、該第1の電極に対向する第2の電極と、前記第1の電極及び前記第2の電極に挟持された圧電体と、前記第2の電極上に形成される層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜に設けられたコンタクトホールに形成される第3の電極と、前記第3の電極上に形成される保護膜とからなり、前記圧電体が請求項7に記載の電気機械変換膜であることを特徴とする強誘電体メモリ。   A substrate, a first electrode formed on the substrate, a second electrode facing the first electrode, a piezoelectric body sandwiched between the first electrode and the second electrode, and An interlayer insulating film formed on the second electrode, a third electrode formed in a contact hole provided in the interlayer insulating film, and a protective film formed on the third electrode, A ferroelectric memory, wherein the piezoelectric body is the electromechanical conversion film according to claim 7. 振動子と、前記振動子上に配置され、前記振動子を一定方向に一定周期にて駆動させる駆動用圧電素子と、前記駆動用圧電素子と直交するように前記振動子上に配置され、前記振動子の変位を検出する検知用圧電素子とを備える角速度センサにおいて、前記駆動用圧電素子と前記検知用圧電素子が、請求項8に記載の電気機械変換素子であることを特徴とする角速度センサ。   A vibrator, a driving piezoelectric element disposed on the vibrator and driving the vibrator in a constant direction at a constant period, and disposed on the vibrator so as to be orthogonal to the driving piezoelectric element, 9. An angular velocity sensor comprising a detecting piezoelectric element for detecting displacement of a vibrator, wherein the driving piezoelectric element and the detecting piezoelectric element are the electromechanical transducer according to claim 8. . 振動板と、圧電変位して前記振動板を変位変形させる圧電素子と、流体が流れる流路とを備え、前記振動板の変形により生じた力によって前記流路を液体が輸送されるマイクロポンプにおいて、前記圧電素子が請求項8に記載の電気機械変換素子であることを特徴とするマイクロポンプ。   In a micropump that includes a diaphragm, a piezoelectric element that displaces and deforms the diaphragm by piezoelectric displacement, and a flow path through which a fluid flows, and the liquid is transported through the flow path by a force generated by the deformation of the diaphragm. A micropump characterized in that the piezoelectric element is the electromechanical transducer according to claim 8. 流体を供給する導入部と、流体を吐出する吐出部と、圧電素子と、前記圧電素子により駆動されて振動する振動板と、前記振動板の振動に応じて液体の流路を開閉して流体の流れを制御する開閉手段とを備えるマイクロバルブにおいて、前記圧電素子が請求項8に記載の電気機械変換素子であることを特徴とするマイクロバルブ。   An introduction portion for supplying fluid, a discharge portion for discharging fluid, a piezoelectric element, a vibration plate that is driven by the piezoelectric element to vibrate, and opens and closes a liquid flow path according to the vibration of the vibration plate. A microvalve comprising an opening / closing means for controlling the flow of the piezoelectric element, wherein the piezoelectric element is the electromechanical transducer according to claim 8.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018163899A (en) * 2017-03-24 2018-10-18 セイコーエプソン株式会社 Piezoelectric element and piezoelectric element application device
JP2020047724A (en) * 2018-09-18 2020-03-26 日本特殊陶業株式会社 Piezoelectric actuator and valve

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