JP5526810B2 - ゾルゲル液、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 - Google Patents
ゾルゲル液、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 Download PDFInfo
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Description
また、特許文献1には、ゾルゲル法を用いて基板上に複合酸化物の厚膜を形成し、空間光変調素子やインクジェットプリンタヘッドのアクチュエータ、センサに用いることが記載されており、特許文献2には、二つ以上のインクジェットヘッドを用いて、異なるゾルゲル液を吐出させ、一平面内に均一に混合した強誘電体薄膜を形成することが記載されている。
また、特許文献3には、圧電体薄膜を用いた液体噴射ヘッドの一般的な構成が示されている。
また、特許文献4には、強誘電体膜を形成するための前駆体組成物、該前駆体組成物の製造方法、インクジェット塗布用前駆体組成物インクが示されている。
インクジェット記録装置の液体吐出ヘッドは、インク滴を吐出するノズル、このノズルが連通する圧力室(加圧室、加圧液室、液室、吐出室、インク流路とも称される)、及び圧力室内のインクを加圧するための圧力発生手段を備え、該圧力発生手段により圧力室内のインクを加圧してノズルからインク滴を吐出させる。
圧力発生手段としては、圧電素子などの電気−機械変換素子を用いて圧力室の壁面を形成している振動板を変形変位させることでインク滴を吐出させるピエゾ型のもの、圧力室内に配設した発熱抵抗体などの電気−熱変換素子を用いてインクの膜沸騰でバブルを発生させてインク滴を吐出させるバブル型(サーマル型)のものなどがある。更にピエゾ型のものにはd33方向の変形を利用した縦振動型、d31方向の変形を利用した横振動(ベンドモード)型、剪断変形を利用したシェアモード型などがあるが、最近では半導体プロセスやMEMSの進歩により、Si基板に直接圧力室及びピエゾ素子を作り込んだ薄膜アクチュエータが考案されている。
図2は、図1の液体吐出ヘッドを複数個配置した例を示しており、各圧力室にインク吐出の圧力を発生させるための個別の電気−機械変素子が配置されている。
電気−機械変換膜の材料にはジルコン酸チタン酸鉛(PZT)、チタン酸バリウムなどが用いられるが、これらは複数の金属酸化物を主成分としているので一般に金属複合酸化物と称される。
従来は、下部電極上に真空成膜法などの周知の成膜技術により電気−機械変換膜材料を堆積させ、続いて、上部電極を形成した後、フォトリソグラフィー・エッチングにより、上部電極のパターニングを行い、同様にして電気−機械変換膜及び下部電極のパターニングを行って電気−機械変換素子を作成している。
また、個別化されたPZT膜の形成法としては、Ti金属上にPZTを選択成長させる水熱合成法があるが、この方法で十分な耐圧を有するPZT膜を得るには、膜厚を5μm以上とする必要があり(5μm未満では、電界印加で容易に絶縁破壊してしまう)、所望する任意の薄膜が得られない。またSi基板上に素子を形成する場合、水熱合成が強アルカリ性の水溶液下で行われるため、Si基板の保護が必須となる。他の方法として真空蒸着法やAD法もあるが、いずれも種々の問題があり採用できない。
〔1〕 電気−機械変換素子の個別化された電気−機械変換膜をインクジェット法により形成する際に用いるゾルゲル液であって、ジルコン酸チタン酸鉛(PZT)、又はPZTと他の金属複合酸化物、及び溶解度パラメータ特性を示す三角組成図(図3)中の、A・B・C・D・E・Fで示される領域内の特性を有する、少なくとも2−メトキシエタノールを含む有機溶媒を含有し、かつ、そのゾルゲル液が、次の1)〜3)の要件を満たすことを特徴とするゾルゲル液。
1)粘度が3〜13mPa・s(ミリパスカル・秒)
2)表面張力が30±5mN/m(ミリニュートン/メートル)
3)乾燥速度が対純水比で70〜80%
〔2〕 前記他の金属複合酸化物が、次の(1)〜(3)の少なくとも1つである〔1〕に記載のゾルゲル液。
(1)Pb(Mg1/3,Nb2/3)O3
(2)Pb(Ni1/3,Nb2/3)O3
(3)Pb(Zn1/3,Nb2/3)O3
〔3〕 少なくとも下部電極と上部電極に挟まれた電気−機械変換膜を有し、該電気−機械変換膜が、〔1〕又は〔2〕に記載のゾルゲル液を用いてインクジェット法により形成されたものである電気−機械変換素子。
〔4〕 〔3〕に記載の電気−機械変換素子を用いた液体吐出ヘッド。
〔5〕 〔4〕に記載の液体吐出ヘッドを備えたインクジェット記録装置。
本発明は前述したピエゾ型のうちd31方向の変形を利用した横振動(ベンドモード)型の電気−機械変換素子(薄膜アクチュエータ)の作成に用いるゾルゲル液に関する。
薄膜アクチュエータとして使用する電気−機械変換膜は、通常、金属複合酸化物膜によって形成される。そして、ゾルゲル法は適切な電気−機械変換能力を有する金属複合酸化物膜を形成する方法として、非常に有効である。
ゾルゲル法は、金属の有機又は無機化合物を溶液中で加水分解し、続いて重縮合反応させて重合体を形成し、これを加熱することで金属複合酸化物(セラミック)を作成する手法である。重合体は、重合度が低い場合は「ゾル」と呼ばれる液体の状態であるが、これを更に適切な溶媒で希釈して「前駆体」を作成する。この「前駆体」溶液を一般的に「ゾルゲル液」と呼び、本発明においても「ゾルゲル液」と称する。
PZTの出発材料は酢酸鉛、ジルコニウムアルコキシド、及びチタンアルコキシドであり、これらの化合物の共通溶媒である2−メトキシエタノールを用いてPZTのゾルゲル液を得る(非特許文献1参照)。
PZTは、ジルコン酸鉛(PbZrO3)とチタン酸鉛(PbTiO3)の固溶体であり、化学式Pb(Zr1−XTiX)O3(0<x<1)で示されるが、その比率により特性が異なる。一般的に優れた電気−機械変換特性(圧電特性)を示すのは、PbZrO3とPbTiO3のモル比が53:47のもの、即ち上記化学式においてx=0.47のものであり、一般にPZT(53/47)と略称される。
出発材料の酢酸鉛、ジルコニウムアルコキシド、チタンアルコキシドは、上記化学式に従って秤量して用いられる。
ただし、ゾルゲル液の塗膜には、膜形成後に必ず「熱処理(加熱)」プロセスが加えられる。その際、特に結晶化のための熱処理プロセスにおいて、塗膜中の鉛原子の一部が「揮発(蒸発)」することが広く知られている。そこでPZTのような鉛を含む複合酸化物を作成する場合には、熱処理プロセス中における鉛原子の揮発・減少を見越して、出発材料に化学量論組成に比べて鉛を5〜20%過剰に加えることが一般的に行われている。なお、このような鉛を過剰に加える操作は、本発明のような薄膜の成膜プロセスのみならず、「バルク」の焼結・製造プロセスにおいても一般的な手法である。
PZT以外の複合酸化物の例としてはチタン酸バリウムが挙げられるが、この場合はバリウムアルコキシドとチタンアルコキシドを出発材料にし、これらの化合物の共通溶媒に溶解させてチタン酸バリウムのゾルゲル液を作成する。
下地基板全面にPZT膜を形成する場合は、スピンコートなどの溶液塗布法によりPZTのゾルゲル液からなる塗膜を形成し、溶媒乾燥、熱分解、結晶化の各々の熱処理を施して結晶化膜とする。しかし、塗膜から結晶化膜への変態には体積収縮が伴うため、クラックのない結晶化膜を得るには、一回の塗布で100nm以下の膜厚となるようにゾルゲル液の濃度を調整する必要がある。
また、得られた下地基板全面に成膜されたPZT膜を液体吐出ヘッドの電気−機械変換素子に用いる場合、これを圧力室のレイアウトに合わせて個別化する(パターン化する)プロセスが必要であり、そのプロセスには多くのコストと困難が伴う。そこで本発明者等は、ゾルゲル法による成膜と同時にパターン化も行って電気−機械変換膜を形成する方法を発明し、前述した先願1、2として出願した。
しかし、PZT膜を形成するためのゾルゲル液は、前述したように一回の塗布で100nm以下の膜厚となるように濃度が調整され(つまり希釈)ている。そのため粘度が低く、表面張力も小さい液質となっている。
一方、インクの粘度を過剰に高くすると、圧力室に圧力を発生させてインク滴をノズルから吐出させようとしても、粘度が高いためにインクがノズルから滴となって外に飛び出すことができない。
また、インクの表面張力が小さい場合、インク滴を吐出させようとする以前に、ノズルからインクが「漏れる」現象が生じてインクジェットヘッド表面を汚染し、以後のインク滴の吐出状態を阻害し、印刷品質に不具合が生じる。
一方、インクの表面張力が過剰に大きくなると、インクが圧力室からノズル部に流入しなくなり、インク滴をノズルから吐出させることができなくなる。
また、インクの乾燥速度が遅い場合、インク滴がノズルから吐出して被印刷物に着弾した後、乾燥・定着するまでの時間が長くなり、後から着弾したインク滴と混ざり合って「滲み」となる等の印刷品質の低下が生じやすくなる。
一方、インクの乾燥速度が速いと、インクがノズル部分で乾燥・固化して詰まり、インク滴をノズルから吐出させることができなくなる。
この満足すべきインク品質に関する要件は、インクジェット法によりPZTのゾルゲル液をパターン化しながら塗布し、電気−機械変換素子を作成しようとする場合のゾルゲル液の品質に関しても、そのまま当て嵌まる。
しかし、前述したように、PZT膜を形成するためのゾルゲル液は、粘度が低く表面張力も小さい液質となっており、インクジェット法で使用する「インク」としては好ましい品質ではない。
もちろん、上記品質のゾルゲル液をそのままインクジェットヘッドのノズルから吐出させて電気−機械変換素子を作成することは不可能ではない。しかし、設定する吐出条件の許容幅は非常に狭く、しかも、ゾルゲル液の液質が低粘度・低表面張力という、インクジェットヘッド表面を汚染させやすい品質のため、適切な状態でのゾルゲル液吐出を、長時間安定に続けることは非常に難かしい。
まず、後述する実施例1の<ゾルゲル液の合成>と同様にして、PZTのゾルゲル液(PZT前駆体溶液)を作成し、これを用いて、以下のようにして、適切なゾルゲル液の要件及び適切な調整用有機溶媒について検討した、
(a)適切なゾルゲル液の要件について
1回の塗布によって得られる結晶化膜の膜厚が100nm以下でクラックのない膜となるようなゾルゲル液中の前駆体濃度を調べるため、様々な前駆体濃度に調整したゾルゲル液を準備し、インクジェット法による成膜評価を行った。ゾルゲル液の濃度調整には、ゾルゲル液合成時の共通溶媒である2−メトキシエタノールを用いた。また、ゾルゲル液の塗布は、インクジェットヘッド(GEN4ヘッド:リコープリンティングシステム社製)を搭載したインクジェット塗布装置を使用した。
その結果、1回の塗布により適切な結晶化膜を得るためのゾルゲル液の前駆体濃度は、0.3mol/L以下が好ましいことが明らかになった。しかし、2−メトキシエタノ−ルのみで濃度調整したゾルゲル液は粘度が低いため、吐出時にミストが発生して塗布開始から短時間でインクジェットヘッド表面が汚染されるという前述した不具合が生じた。
なお、2−メトキシエタノ−ルの粘度は1.57mPa・s、2−メトキシエタノ−ルのみで前駆体濃度を0.3mol/Lに調整したゾルゲル液の粘度は、2.52mPa・sであった。
その結果、適切な液吐出を安定的に継続させるには、次の1)〜3)の要件を満たすように、ゾルゲル液の液質を調整すれば良いことが明らかになった。
1) 粘度が3〜13mPa・s(ミリパスカル・秒)
2) 表面張力が30±5mN/m(ミリニュートン/メートル)
3) 乾燥速度が対純水比で70〜80%の乾燥速度
上記1)については、粘度が3mPa・s未満では、前述したように、吐出時にミストが発生して塗布開始から短時間でインクジェットヘッド表面が汚染されるという不具合が生じる。一方、粘度が13mPa・sを超えると、ノズルから吐出できなくなる。
上記2)については、表面張力が25mN/m未満では、パターン化した形状のコントラストが悪化する(境界部がシャープな形状にならない)。一方、35mN/mを越えると、ノズルから吐出できなくなる。
上記3)については、乾燥速度が遅いと、パターン化した形状のコントラストが悪化する(境界部がシャープな形状にならない)。一方、乾燥速度が速いと、インクジェットヘッドのノズル部分で乾燥・固化が進んでノズルが詰まり、吐出できなくなる。
しかし、インクジェットヘッドからの吐出が安定的に継続できるにも関わらず、塗布後のゾルゲル液の「濡れ広がり方」、その後の結晶化膜の状態が不均一で「ムラ」が生じるゾルゲル液が多く認められた。そして、そのような不具合状態を仔細に検討すると、ゾルゲル液調整のために加えた調整用有機溶媒とベースのゾルゲル液(溶媒:2−メトキシエタノール)の混合状態が完全には均一になっていないことが明らかになった。
そのため、調合後のゾルゲル液の液質が前記1)〜3)の性質を満足すると同時に、ゾルゲル液の主溶媒である2−メトキシエタノ−ルとの混合性が良好な調整用有機溶媒について検討した。
図3に、2−メトキシエタノールの溶解度パラメータをプロットで示した。なお、図3及び他の図表で示す溶解度パラメータは全て”HANSEN SOLUBILITY PARAMETERS Second Edition”(Charles M.Hansen CRC Press社)に示されたデータに準拠している。
図3に示した2−メトキシエタノールの溶解度パラメータと近い溶解度パラメータを有する調整用有機溶媒を選択して混合すれば、均一性の良好なゾルゲル液が得られる。しかし、「溶解度パラメータが近い」有機溶媒は、粘度その他の性質についても近い値を示す傾向が認められる。一方、2−メトキシエタノールを共通溶媒として合成したゾルゲル液に、異なる調整用有機溶媒を混合する理由は、例えばゾルゲル液の粘度を上げてインクジェットヘッドから良好な吐出を行わせるためである。そのため、あまり2−メトキシエタノールと近い溶解度パラメータを有する有機溶媒を混合させても、その狙いを満たすことができない。
その結果、図3の太線で囲まれるA・B・C・D・E・Fで示される領域内の溶解度パラメータを有する調整用有機溶媒を選択すれば、混合後のゾルゲル液に不具合が生じないことが分かった。この調整用有機溶媒を用いたゾルゲル液は、調合して半年経過した後でも調合直後と同様の液特性を保つことができる。なお、前記領域より水素結合性が大きい溶解度パラメータの指標を示す有機溶媒と混合した場合、ゾルゲル液の吸湿性が強くなって大気中の水分を吸収し、液中の前駆体成分が加水分解を生じやすくなり、インクジェットヘッドからの吐出状態安定性及びゾルゲル液のポットライフが悪化する。また、極性がより大きい有機溶媒と混合すると、液中の前駆体成分の溶解性・分散性が悪化することによるインクジェットヘッドからの吐出状態、並びに形成される電気−機械変換膜性能に不具合が生じる。更に、分散性がより大きい有機溶媒では、2−メトキシエタノールとの混合性の低下により、ゾルゲル液の均一性低下、それによる電気−機械変換膜性能の悪化が認められる。
その結果、後述する実施例の表2、表3に示すような組み合わせ及び混合比で、2−メトキシエタノールと調整用有機溶媒を混合したゾルゲル液は、インクジェットヘッドからの吐出状態及び吐出安定性に優れる上に、形成された電気−機械変換膜の電気−機械変換性能も優れ、ゾルゲル液としての安定性やポットライフも良好であることが分かった。
なお、図4は、共通溶媒の2−メトキシエタノールと、選択した調整用有機溶媒〔エチレングリコール、ビス(2−エトキシエチル)エーテル、エタノールアミン、2−エチルヘキサノール、1−メトキシ−2−プロパノール〕の溶解度パラメータをプロットしたものである。
その結果、2成分の固溶体であるPZTに対し、他の金属複合酸化物として次の(1)〜(3)の少なくとも1つの成分を加えると、より高い圧電定数が得られ、電気−機械変換膜としてより好ましいことが分かった。
(1)Pb(Mg1/3,Nb2/3)O3(=PMN)
(2)Pb(Ni1/3,Nb2/3)O3(=PNN)
(3)Pb(Zn1/3,Nb2/3)O3(=PZN)
特に、好ましい組成領域は、PMN−PZTでは、0.375PMN−0.625PZT近傍組成、及び0.125PMN−0.875PZT近傍組成、又は、Pb元素をBa又はSrで最大20モル%置換した組成であり、PNN−PZTでは、0.5PNN−0.5PZT近傍組成であり、PZN−PNN−PZTでは、0.25PZN−0.10PNN−0.65PZT近傍組成である。
上記の他に、一般に報告されている材料としては図5に示すものがあり、本発明ではこれらの材料も使用可能である。また、添加物としてMn酸化物を入れてもよい。
なお、前記他の金属複合酸化物を含むゾルゲル液を作成するには、後述する実施例1の<ゾルゲル液の作成>における、ジルコニウムテトラ−n−ブトキシド、及びチタニウムイソポロポキシドの投入の際に、更に他の金属複合酸化物を構成する金属元素を含むアルコキシド材料を所定当量投入すればよい。
上記第1工程では必要部位のみに選択的にSAM膜を形成して液体の濡れ性(表面の接触角)を制御した部位を作成する。下部電極の材料は公知の電極材料の中から適宜選択して用いることができるが、代表的なものは白金である。第2工程はインクジェット法で行う。また、第5工程は、例えばインクジェット法で白金インクを塗布して形成することができる。
このように、適切な吐出条件の設定が容易で、かつ安定的に吐出動作を継続させることができる簡便な製造工程で、バルクセラミックスと同等の性能を持つ電気−機械変換素子を作成することができ、かつ、先願発明に比べてより安定的に長時間、作成プロセスを継続することができる。
図のインクジェット記録装置は、記録装置本体81の内部に、主走査方向に移動可能なキャリッジ93、キャリッジ93に搭載した本発明のインクジェットヘッドからなる記録ヘッド94、記録ヘッド94へインクを供給するインクカートリッジ95等で構成される印字機構部82等が収納され、装置本体81の下方には、前方側から多数枚の用紙83を積載可能な給紙カセット(又は給紙トレイ)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又は手差しトレイ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。
印字機構部82は、左右の側板(不図示)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記録ヘッド94を、複数のインク吐出口(ノズル)が主走査方向と交差する方向になるように配列し、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には記録ヘッド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。
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、主走査モーター97の正逆回転によりキャリッジ93が往復駆動される。
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、更に用紙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。
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。
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)が密封され、チューブを通して吸引手段で吐出口からインクと共に気泡等が吸い出され、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て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。
<ゾルゲル液の作成>
出発材料として次のa)〜c)のものを用いた。
a)酢酸鉛三水和物〔Pb(CH3COO)2・3H2O、分子量:379.3〕
b)ジルコニウムテトラ−n−ブトキシド
〔Zr(OCH2CH2CH2CH3)4、分子量:383.7〕
c)チタニウムイソポロポキシド
{Ti〔OCH(CH3)2〕4、分子量:284.3}
上記出発材料を、化学量論組成のジルコン酸チタン酸鉛〔Pb(Zr0.53,Ti0.47)O3〕に対して、鉛量が10モル%過剰になる組成〔Pb1.10(Zr0.53Ti0.47)O3〕の1モル相当量となるように秤量した。即ち、酢酸鉛三水和物:417.3g、ジルコニウムテトラ−n−ブトキシド:203.4g、チタニウムイソポロポキシド:133.6gを秤量した。鉛を過剰に用いた理由は、熱処理中の所謂「鉛抜け」による結晶性低下を防ぐためである。
次いで、酢酸鉛三水和物を2−メトキシエタノール(CH3OCH2CH2OH、分子量:76.1)に溶解した後、溶媒の沸点に加熱し、脱水処理した。(ロータリーエバポレーラーを用いて脱水処理してもよい。)
次いで、該脱水処理した酢酸鉛の2−メトキシエタノール溶液に対し、2−メトキシエタノールに溶解させたジルコニウムテトラ−n−ブトキシド、及びチタニウムイソポロポキシドを投入して溶媒の沸点に加熱し、アルコール交換反応及びエステル化反応(重縮合反応)を進行させ、ゾルゲル液(PZT前駆体溶液)を作成した。
更に、このゾルゲル液(PZT前駆体溶液)に、表2、表3に記載した種類及び混合比の調整用有機溶媒を加え、インクジェット法による成膜を行なうゾルゲル液として好適な液質を与えた。
まず、白金基板(下部電極)の表面をメチルチオールで部分的に表面改質し、SAM膜を形成した。
次いで、インクジェットヘッド(GEN4ヘッド:リコープリンティングシステム社製)を搭載したインクジェット塗布装置により、該表面改質した部分にゾルゲル液を塗布し、続いて、該ゾルゲル液を乾燥、熱分解、結晶化させて電気−機械変換膜を形成した。
上記操作を15回順に繰り返して膜厚約1.5μmの電気−機械変換膜を作成した。
次いで、上記電気−機械変換膜の上に、前記インクジェット塗布装置により白金インクを塗布して下部電極を形成し、電気−機械変換素子を得た。
上記操作における「インクジェット法による成膜」の具合、及び「電気−機械変換膜性能」は、表2、表3に示すように、いずれも良好(◎)であった。したがって、簡便な製造工程でバルクセラミックスと同等の性能を持つ電気−機械変換素子を作成することができ、かつ、先願発明に比べてより安定的に長時間、作成プロセスを継続できることが分かった。
なお、表2、表3の「インクジェット法による成膜」の欄の「◎」は、次の4条件を満たしていることを意味する。
(1)インクジェットヘッドからゾルゲル液を吐出する動作を長時間継続することができる。即ち、インクジェットノズルが詰まることが無い。
(2)ゾルゲル液を長時間連続して直進性良く吐出し、意図した通りの場所に着弾させることができる。(吐出動作中に、吐出したゾルゲル液によりインクジェットヘッドが汚染されると、ゾルゲル液があらぬ方向に飛翔し、好ましくない部分を塗膜してしまう。)
(3)ゾルゲル液の吐出動作の停止中に、ノズル部のゾルゲル液が乾燥して詰まることが無い。
(4)対象物に着弾したゾルゲル液が均一に濡れ広がり、膜厚の等しい塗膜を成膜することができる。
また、表2、表3の「電気−機械変換膜性能」の欄の「◎」は、次の条件を満たしていることを意味する。
(1)電気−機械変換膜に一定の電界を加えた際に、十分な形状変化(歪み)を生じる。
酢酸鉛三水和物〔Pb(CH3COO)2・3H2O、分子量:379.3〕、マグネシウムエトキシド〔Mg(OCH2CH3)2、分子量:114.4〕、及びニオブエトキシド〔Nb(OCH2CH3)5、分子量:318.2〕を出発原料とし、化学量論組成のPb(Mg1/3,Nb2/3)O3(=PMN)となるように秤量した。
次いで、酢酸鉛三水和物を2−メトキシエタノール溶媒に溶解した後、溶媒の沸点に加熱し、脱水処理した。
次いで、上記脱水処理した酢酸鉛の2−メトキシエタノール溶液に対し、2−メトキシエタノールに溶解させたマグネシウムエトキシド、及びニオブエトキシドを投入して溶媒の沸点に加熱し、アルコール交換反応及びエステル化反応(重縮合反応)を進行させ、ゾルゲル液(PMN前駆体溶液)を作成した。
次いで、このPMN前駆体溶液と、実施例1で作成したPZT前駆体溶液とを、モル比で0.375PMN−0.625PZT近傍組成となるように混合した。
更に、このゾルゲル液(PMN−PZT前駆体混合溶液)に、表2、表3に記載した種類及び混合比の調整用有機溶媒を加え、インクジェット法で成膜を行なうゾルゲル液として好適な液質を与えた。
次に、上記ゾルゲル液を用い、実施例1と同様にして電気−機械変換素子を作成した。
その結果、実施例1と同様に、「インクジェット法による成膜」の具合、及び「電気−機械変換膜性能」は、いずれも良好(◎)であり、簡便な製造工程でバルクセラミックスと同等の性能を持つ電気−機械変換素子を作成でき、かつ、先願発明に比べてより安定的に長時間、作成プロセスを継続できることが分かった。
酢酸鉛三水和物〔Pb(CH3COO)2・3H2O、分子量:379.3〕、アセチルアセトンニッケル〔Ni(acac)2、分子量:256.9〕、及びニオブエトキシド〔Nb(OCH2CH3)5、分子量:318.2〕を出発原料とし、化学量論組成のPb(Ni1/3,Nb2/3)O3(=PNN)となるように秤量した。
次いで、酢酸鉛三水和物を2−メトキシエタノール溶媒に溶解した後、溶媒の沸点に加熱し、脱水処理した。
次いで、上記脱水処理した酢酸鉛の2−メトキシエタノール溶液に対し、2−メトキシエタノールに溶解させたアセチルアセトンニッケル、及びニオブエトキシドを投入して溶媒の沸点に加熱し、アルコール交換反応及びエステル化反応(重縮合反応)を進行させ、ゾルゲル液(PNN前駆体溶液)を作成した。
次いで、このPNN前駆体溶液と、実施例1で作成したPZT前駆体溶液とを、モル比で0.5PNN−0.5PZT近傍組成となるように混合した。
更に、このゾルゲル液(PNN−PZT前駆体混合溶液)に、表2、表3に記載した種類及び混合比の調整用有機溶媒を加え、インクジェット法で成膜を行なうゾルゲル液として好適な液質を与えた。
次に、上記ゾルゲル液を用い、実施例1と同様にして電気−機械変換素子を作成した。
その結果、実施例1と同様に、「インクジェット法による成膜」の具合、及び「電気−機械変換膜性能」は、いずれも良好(◎)であり、簡便な製造工程でバルクセラミックスと同等の性能を持つ電気−機械変換素子を作成でき、かつ、先願発明に比べてより安定的に長時間、作成プロセスを継続できることが分かった。
酢酸鉛三水和物〔Pb(CH3COO)2・3H2O、分子量:379.3〕、酢酸亜鉛二水和物〔Zn(CH3COO)2・2H2O、分子量:219.5〕、及びニオブエトキシド〔Nb(OCH2CH3)5、分子量:318.2〕を出発原料とし、化学量論組成のPb(Zn1/3,Nb2/3)O3(=PZN)となるように秤量した。
次いで、酢酸鉛三水和物を2−メトキシエタノール溶媒に溶解した後、溶媒の沸点に加熱し、脱水処理した。
次いで、上記脱水処理した酢酸鉛の2−メトキシエタノール溶液に対し、2−メトキシエタノールに溶解させた酢酸亜鉛二水和物、及びニオブエトキシドを投入して溶媒の沸点に加熱し、アルコール交換反応及びエステル化反応(重縮合反応)を進行させ、ゾルゲル液(PZN前駆体溶液)を作成した。
次いで、このPZN前駆体溶液と、実施例3で作成したPNN前駆体溶液と、実施例1で作成したPZT前駆体溶液とを、モル比で0.25PZN−0.10PNN−0.65PZT近傍組成となるように混合した。
更に、このゾルゲル液(PZN−PNN−PZT前駆体混合溶液)に、表2、表3に記載した種類及び混合比の調整用有機溶媒を加え、インクジェット法で成膜を行なうゾルゲル液として好適な液質を与えた。
次に、上記ゾルゲル液を用い、実施例1と同様にして電気−機械変換素子を作成した。
その結果、実施例1と同様に、「インクジェット法による成膜」の具合、及び「電気−機械変換膜性能」は、いずれも良好(◎)であり、簡便な製造工程でバルクセラミックスと同等の性能を持つ電気−機械変換素子を作成でき、かつ、先願発明に比べてより安定的に長時間、作成プロセスを継続できることが分かった。
81:装置本体
82:印字機構部
83:用紙
84:給紙カセット
85:手差しトレイ
86:排紙トレイ
91:主ガイドロッド
92:従ガイドロッド
93:キャリッジ
94:記録ヘッド
95:インクカートリッジ
97:主走査モータ
98:駆動プーリ
99:従動プーリ
100:タイミングベルト
101:給紙ローラ
102:フリクションパッド
103:ガイド部材
104:搬送ローラ
105:搬送コロ
106:先端コロ
107:副走査モータ
109:印写受け部材
111:搬送コロ
112:拍車
113:排紙ローラ
114:拍車
115:ガイド部材
116:ガイド部材
117:回復装置
Claims (5)
- 電気−機械変換素子の個別化された電気−機械変換膜をインクジェット法により形成する際に用いるゾルゲル液であって、ジルコン酸チタン酸鉛(PZT)、又はPZTと他の金属複合酸化物、及び溶解度パラメータ特性を示す三角組成図(図3)中の、A・B・C・D・E・Fで示される領域内の特性を有する、少なくとも2−メトキシエタノールを含む有機溶媒を含有し、かつ、そのゾルゲル液が、次の1)〜3)の要件を満たすことを特徴とするゾルゲル液。
1)粘度が3〜13mPa・s(ミリパスカル・秒)
2)表面張力が30±5mN/m(ミリニュートン/メートル)
3)乾燥速度が対純水比で70〜80% - 前記他の金属複合酸化物が、次の(1)〜(3)の少なくとも1つであることを特徴とする請求項1に記載のゾルゲル液。
(1)Pb(Mg1/3,Nb2/3)O3
(2)Pb(Ni1/3,Nb2/3)O3
(3)Pb(Zn1/3,Nb2/3)O3 - 少なくとも下部電極と上部電極に挟まれた電気−機械変換膜を有し、該電気−機械変換膜が、請求項1又は2に記載のゾルゲル液を用いてインクジェット法により形成されたものであることを特徴とする電気−機械変換素子。
- 請求項3に記載の電気−機械変換素子を用いたことを特徴とする液体吐出ヘッド。
- 請求項4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。
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