JP2015039645A - Maintenance method for liquid discharge head - Google Patents

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JP2015039645A JP2013170148A JP2013170148A JP2015039645A JP 2015039645 A JP2015039645 A JP 2015039645A JP 2013170148 A JP2013170148 A JP 2013170148A JP 2013170148 A JP2013170148 A JP 2013170148A JP 2015039645 A JP2015039645 A JP 2015039645A
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惇 竹内
町田 治
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光 下福
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a maintenance method for a liquid discharge head which prevents occurrence of clogging in a nozzle opening and can maintain good discharge in discharging of functional ink which is reactive with moisture in the atmosphere.SOLUTION: A maintenance method for a liquid discharge head, which coats a substrate with functional ink having reactivity with water by discharging the ink from a discharge port by ink jetting, includes: a capping process of capping a discharge surface with a cap member which forms a sealed space with a discharge surface of the liquid discharge head; a gas purge process of purging an inside of the cap member with atmosphere gas with adjusted humidity; and a discharge process of discharging a part of the functional ink in the discharge port of the liquid discharge head in a capped state. The gas purge process is carried out before the discharge process.

Description

本発明は、電気機械変換膜などの薄膜を製造するために用いられる液体吐出ヘッドのメンテナンス方法に関する。   The present invention relates to a maintenance method for a liquid discharge head used for manufacturing a thin film such as an electromechanical conversion film.

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1〜3参照)。   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 the occurrence of such a discharge failure has been proposed (see, for example, Patent Documents 1 to 3).

特許文献1には、インクジェット記録ヘッドのノズル面を封止し、負圧発生手段からの負圧を受けて、ノズルからインクを吸引排出できるキャッピング手段を有するインクジェット式記録装置が開示されている。そして特許文献1では、水分を含むインクが乾燥するのを防ぐため、ノズルから吸引排出されたインクやキャッピングの前に空吐出されたインクを保持する液体保持手段が施されており、封止された空間内部を水分で高湿度に保つことが開示されている。   Patent Document 1 discloses an ink jet recording apparatus having a capping unit that seals a nozzle surface of an ink jet recording head, receives a negative pressure from a negative pressure generating unit, and sucks and discharges ink from the nozzle. And in patent document 1, in order to prevent the ink containing a water | moisture content from drying, the liquid holding means to hold | maintain the ink sucked and discharged from the nozzle or the ink ejected idle before capping is applied and sealed. It is disclosed that the inside of a space is kept at high humidity with moisture.

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できる液滴吐出装置の処理方法が開示されている。   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. A processing method for a droplet discharge device that can prevent the above is disclosed.

特許文献3には、液体吐出ヘッドのノズル面にキャップを当接させて密閉空間を形成するキャッピング工程と、この密閉空間に保湿液を供給する保湿液供給工程を備える液滴吐出ヘッドのメンテナンス方法により、機能液の乾燥を防ぐことが開示されている。また特許文献3では、保湿液の供給を複数回行い、密閉空間に溜まった保湿液を排出することが開示されている。   Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-259825 discloses a liquid droplet ejection head maintenance method including a capping step in which a cap is brought into contact with a nozzle surface of a liquid ejection head to form a sealed space, and a moisturizing liquid supply step for supplying a moisturizing liquid to the sealed space. Thus, it is disclosed that the functional liquid is prevented from drying. Patent Document 3 discloses that the moisturizing liquid is supplied a plurality of times and the moisturizing liquid accumulated in the sealed space is discharged.

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4参照)。   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 4).

特許文献4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 4, 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1〜3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 drying from the nozzle openings by the methods described in Patent Documents 1 to 3 and the like.

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する液体吐出ヘッドにおいて、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 liquid discharge head that discharges a functional ink such as a sol-gel precursor liquid (PZT precursor) by an inkjet method, the occurrence of clogging due to ink sticking at the nozzle opening of the liquid discharge head is prevented, and good discharge is maintained. There is a need for technology that can

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液体吐出ヘッドのメンテナンス方法を提供することを目的とする。   In view of the above problems, the present invention provides a liquid ejection head maintenance method capable of preventing clogging at the nozzle opening and maintaining good ejection in ejecting functional ink that easily reacts with moisture in the atmosphere. The purpose is to provide.

上記課題を解決するために、本発明に係る液体吐出ヘッドのメンテナンス方法は、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基板上に塗布する液体吐出ヘッドのメンテナンス方法において、前記液体吐出ヘッドの吐出面との間で密閉空間を形成するキャップ部材で前記吐出面をキャッピングするキャッピング工程と、湿度が調整された雰囲気ガスで前記キャップ部材内を満たすガスパージ工程と、キャッピングされた状態で前記液体吐出ヘッドのノズル付近の機能性インクを吐出する空吐出工程と、を備え、前記ガスパージ工程が前記空吐出工程より前に行われることを特徴とする液体吐出ヘッドのメンテナンス方法である。   In order to solve the above-mentioned problems, a maintenance method for a liquid discharge head according to the present invention is a maintenance method for a liquid discharge head in which functional ink having reactivity with water is discharged from a nozzle by an inkjet method and applied onto a substrate. A capping step of capping the ejection surface with a cap member that forms a sealed space with the ejection surface of the liquid ejection head; and a gas purging step for filling the cap member with an atmospheric gas with adjusted humidity. A liquid discharge head that discharges functional ink in the vicinity of the nozzles of the liquid discharge head in a state where the gas purge process is performed before the idle discharge process. is there.

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液体吐出ヘッドのメンテナンス方法を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a liquid ejection head maintenance method capable of preventing clogging at a nozzle opening and maintaining good ejection in ejecting functional ink that easily reacts with moisture in the atmosphere. Can do.

本実施形態の液体吐出ヘッドのメンテナンス方法の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of the maintenance method of the liquid discharge head of this embodiment. 本実施形態の液体吐出ヘッドのメンテナンス方法の一例を示す流れ図である。5 is a flowchart illustrating an example of a maintenance method for a liquid discharge head according to the present embodiment. 本実施形態の液体吐出ヘッドのメンテナンス方法の他の例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the other example of the maintenance method of the liquid discharge head of this embodiment. 本実施形態の液体吐出ヘッドのメンテナンス手段の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of the maintenance means of the liquid discharge head of this embodiment. 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 functional ink (precursor liquid). 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. 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 a thin film manufacturing apparatus. 電気機械変換素子の形成方法の他の例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the other example of the formation method of an electromechanical conversion element.

本発明の液体吐出ヘッドのメンテナンス方法は、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基板上に塗布する液体吐出ヘッドのメンテナンス方法において、前記液体吐出ヘッドの吐出面との間で密閉空間を形成するキャップ部材で前記吐出面をキャッピングするキャッピング工程と、湿度が調整された雰囲気ガスで前記キャップ部材内を満たすガスパージ工程と、キャッピングされた状態で前記液体吐出ヘッドのノズル付近の機能性インクを吐出する空吐出工程と、を備え、前記ガスパージ工程が前記空吐出工程より前に行われることを特徴としている。   A maintenance method for a liquid ejection head according to the present invention is a maintenance method for a liquid ejection head in which a functional ink having reactivity with water is ejected from a nozzle by an inkjet method and applied onto a substrate. A capping step of capping the ejection surface with a cap member that forms a sealed space therebetween, a gas purging step for filling the cap member with an atmospheric gas whose humidity is adjusted, and a nozzle of the liquid ejection head in the capped state An empty discharge step of discharging a nearby functional ink, and the gas purge step is performed before the empty discharge step.

以下、本発明に係る液体吐出ヘッドのメンテナンス方法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 maintenance method for a liquid discharge head 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.

図1は、液体吐出ヘッドのメンテナンス方法の一例を示す模式図である。
図1(A)は、キャッピング工程を模式的に表した図で、キャッピング工程ではキャップ部材60を液体吐出ヘッド208のノズル(不図示)が形成されたノズル面208aに押し当てることにより密閉空間が形成される。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る。
図1(B)は、ガスパージ工程を模式的に表した図で、パージ手段として雰囲気ガス供給手段70と雰囲気ガス供給管71が図示されている。ガスパージ工程ではバルブ1(符号81)が開けられ、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。同時にバルブ2(符号82)を開けることにより、余分な雰囲気ガスが排気管80を通って排出され、キャップ部材60の内部が正圧にならないようにされている。図1(B)中の矢印は、低湿度の雰囲気ガスが進む方向を模式的に示している。そして、十分に雰囲気ガスで置換された後、2つのバルブを閉じる。
図1(C)は、空吐出工程を模式的に表した図で、空吐出工程ではキャップ部材60に向けて液体吐出ヘッド内部の液体を液滴83として吐出し(空吐出)、ノズルをリフレッシュする。その後、液体吐出装置は図1(D)に模式的に表される待機状態となる。
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an example of a maintenance method for a liquid discharge head.
FIG. 1A schematically shows a capping process. In the capping process, the cap member 60 is pressed against the nozzle surface 208a on which the nozzles (not shown) of the liquid discharge head 208 are formed to form a sealed space. It is formed. A seal member 61 is provided between the cap member 60 and the nozzle surface 208a, and adhesion between the cap member 60 and the nozzle surface 208a is improved.
FIG. 1B schematically shows a gas purge process, in which an atmosphere gas supply means 70 and an atmosphere gas supply pipe 71 are illustrated as purge means. In the gas purge step, the valve 1 (reference numeral 81) is opened, and low-humidity atmospheric gas is supplied from the connected atmospheric gas supply means 70 through the atmospheric gas supply pipe 71 connected to the inside of the cap member 60. At the same time, by opening the valve 2 (reference numeral 82), excess atmospheric gas is discharged through the exhaust pipe 80 so that the inside of the cap member 60 does not become positive pressure. The arrow in FIG. 1 (B) schematically shows the direction in which the low-humidity atmospheric gas travels. Then, after sufficiently replacing with the atmospheric gas, the two valves are closed.
FIG. 1C is a diagram schematically showing the idle ejection process. In the idle ejection process, the liquid inside the liquid ejection head is ejected as droplets 83 toward the cap member 60 (empty ejection), and the nozzle is refreshed. To do. Thereafter, the liquid ejection device enters a standby state schematically represented in FIG.

上記液体吐出ヘッドのメンテナンス方法の一例について、工程のフローを図2(A)に示す。図2(A)では、キャッピング工程(S101)、ガスパージ工程(S102)、空吐出工程(S103)、待機状態(S103)の順となっている例が示されている。   FIG. 2A shows a process flow of an example of the maintenance method of the liquid discharge head. FIG. 2A shows an example in which the capping step (S101), the gas purge step (S102), the idle discharge step (S103), and the standby state (S103) are in this order.

機能性インクの詳細は後述するが、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のノズル開口で固着してノズルの目詰まりを引き起こしてしまう。そこで、図1(A)及び図1(B)に示す構成とすることで、密閉されたキャップ部材内部の密閉空間の雰囲気の湿度を低くすることができ、ノズルの目詰まりを防止することができる。   Details of the functional ink will be described later, but the functional ink having reactivity with water reacts with moisture in the atmosphere to cause hydrolysis and polycondensation reaction to gel, and is fixed at the nozzle opening of the liquid discharge head 208. This will cause clogging of the nozzle. Therefore, by adopting the configuration shown in FIGS. 1A and 1B, the humidity of the atmosphere in the sealed space inside the sealed cap member can be reduced, and nozzle clogging can be prevented. it can.

しかし、キャッピング工程を行う前では、既にノズル開口部付近の前駆体液は空気中の水分と反応し、加水分解・重縮合反応は始まっているため、機能性インクがゲル化し、ノズルの目詰まりの原因となってしまう。キャッピング工程を行うことでキャップ部材60内部における雰囲気の湿度が下がり、前駆体液と空気中の新たな水分との反応は抑制できるが、既に前駆体液に取りこまれた水による加水分解・重縮合反応は止めることができない。   However, before performing the capping process, the precursor liquid near the nozzle opening has already reacted with moisture in the air, and the hydrolysis / polycondensation reaction has started, so the functional ink has gelled and clogged the nozzle. It becomes a cause. By performing the capping step, the humidity of the atmosphere inside the cap member 60 is lowered, and the reaction between the precursor liquid and new moisture in the air can be suppressed. However, hydrolysis / polycondensation reaction with water already taken into the precursor liquid Can not be stopped.

そこで、図1(C)に示されるように、低湿度雰囲気に保たれたキャップ部材60内部の密閉空間に空吐出を行うことによって、ノズル開口部付近の水を含む前駆体液をノズルの外に排出することができ、ノズル目詰まり防止の効果を高めることができる。
それに加え、密閉空間が形成されているため、ノズル開口部付近に付着した液滴や空吐出によってキャップ部材60内部に吐出された液滴から揮発した溶媒は、密閉空間にとどまり溶媒の蒸気圧が徐々に高められる。その結果、ノズル開口からの溶媒の乾燥が抑制され、ノズルの目詰まりをより確実に防止することができる。
これにより、水分との反応が抑制された前駆体のみが液体吐出ヘッド内部に残った状態で液体吐出ヘッドを待機させておくことができ、ノズルの目詰まりをより確実に防止することができる。
Therefore, as shown in FIG. 1C, the precursor liquid containing water in the vicinity of the nozzle opening is removed from the nozzle by empty discharge into the sealed space inside the cap member 60 maintained in a low humidity atmosphere. Thus, the effect of preventing nozzle clogging can be enhanced.
In addition, since the sealed space is formed, the droplets adhering to the vicinity of the nozzle opening and the solvent volatilized from the droplets discharged into the cap member 60 by the idle discharge remain in the sealed space and the vapor pressure of the solvent remains. Increased gradually. As a result, drying of the solvent from the nozzle opening is suppressed, and nozzle clogging can be more reliably prevented.
Accordingly, the liquid discharge head can be kept on standby in a state where only the precursor whose reaction with moisture is suppressed remains in the liquid discharge head, and nozzle clogging can be more reliably prevented.

なお、塗布装置全体を低湿度雰囲気にすれば前駆体液と水との反応は防ぐことができるとも考えられる。しかし、塗布された前駆体液によっ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60内部の雰囲気の湿度とを独立に制御できることが好ましく、本発明による方法が有効である。   Note that it is considered that the reaction between the precursor liquid and water can be prevented if the entire coating apparatus is in a low humidity atmosphere. However, it is known that the film quality such as the ferroelectric characteristics of the thin film formed by the applied precursor liquid is greatly influenced by the humidity at the time of 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 60 can be controlled independently, and the method according to the present invention is effective.

本発明において、低湿度の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。また低湿度の雰囲気ガスは水分を抑えたガスを示し、機能性インクが雰囲気中の水分と反応して加水分解・重縮合反応することを抑えられるものであればよい。
装置の休止中または待機中におけるキャップ部材60内部の雰囲気の湿度は、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。
In the present invention, the low-humidity atmospheric gas is not particularly limited, and examples thereof include dry nitrogen. The low humidity atmospheric gas may be any gas that suppresses moisture and can prevent the functional ink from reacting with moisture in the atmosphere to cause hydrolysis and polycondensation reaction.
The humidity of the atmosphere inside the cap member 60 during the rest or standby of the apparatus is preferably 10 g / kg (DA: abbreviation of dry air) or less in terms of 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.

本発明において、図2(A)に示される工程のフローは一例であり、必要に応じて工程の順を変更することができる。例えば、気密性の影響でキャップ部材60内部の低湿度を長時間保てない場合は、待機状態(S104)から必要に応じてガスパージ工程(S102)を行ってもよい。また、溶媒の影響によるノズルの目詰まりを防ぐため、待機状態(S104)から必要に応じて空吐出工程(S103)を行ってもよい。なお、上記空吐出工程(S103)におけるノズルから前駆体液の吐出は、特定の手段に限られるものではなく、例えばキャッピング部材60内部を吸引し、負圧にすることにより吐出させてもよい。   In the present invention, the process flow shown in FIG. 2A is an example, and the order of the processes can be changed as necessary. For example, when the low humidity inside the cap member 60 cannot be maintained for a long time due to the airtightness, the gas purge step (S102) may be performed from the standby state (S104) as necessary. Further, in order to prevent clogging of the nozzle due to the influence of the solvent, the idle discharge step (S103) may be performed as necessary from the standby state (S104). The discharge of the precursor liquid from the nozzle in the idle discharge step (S103) is not limited to a specific means, and for example, the inside of the capping member 60 may be sucked and discharged by making a negative pressure.

ただし、ガスパージ工程(S102)は少なくとも一度、空吐出工程(S103)の前に行われていることを要する。上述したように、キャップ部材60内部を低湿度にし、空吐出工程(S103)を行うことで、吐出された液滴から揮発した溶媒により、溶媒の蒸気圧が高められ、ノズルの目詰まりをより確実に防止できるからである。
これに対し、ガスパージ工程(S102)を行う前に空吐出工程(S103)を行った場合、後のキャッピング工程(S101)やガスパージ工程(S102)により、前駆体液が雰囲気中の水分と反応することは抑えられるが、既に水分と反応したノズル開口部付近の前駆体は液体吐出ヘッド内に残ったままであるため、ノズルの目詰まりをより確実に防止することができない。
However, the gas purge process (S102) needs to be performed at least once before the idle discharge process (S103). As described above, by reducing the humidity inside the cap member 60 and performing the empty ejection step (S103), the vapor pressure of the solvent is increased by the solvent volatilized from the ejected droplets, and the nozzle is more clogged. This is because it can be surely prevented.
On the other hand, when the idle discharge step (S103) is performed before the gas purge step (S102), the precursor liquid reacts with moisture in the atmosphere by the subsequent capping step (S101) and the gas purge step (S102). However, since the precursor in the vicinity of the nozzle opening that has already reacted with moisture remains in the liquid discharge head, clogging of the nozzle cannot be prevented more reliably.

図3は、液体吐出ヘッドのメンテナンス方法の他の例を示す模式図である。図3では、キャッピング工程に先行して、ガスパージ工程を行った場合の例が示されている。図3に該当する工程のフローは、図2(B)に示されている。   FIG. 3 is a schematic diagram illustrating another example of a maintenance method for the liquid discharge head. FIG. 3 shows an example in which a gas purge process is performed prior to the capping process. The process flow corresponding to FIG. 3 is shown in FIG.

図3(A)は、キャッピング工程に先行して、ガスパージ工程(S201)が行われた場合の模式図を示しており、あらかじめキャップ部材60が液体吐出ヘッドのノズル面208aに接触しない程度に近づけられている。そして、バルブ1(符号81)があけられ、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。このとき、キャップ部材60の内部の雰囲気は、供給される低湿度の雰囲気ガスにより押し出され、キャップ部材60とノズル面208aの隙間を通って排出される。図3(A)中の矢印は、低湿度の雰囲気ガスが進む方向を模式的に示している。なお、低湿度の雰囲気ガスを供給する際には、ノズルに影響を与えない程度に、低湿度の雰囲気ガスの供給を抑えておく必要がある。   FIG. 3A shows a schematic diagram when the gas purge step (S201) is performed prior to the capping step, and is close to the extent that the cap member 60 does not contact the nozzle surface 208a of the liquid discharge head in advance. It has been. Then, the valve 1 (reference numeral 81) is opened, and low-humidity atmospheric gas is supplied from the connected atmospheric gas supply means 70 via the atmospheric gas supply pipe 71 connected to the inside of the cap member 60. At this time, the atmosphere inside the cap member 60 is pushed out by the supplied low-humidity atmospheric gas and discharged through the gap between the cap member 60 and the nozzle surface 208a. The arrows in FIG. 3A schematically show the direction in which the low-humidity atmospheric gas travels. Note that when supplying low-humidity atmospheric gas, it is necessary to suppress the supply of low-humidity atmospheric gas to such an extent that the nozzle is not affected.

図3(B)は、キャッピング工程(S202)を模式的に表した図で、キャップ部材60内部が十分に低湿度の雰囲気ガスで置換された後、バルブ1(符号81)を閉じ、その直後に液体吐出ヘッドのノズル面208aがキャップ部材60に押し当てられる。   FIG. 3B is a diagram schematically showing the capping step (S202). After the inside of the cap member 60 is replaced with a sufficiently low atmospheric gas, the valve 1 (reference numeral 81) is closed and immediately thereafter. The nozzle surface 208 a of the liquid discharge head is pressed against the cap member 60.

図3(C)は、空吐出工程(S203)を模式的に表した図で、上記空吐出工程(S103)と同様である。また、図3(D)は、待機状態(S204)を模式的に表した図で、上記待機状態(S104)と同様である。
図3に示されるように、本実施形態では図1と異なり、バルブ2や排気管を用意する必要がないため、構成が容易となる。
FIG. 3C is a diagram schematically showing the idle ejection step (S203), which is the same as the idle ejection step (S103). FIG. 3D schematically shows the standby state (S204), which is the same as the standby state (S104).
As shown in FIG. 3, unlike the case of FIG. 1, in this embodiment, it is not necessary to prepare the valve 2 and the exhaust pipe, so that the configuration becomes easy.

次に、液体吐出ヘッドのメンテナンス方法の他の態様を図4に示す。
図4では、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とを備える構成が示されている。
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。
Next, another aspect of the maintenance method of the liquid discharge head is shown in FIG.
FIG. 4 shows a configuration including a liquid holding unit 62 that can hold a liquid inside the cap member 60 and a liquid level sensor 63.
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4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、低湿度の雰囲気ガスを供給する手段と液体を供給する手段とは、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 embodiment shown in FIG. 4, the atmosphere gas / liquid supply pipe 65 and the atmosphere gas / liquid supply means 64 are connected to the inside of the cap member 60, and means for supplying low-humidity atmosphere gas and means for supplying liquid Can switch the supply of the atmospheric gas and the liquid by switching a switching valve (not shown).

本実施形態では、まず、キャッピング前に液面センサ63で液体保持部62の液面が検知され、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に液体が供給される。次に雰囲気ガス/液体供給手段64から低湿度の雰囲気ガスを供給し、キャップ部材60内部の雰囲気を低湿度の雰囲気ガスで置換する。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。   In the present embodiment, first, the liquid level sensor 63 detects the liquid level of the liquid holding unit 62 before capping, and 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, low-humidity atmospheric gas is supplied from the atmospheric gas / liquid supply means 64, and the atmosphere inside the cap member 60 is replaced with low-humidity atmospheric gas. Thereafter, the cap member 60 is pressed against the nozzle surface 208a of the liquid discharge head 208 to perform capping.

図4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や図3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防止することができる。   According to the configuration of FIG. 4, since the solvent is volatilized 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 quickly increases, as shown in FIGS. 1 and 3. Drying of the solvent is suppressed rather than the configuration, and clogging of the nozzle can be prevented.

本実施形態では、さらに液体吐出ヘッド内のインクを吐出(空吐出)することで、既に水分と反応したノズル開口部付近の前駆体液が排出され、ノズルの目詰まりをより確実に防止することができる。   In the present embodiment, by further discharging (empty discharge) the ink in the liquid discharge head, the precursor liquid in the vicinity of the nozzle opening that has already reacted with moisture is discharged, and nozzle clogging can be more reliably prevented. it can.

〔機能性インク〕
本発明の液体吐出ヘッドのメンテナンス方法の対象となる液体吐出ヘッドに用いられ、水と反応性を有する機能性インクについて説明する。液体吐出ヘッドのノズルから吐出され、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]
A functional ink that is used in a liquid discharge head that is an object of the maintenance method of the liquid discharge head of the present invention and has reactivity with water will be described. The functional ink ejected from the nozzle of the liquid ejection head and applied onto the substrate can be appropriately selected according to the type of thin film to be produced. For example, the metal in the case of producing an electromechanical conversion film Examples include functional inks containing alkoxide, and examples of the metal alkoxide include those containing at least 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。
機能性インクを合成する方法の流れの例を図5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.
An example of the flow of a method for synthesizing functional ink 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(S301)。次いで、溶媒の沸点にて加熱・還流し(S302)、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(S303)。 After weighing, first, lead acetate trihydrate is dissolved in 2 -methoxyethanol CH 3 OCH 2 CH 2 OH as a main solvent (S301). Next, heating and refluxing are performed at the boiling point of the solvent (S302), and hydrate dehydration and alcohol exchange treatment of lead acetate are performed (S303).

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(S304)、加熱・還流し(S305)、アルコール交換反応、重縮合反応を進行させる(S306)。   Subsequently, zirconium tetranormal propoxide and titanium tetraisopropoxide are added to the 2-methoxyethanol solution of lead acetate subjected to dehydration and alcohol exchange treatment (S304), heated and refluxed (S305), and alcohol exchange is performed. The reaction and polycondensation reaction are allowed to proceed (S306).

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(S307)、固形分濃度を調整し(S308)、PZT前駆体ゾルゲル液が得られる(S309)。ステップS308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 (S307), the solid content concentration is adjusted (S308), and the PZT precursor A body sol-gel solution is obtained (S309). In step S308, 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(S310)。
ステップS310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 (S310).
In the preparation of the functional ink in the ink forming process in step S310, 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〕
本実施形態における液体吐出ヘッドのメンテナンス方法が対象とする液体吐出ヘッドは、基板上に機能性インクを塗布し、電気機械変換膜や電気機械変換素子などを製造するものである。製造される電気機械変換膜や電気機械変換素子などは、特に制限されるものではないが、例えば、基板である第1の電極と、第1の電極に対向する第2の電極と、第1の電極及び前記第2の電極に挟持された電気機械変換膜とを備えた電気機械変換素子が挙げられる。以下に例を挙げて説明する。
[Electromechanical conversion film, electromechanical conversion element]
The liquid discharge head targeted by the maintenance method of the liquid discharge head in the present embodiment applies functional ink on a substrate to manufacture an electromechanical conversion film, an electromechanical conversion element, and the like. The electromechanical conversion film and the electromechanical conversion element to be manufactured are not particularly limited. For example, the first electrode which is a substrate, the second electrode facing the first electrode, and the first electrode And an electromechanical conversion element including an electromechanical conversion film sandwiched between the second electrode and the second electrode. An example will be described below.

図6及び図8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6及び図8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ものである。
6 and 8 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. 6 and 8 relates to a method of directly patterning by applying the functional ink to a desired region on the substrate by an inkjet method using the thin film manufacturing apparatus. .

図6(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. 6A, a TiO 2 film having a thickness of 50 nm is formed on the upper surface of the substrate 51 as an underlayer 52, and platinum (Pt) and strontium ruthenium oxide (SRO) are formed as 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6(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6(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. 6B, the photoresist 55 is patterned by photolithography so that the first electrode 54 matches the pattern formed as an electromechanical conversion film by an inkjet 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. 6C, 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6(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53下層の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. 6B is in a state where Pt under the first electrode 53 exists.

図6(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)56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. 6D, a surface treatment is performed on the entire surface of the substrate 51 to form a SAM film (Self Assembled Mono-Layer) 56 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6(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7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や図3に示されている各工程を実施し得るものである。
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6(F)に示すようにパターンが形成される。
Subsequently, in the step shown in FIG. 6E, the functional region (precursor liquid) 207 is formed into a hydrophilic region 59 on the substrate, that is, a desired electromechanical conversion film pattern by a thin film manufacturing apparatus equipped with a liquid discharge head 208. Apply to area.
In addition, the thin film manufacturing apparatus used for coating includes a maintenance unit 209 as shown in FIG. 7, and the maintenance unit 209 can carry out each process shown in FIG. 1 and FIG.
Since the functional ink (precursor liquid) 207 has a contact angle contrast inside / outside the electromechanical conversion film pattern forming region 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6(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8(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6(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8(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. 8 (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. 6 (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.
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8(I)、図8(J)、図8(K)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 FIG. 8 (I), FIG. 8 (J), and FIG. 8 (K), alignment is performed on the electromechanical conversion film pattern formed for the first time, and the liquid ejection head is used again using the thin film manufacturing apparatus. The functional ink 207 is applied by 208.
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.

〔薄膜製造装置〕
次に、本実施形態に係る液体吐出ヘッドのメンテナンス方法を実施し得るメンテナンス手段を備えた薄膜製造装置の例を説明する。
本実施形態に係る薄膜製造装置は、例えば、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等を備え、そしてメンテナンス手段を備えたものが挙げられる。
[Thin film manufacturing equipment]
Next, an example of a thin film manufacturing apparatus provided with maintenance means capable of performing the maintenance method of the liquid discharge head according to the present embodiment will be described.
The thin film manufacturing apparatus according to this embodiment is, for example, a stage that holds a substrate and a functional ink that is disposed opposite to the stage and has reactivity with water is ejected from a nozzle by an inkjet method onto the substrate. The liquid discharge head etc. which apply | coat and the thing provided with the maintenance means are mentioned.

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。
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.

以下、薄膜製造装置の液体吐出塗布機構部について説明する。
図7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7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。
Hereinafter, the liquid discharge application mechanism unit of the thin film manufacturing apparatus will be described.
FIG. 7 is a perspective view showing a configuration example of a liquid discharge coating mechanism used in the thin film manufacturing apparatus.
As shown in FIG. 7, the liquid discharge application mechanism is a so-called inkjet coating apparatus, which is a base 200 serving as a base of the apparatus, and a Y-axis drive that is installed on the base 200 and 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、特に制限されるものではないが、例えば、振動板と、振動板上に設けられた圧電素子である電気機械変換素子と、機能性インクが充填される圧力室(個別液室ともいう)と、機能性インクを吐出する液滴吐出孔であるノズルが圧力室に対応して設けられたノズル板とを有するものが挙げられる。   Here, the liquid discharge head 208 is not particularly limited, but for example, a diaphragm, an electromechanical conversion element that is a piezoelectric element provided on the diaphragm, and a pressure chamber filled with functional ink. (Also referred to as an individual liquid chamber) and a nozzle plate in which nozzles, which are droplet ejection holes for ejecting functional ink, are provided corresponding to the pressure chambers.

このように構成された液体吐出ヘッド208において、各圧力室内に機能性インクが満たされた状態で、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に対応する上部電極に対して、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、電気機械変換膜は、圧電効果により電気機械変換膜そのものが振動板と平行方向に縮むことにより、振動板が圧力室21側に凸となるように撓むことになる。これにより、圧力室内の圧力が急激に上昇して、圧力室に連通するノズル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が元に戻ることから撓んだ振動板は、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 liquid discharge head 208 configured as described above, an upper portion corresponding to a nozzle to be discharged by the oscillation circuit based on predetermined pattern data from the control unit in a state where the functional ink is filled in each pressure chamber. A pulse voltage is applied to the electrode. By applying this voltage pulse, the electromechanical conversion film is flexed so that the diaphragm becomes convex toward the pressure chamber 21 side by contracting in parallel with the diaphragm due to the piezoelectric effect. become. As a result, the pressure in the pressure chamber rises rapidly, and the functional ink is ejected from the nozzle communicating with the pressure chamber. At this time, several tens to several hundreds of droplets are continuously discharged from the nozzle. Next, after applying the pulse voltage, the contracted electromechanical conversion film returns to its original position, so that the deflected diaphragm returns to its original position, and functional ink is supplied from a common liquid chamber (not shown) to the pressure chamber. .
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、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、キャップ部材内部を低湿度の雰囲気ガスで満たすパージ手段、液体吐出ヘッドの液体を空吐出する空吐出手段を備えている。
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 capping unit for capping the ejection surface of the liquid ejection head 208, a purge unit for filling the cap member with a low humidity atmosphere gas, and an empty ejection unit for idly ejecting the liquid of the liquid ejection head.
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.

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
80 排気管
81 バルブ1
82 バルブ2
83 液滴
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
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 portion 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 80 Exhaust pipe 81 Valve 1
82 Valve 2
83 Droplet 200 Base 201 Y-axis driving means 202 Substrate 203 Stage 204 X-axis indicating member 205 X-axis driving 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 Driving means

特開2001−71514号公報JP 2001-71514 A 特許4352915号公報Japanese Patent No. 4352915 特開2010−194514号公報JP 2010-194514 A 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 (5)

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基板上に塗布する液体吐出ヘッドのメンテナンス方法において、
前記液体吐出ヘッドの吐出面との間で密閉空間を形成するキャップ部材で前記吐出面をキャッピングするキャッピング工程と、
湿度が調整された雰囲気ガスで前記キャップ部材内を満たすガスパージ工程と、
キャッピングされた状態で前記液体吐出ヘッドのノズル付近の機能性インクを吐出する空吐出工程と、を備え、
前記ガスパージ工程が前記空吐出工程より前に行われることを特徴とする液体吐出ヘッドのメンテナンス方法。
In a maintenance method of a liquid discharge head in which functional ink having reactivity with water is discharged from a nozzle by an inkjet method and applied onto a substrate,
A capping step of capping the ejection surface with a cap member that forms a sealed space with the ejection surface of the liquid ejection head;
A gas purging step for filling the cap member with an atmospheric gas whose humidity is adjusted;
An empty discharge step of discharging functional ink in the vicinity of the nozzle of the liquid discharge head in the capped state,
A maintenance method for a liquid discharge head, wherein the gas purge step is performed before the idle discharge step.
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に記載の液体吐出ヘッドのメンテナンス方法。   The maintenance method for a liquid discharge head 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から選ばれる少なくとも一種を含有することを特徴とする請求項2に記載の液体吐出ヘッドのメンテナンス方法。   The method for maintaining a liquid discharge head according to claim 2, wherein the metal alkoxide contains at least one selected from 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3のいずれかに記載の液体吐出ヘッドのメンテナンス方法。   The method for maintaining a liquid discharge head according to any one of claims 1 to 3, 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4のいずれかに記載の液体吐出ヘッドのメンテナンス方法。
A liquid holding part capable of holding a liquid inside the cap member;
5. The maintenance of the liquid discharge head according to claim 1, wherein the liquid held in the liquid holding part is a liquid composed of at least one component constituting a solvent of the functional ink. Method.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2017047388A (en) * 2015-09-03 2017-03-09 日新製鋼株式会社 Inkjet printer and manufacturing apparatus of etching metal plate

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