JP6287121B2 - 電気−機械変換膜の製造方法、電気−機械変換素子、液体吐出ヘッド、インクジェット記録装置 - Google Patents

電気−機械変換膜の製造方法、電気−機械変換素子、液体吐出ヘッド、インクジェット記録装置 Download PDF

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Description

本発明は、電気−機械変換膜の製造方法、電気−機械変換素子、液体吐出ヘッド、インクジェット記録装置に関する。
電気−機械変換素子は一般的に、電極間に電気−機械変換膜を配置した積層構造を有している。
電気−機械変換膜の成膜方法として、下部電極となる第１の電極を形成した基板上に、電気−機械変換膜のパターンに応じた親液性の開口部を有する撥液性膜を形成し、該親液性の開口部に電気−機械変換膜の原料となるゾル−ゲル液を供給する方法が知られていた。
そして、ゾル−ゲル液を撥液性膜の開口部に供給する方法として、該開口部に選択的にゾル−ゲル液を供給でき、材料の無駄や環境負荷への影響を軽減できるため、インクジェット法が注目されている。
ただし、撥液性膜は通常透明であるため、インクジェット法により親液性の開口部にゾル−ゲル液を供給する際に、開口部を形成した部分を検出するための基準点となるアライメントマークを撥液性膜の一部に形成しておく必要がある。
このため、例えば特許文献１には、基板に撥液性を付与する撥液化処理工程と、撥液化処理された基板上に金属製マスクを配した後、薄膜パターン用及びアライメントマーク用の親液部を形成する親液パターン形成工程と、アライメントマーク用の親液部にアライメントマークをスクリーン印刷法により形成するアライメントマーク形成工程と、アライメントマークに基づき、液滴吐出法により薄膜パターン用の親液部に機能液を配置して薄膜パターンを形成する機能液配置工程と、を有する薄膜パターンの形成方法が開示されている。
しかしながら、特許文献１に開示された方法によると、撥液化処理した基板上の一部に薄膜パターン用及びアライメントマーク用の親液部を形成する際、該親液部の形状と同形状の開口部が具備された金属製マスクを要する。このため、形成する薄膜パターンは金属製マスクのパターンに限定され、急な設計変更等に対応することはできなかった。また、金属製マスクを準備する必要があり部材が多くなるという問題があった。さらに、アライメントマーク形成工程においては薄膜パターンを形成する場合とは異なるスクリーン印刷法を用いており工程が複雑化するという問題があった。
上記従来技術の問題に鑑み、本発明は電気−機械変換膜及びアライメントマークをより簡便に形成できる電気−機械変換膜の製造方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため本発明は、
一方の面に第１の電極が形成された基板の、前記第１の電極の表面を撥液化する撥液化処理工程と、
撥液化された前記第１の電極の表面に、形成する電気−機械変換膜及びアライメントマークの形状に応じて照射位置を移動させながら、エネルギー線を照射するエネルギー線照射工程と、
前記エネルギー線照射工程においてアライメントマークの形状に応じてエネルギー線を照射した部分を含む領域にインクジェット法により塗布溶液を塗布するアライメントマーク形成工程と、
前記アライメントマーク形成工程において形成されたアライメントマークに基づいて、印刷位置を検出する印刷位置検出工程と、
前記エネルギー線照射工程において電気−機械変換膜の形状に応じてエネルギー線を照射した部分にインクジェット法によりゾル−ゲル液を塗布する電気−機械変換液膜形成工程と、を有し、
前記アライメントマーク形成工程において塗布する前記塗布溶液は、前記電気−機械変換液膜形成工程において塗布する前記ゾル−ゲル液と同一である
電気−機械変換膜の製造方法を提供する。
本発明によれば、電気−機械変換膜及びアライメントマークをより簡便に形成できる電気−機械変換膜の製造方法を提供することができる。
本発明の第１の実施形態におけるアライメントマークの形成位置の構成例の説明図。 本発明の第１の実施形態におけるアライメントマークの形成位置の構成例の説明図。 本発明の第１の実施形態におけるアライメントマーク部分と塗布溶液の着弾径との関係の説明図。 本発明の第１の実施形態におけるアライメントマーク部分と塗布溶液の着弾径との関係の説明図。 本発明の第１の実施形態における産業用インクジェット装置の構成例の説明図。 本発明の第２の実施形態における液体吐出ヘッドの構成例の説明図。 本発明の第２の実施形態における液体吐出ヘッドの構成例の説明図。 本発明の第３の実施形態におけるインクジェット記録装置の斜視説明図。 本発明の第３の実施形態におけるインクジェット記録装置の側面説明図。 本発明の第４の実施形態における圧電式ＭＥＭＳミラーの斜視説明図。 本発明の第５の実施形態における加速度センサの断面説明図。 本発明の第６の実施形態におけるＨＤＤヘッド用微調整装置の斜視説明図。 本発明の第７の実施形態における強誘電体メモリの断面説明図。 本発明の第８の実施形態における振動ジャイロ型の角速度センサの斜視説明図。 本発明の第９の実施形態におけるマイクロポンプの斜視説明図。 本発明の第１０の実施形態におけるマイクロバルブの断面説明図。 本発明の実施例１における製造工程の説明図。 本発明の実施例１、３における製造工程の説明図。 本発明の実施例３において作製した電気−機械変換膜の上面写真。 本発明の実施例３における電気−機械変換膜の繰り返し製造フロー。 本発明の実施例４において得られた電気−機械変換素子のＰ−Ｅヒステリシス曲線。
以下に、発明を実施するための形態について図面を用いて説明するが、本発明はこれらの例によって限定されるものではない。
［第１の実施形態］
本実施形態では電気−機械変換膜の製造方法の構成例について説明する。
本実施形態の電気−機械変換膜の製造方法は、以下の工程を有していることが好ましい。
一方の面に第１の電極が形成された基板の、第１の電極の表面を撥液化する撥液化処理工程。
撥液化された第１の電極の表面に、形成する電気−機械変換膜及びアライメントマークの形状に応じて照射位置を移動させながら、エネルギー線を照射するエネルギー線照射工程。
エネルギー線照射工程においてアライメントマークの形状に応じてエネルギー線を照射した部分を含む領域にインクジェット法により塗布溶液を塗布するアライメントマーク形成工程。
電気−機械変換素子は通常、下部電極である第１の電極上に、電気−機械変換膜である圧電膜（圧電体膜）と、上部電極である第２の電極とが積層された構造とすることができる。そして、上記工程を含む電気−機械変換膜の製造方法を用いることにより電気−機械変換膜及びアライメントマークをより簡便に形成できる。以下に各工程について説明する。
まず、撥液化処理工程について説明する。
撥液化処理工程には、一方の面に第１の電極が形成された基板（以下、「下地基板」とも記載する）を供することができる。
基板としては特に限定されるものではなく形成した電気−機械変換膜の支持体となるものであれば特に限定されることなく使用することができる。特に基板は、電気−機械変換膜を形成後、基板に加工を行い各種部材を形成できるよう加工の容易な材料により構成されていることが好ましい。このため例えば、シリコン等の基板を好ましく用いることができる。
第１の電極は電気−機械変換素子とした場合に、下部電極として機能する部材である。このため、第１の電極についても特に限定されるものではなく、電気−機械変換素子とした際に要求される性能等に応じて任意に選択することができる。第１の電極の材料としては例えば、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｃｕ等の貴金属類やその酸化物等を好ましく用いることができる。なお、第１の電極は一層である必要はなく、複数層で構成されていてもよい。また、第１の電極と基板との間には第１の電極と基板との密着性や、電気−機械変換膜の結晶性を高めるための下地層等を設けることもできる。
第１の電極の形成方法は特に限定されるものではなく例えばスパッタ法等の一般的な成膜法により形成することができる。
そして、撥液化処理工程においては、第１の電極の表面を撥液化することができる。
電気−機械変換素子を同一基板上に複数形成する場合、電気−機械変換素子に含まれる電気−機械変換膜は各素子毎に個別化することが好ましい。
そこで各電気−機械変換素子のレイアウトに合わせて予め下地基板の所定の領域を撥液性とし、所望の電気−機械変換膜の形成領域内／外でゾル−ゲル液の塗れ性を制御することが好ましい。なお、アライメントマークについてもその形成領域内外で塗布溶液の塗れ性を制御することが好ましい。下地基板の所定の領域を撥液性とすることにより、インクジェット法によりゾル−ゲル液等の塗り分けを行うダイレクトパターニング製法を容易に実施することができる。そして、以下に説明する撥液化処理工程と、エネルギー線照射工程と、を実施することにより下地基板の所定の領域を撥液性とすることができる。
撥液化処理工程における具体的な操作方法は特に限定されるものではないが、例えばエネルギー線照射工程においてエネルギー線を照射した際に容易に除去することができる材料により、第１の電極表面を撥液化できることが好ましい。
撥液化処理は例えば、下地基板をアルカンチオール液にディップし、第１の電極表面全体にＳＡＭ（Ｓｅｌｆ Ａｓｓｅｍｂｌｅｄ Ｍｏｎｏｌａｙｅｒ）膜を形成することで実施できる。この場合、アルカンチオールとしては特に限定されるものではないが、炭素鎖が例えばＣ６からＣ１８の分子を有したものを好ましく用いることができる。そして、アルカンチオールをアルコール、アセトン、トルエン等の一般的な有機溶媒に溶解させた溶液をＳＡＭ材料、すなわちアルカンチオール液として好ましく用いることができる。なお、ＳＡＭ膜は白金上に形成されやすいことから、ＳＡＭ膜により撥液化処理を行う場合、第１の電極が白金で形成されているか、第１の電極の最表面に白金膜が形成されていることが好ましい。
次にエネルギー線照射工程について説明する。エネルギー線照射工程は、撥液化処理工程により撥液化された第１の電極の表面に、形成する電気−機械変換膜及びアライメントマークの形状に応じて照射位置を移動させながら、エネルギー線を照射する工程である。
エネルギー線の種類は特に限定されず、撥液化処理工程において第１の電極表面を撥液化した際に用いた撥液化材料の種類等により任意に選択することができる。例えば、第１の電極表面に形成した撥液化膜を除去できるエネルギーを有し、精度よく照射できるエネルギー線を好ましく用いることができる。
エネルギー線としては例えば、波長３００ｎｍ以下のＤｅｅｐ ＵＶ（遠紫外線）光や、ＫｒＦ（波長２４８ｎｍ）、ＡｒＦ（波長１９３ｎｍ）、Ｆ２（波長１５７ｎｍ）等のエキシマレーザー光を好適に用いることができる。これらのエキシマレーザー光によれば形成する薄膜パターンの形状の精度を高めることができるため好ましい。
エネルギー線を、撥液化処理を施した第１の電極表面上に照射することにより、例えば第１の電極表面に形成されているＳＡＭ膜を除去することができ、ＳＡＭ膜が除去された部分は親液性となる。このように下地基板の第１の電極表面は、エネルギー線を照射した部分のみを親液性とし、他の部分を撥液性とすることができる。このため、形成する電気−機械変換膜及びアライメントマークの形状に応じてエネルギー線の照射位置を移動（走査）させながらエネルギー線を照射することにより、第１の電極表面の所望のパターン領域のみを親液性とすることができる。
エネルギー線を照射する際、電気−機械変換膜に対応するパターン部分については親液性領域とすることが好ましい。これは、電気−機械変換膜部分については後述の電気−機械変換液膜形成工程においてゾル−ゲル液を供給し電気−機械変換液膜を形成するためである。
これに対してアライメントマークについてはアライメントマークを識別できればよいため、アライメントマーク部分を親液性とし、アライメントマーク部分の周囲を撥液性としてもよい。また、アライメントマーク部分を撥液性とし、アライメントマーク部分の周囲を親液性としてもよい。
すなわち、エネルギー線照射工程において、アライメントマーク部分にエネルギー線を照射し、アライメントマーク部分を親液性、アライメントマーク部分の周囲を撥液性としてもよい。また、エネルギー線照射工程において、アライメントマーク部分の周囲にエネルギー線を照射し、アライメントマーク部分を撥液性、アライメントマーク部分の周囲を親液性としてもよい。
エネルギー線照射工程においてエネルギー線を照射する部分は、形成しようとする電気−機械変換膜及びアライメントマークの形状に対応したパターンとなる。このため、エネルギー線を照射する部分の同定には、電気−機械変換膜パターンの印刷データ等のインクジェットヘッドで塗布するゾル−ゲル液等の塗布パターンと共通のデータを使用することができる。電気−機械変換膜やアライメントマークの形状については後述する。
そして、上記のように第１の電極表面の所望のパターン部のみを親液性とすることにより、以下のアライメントマーク形成工程や、電気−機械変換液膜形成工程において、インクジェット法によるゾル−ゲル液等の塗り分けが容易に行えるようになる。
なお、エネルギー線照射工程において、形成する電気−機械変換膜及びアライメントマークの形状にあわせてエネルギー線を照射した部分を以下、「パターン部」とも記載する。特に形成する電気−機械変換膜の形状にあわせてエネルギー線を照射した部分を「電気−機械変換膜パターン部」とも記載する。
次に、アライメントマーク形成工程を実施できる。アライメントマーク形成工程は、エネルギー線照射工程においてアライメントマークの形状に応じてエネルギー線を照射した部分を含む領域にインクジェット法により塗布溶液を塗布することにより実施できる。
撥液化工程、エネルギー線照射工程を経ることにより、下地基板の第１の電極表面には親液性と撥液性の二領域が形成されており、例えば撥液性を示す部分にはＳＡＭ膜が形成され、親液性を示す部分は第１の電極が露出していることとなる。しかしながらＳＡＭ膜等の撥液性の膜は通常透明であるため、目視はもちろん、撮像装置でも親液性の領域と撥液性の領域との判別をすることが困難になる。このため、電気−機械変換膜を形成する際にゾル−ゲル液を供給する部分を識別することが困難となる。そこで本工程では、エネルギー線照射工程で、アライメントマークの形状に応じてエネルギー線を照射した部分にゾル−ゲル液等の塗布溶液を供給し、電気−機械変換膜を形成する際等の目印、基準点となるアライメントマークを可視化することができる。
アライメントマーク形成工程においては、アライメントマークを認識できるようにインクジェット法によりアライメントマークを可視化できるゾル−ゲル液や着色溶液等の塗布溶液を塗布すればよく、その詳細については特に限定されるものではない。
ただし、アライメントマーク形成工程においては、塗布溶液として電気−機械変換膜を形成する際と同じゾル−ゲル液を用いることが好ましい。これは、電気−機械変換膜を形成する際と同じゾル−ゲル液を用いることにより、用意する塗布溶液の種類を少なくでき生産性を高めることができるためである。
特にアライメントマーク形成工程においてはインクジェットヘッドの予備吐出のゾル−ゲル液をアライメントマークの形状に応じてエネルギー線を照射した部分を含む領域に供給することがより好ましい。
インクジェット法においては通常、インクジェットヘッドからゾル−ゲル液等を塗布する際、吐出開始直後は吐出挙動が安定しないことが多い。このため、製品となる部分にゾル−ゲル液を供給する前にヘッドノズルのコンディション確認・調整のため、予め製品部以外の領域で吐出を行うことが一般的であり、これを予備吐出という。しかし、予備吐出を行った際のゾル−ゲル液は電気−機械変換液膜を構成しないため、廃棄の対象となっていた。
ところで、アライメントマークはその形状を撮像装置が認識できればよく、膜厚のばらつきや材質は問題とはならない。
そこで、アライメントマーク形成工程において、インクジェットヘッドの予備吐出のゾル−ゲル液を供給することにより、インクジェットヘッドの予備吐出を実施し、ゾル−ゲル液の無駄を抑制することが好ましい。
アライメントマーク形成工程においては、アライメントマークの形状に応じてエネルギー線を照射した部分にゾル−ゲル液等の塗布溶液を供給できれば足りる。しかし、上述のように撥液性の膜は一般的に透明であるため、本工程の段階では正確にアライメントマークの形状に応じてエネルギー線を照射した部分の位置を検出することは困難である。そこで、アライメントマーク形成工程においては、アライメントマークの形状に応じてエネルギー線を照射した部分を含む一定の領域にゾル−ゲル液等の塗布溶液を供給し、アライメントマークを確実に可視化することが好ましい。また、上述のように予備吐出を行う場合には、一定のゾル−ゲル液等供給領域（予備吐出領域）に対して全てのノズルから予備吐出を行うことにより、適切に予備吐出を行うことが好ましい。
ここで、アライメントマークの形状や、アライメントマーク形成工程においてゾル−ゲル液等の塗布溶液を供給する領域等について説明する。
アライメントマークの数や形成する位置は特に限定されるものではない。ただし、基板上の電気−機械変換膜を形成する領域を可能な限り広く取るため、例えば図１に示すように、基板１１の対向する２辺１２１、１２２の近傍である基板の両端部にアライメントマーク１３１、１３２を１つずつ形成することが好ましい。この場合、二つのアライメントマークを結ぶ直線１４は、基板の走査方向１５と平行で、インクジェットヘッドの主走査方向１６と垂直であることが好ましい。また、アライメントマーク１３１、１３２は該２辺１２１、１２２の略中央部に形成することが好ましく、後述する略四角形のゾル−ゲル液等供給領域の中央部に形成されることが好ましい。
そして、基板１１のうち図１中Ａ、Ｂで示した、２辺１２１、１２２を一辺とし、アライメントマーク１３１、１３２を含む略四角形の領域をゾル−ゲル液等の塗布溶液を供給する領域（以下「ゾル−ゲル液等供給領域」とも記載する）とすることが好ましい。アライメントマーク形成工程においては、上述のようにゾル−ゲル液等供給領域全体に渡ってゾル−ゲル液等の塗布溶液を供給することが好ましい。
通常、インクジェットヘッドを備えたインクジェット装置は、基板を一方の軸方向に走査し、複数のノズルを備えたインクジェットヘッドを基板の走査方向と垂直な軸方向（主走査方向）に走査することにより所望の位置に溶液を供給するように構成されている。また、インクジェットヘッドの複数のノズルはインクジェットヘッドの主走査方向と平行に配列されているのが一般的である。
そして、上述のようにアライメントマーク形成工程においてインクジェットヘッドに設けられた複数のノズル全てについて予備吐出を行うことが好ましい。このため、アライメントマーク形成工程ではインクジェットヘッドを主走査方向に駆動させた際に１度の主走査方向への駆動により全てのノズルがゾル−ゲル液等供給領域上を通過し予備吐出できることが生産性の観点から好ましい。
このため、アライメントマーク及びアライメントマークを含むゾル−ゲル液等供給領域と、基板及びインクジェットヘッドの走査方向とは上述の関係を満たしていることが好ましい。
ゾル−ゲル液等供給領域Ａ、Ｂに挟まれた領域Ｃについては電気−機械変換膜パターン部形成領域とし、複数の電気−機械変換膜パターンを形成することができる。
ここまで説明の便宜上四角形の基板を例に説明しているが、基板の形状は限定されるものではない。例えば図２（Ａ）に示したように基板１１が略円形の場合、円形内の対向する２つの弦２５、２６を上記２辺１２１、１２２とみなすことができる。そして、２つの弦２５、２６を一辺とする四角形の領域Ａ、Ｂをゾル−ゲル液等供給領域とし、該領域内に図示しないアライメントマークを形成することができる。そして、領域Ａ、Ｂで挟まれた領域を、複数の電気−機械変換膜パターン部配列２３を形成した電気−機械変換膜パターン部形成領域Ｃとすることができる。
電気−機械変換膜パターン部配列２３は図２（Ｂ）に示したように複数の電気−機械変換膜パターン部２４が配列した構成とすることができる。電気−機械変換膜パターン部２４の形状は図２（Ｂ）に示したように四角形形状とすることができるが、係る形状に限定されるものではなく、電気−機械変換膜に要求される形状に応じて任意の形状とすることができる。
次にアライメントマークの形状について説明する。アライメントマークの形状や、アライメントマークを構成する線分は、直線、曲線を問わないが、アライメントマーク全体の寸法はアライメントマークを検出するために設けられる撮像装置の視野に収まることが望ましい。
また、アライメントマークを構成する短辺の長さ、または、アライメントマークを構成する円の直径がインクジェット法にて塗布されるゾル−ゲル液等の塗布溶液の液滴の着弾径よりも長いことが好ましい。
上述のように、本実施形態の電気−機械変換膜の製造方法においては、まず、第１の電極表面を撥液化した後、エネルギー線照射工程を行い親液性の領域と撥液性の領域を形成する。そしてその後にアライメントマークの形状に応じてエネルギー線を照射した部分を含む領域、例えばゾル−ゲル液等供給領域にインクジェット法によりゾル−ゲル液等の塗布溶液を供給することができる。
この場合のゾル−ゲル液等供給領域において着弾した液滴の状態を図３、図４を用いて説明する。図３、図４に示した各図はゾル−ゲル液等供給領域の一部を拡大して示した例である。なお、以下の説明におけるアライメントマーク部分とはアライメントマークの形状を備えた部分を意味している。
まず、アライメントマーク部分にエネルギー線を照射して、アライメントマーク部分を親液性領域とした場合を例に、図３を用いて以下に説明する。
図３は、図中中央部にアライメントマーク部分である四角形の親液性領域３１が設けられ、その周囲は撥液性となっている。この場合アライメントマーク部分の短辺の長さは図中のＬ１となる。
そして、ゾル−ゲル液等供給領域全体に渡ってインクジェット法によりゾル−ゲル液等の塗布溶液を供給すると、ゾル−ゲル液等の塗布溶液の液滴３２は図３に示すように等間隔で規則的に着弾する。撥液性領域に着弾したゾル−ゲル液等の塗布溶液の液滴は着弾時の半球形状を保ったまま留まり、親液性領域に着弾したゾル−ゲル液等の塗布溶液は親液性領域全体に塗れ拡がる。
図３（Ａ）では、アライメントマーク部分である親液性領域３１の短辺の長さＬ１が、吐出したゾル−ゲル液等の塗布溶液の液滴の着弾径よりも長くなっている。この場合、親液性領域３１の稜線上に跨って着弾したゾル−ゲル液等の塗布溶液の液滴３２Ａ〜３２Ｃは、図中矢印で示した方向に動き、親液性領域３１に吸い寄せられる。このため、親液性領域３１の稜線のコントラストは明瞭に保たれる。なお、親液性領域３１の稜線とは、親液性領域３１と撥液性領域との境界線を意味している。
これに対して、図３（Ｂ）では、図３（Ａ）と同じサイズ、形状のアライメントマークを用いているが、アライメントマーク部分である親液性領域３１の短辺の長さＬ１が、吐出したゾル−ゲル液等の塗布溶液の液滴３２の着弾径よりも短くなっている。この場合、親液性領域３１の深さによっては、親液性領域３１に着弾したゾル−ゲル液等の塗布溶液の液滴３２Ｄは親液性領域３１に収まらず、親液性領域３１の稜線のコントラストを明瞭に保てない恐れがある。また、隣接する他の液滴３２とつながる恐れもある。このため、図３（Ａ）に示したように、アライメントマーク部分の短辺の長さは、ゾル−ゲル液等の塗布溶液の液滴の着弾径よりも長い方が好ましい。
次に、アライメントマーク部分の周囲にエネルギー線を照射し、アライメントマーク部分を撥液性領域とし、その周囲を親液性領域とした場合を図４用いて以下に説明する。
図４では、図中中央部に十字形状のアライメントマーク部分である撥液性領域４１が設けられており、その周囲は親液性領域となっている。この場合アライメントマーク部分の短辺の長さは図中のＬ２となる。
そして、ゾル−ゲル液等供給領域全体に渡ってインクジェット法によりゾル−ゲル液等の塗布溶液を供給すると、ゾル−ゲル液等の塗布溶液の液滴４２は図４に示すように等間隔で規則的に着弾する。アライメントマーク部分である撥液性領域に着弾したゾル−ゲル液等の塗布溶液の液滴は着弾時の半球形状を保ったまま留まり、親液性領域に着弾したゾル−ゲル液等の塗布溶液は親液性領域全体に塗れ拡がる。
図４（Ａ）では、アライメントマーク部分である撥液性領域４１の短辺の長さＬ２が、吐出したゾル−ゲル液等の塗布溶液の液滴の着弾径よりも長くなっている。このため、撥液性領域４１に着弾したゾル−ゲル液等の塗布溶液の液滴４２Ａは半球形状を保ち、撥液性領域４１内に留まる。そして、撥液性領域４１の稜線上に跨って着弾したゾル−ゲル液等の塗布溶液の液滴４２Ｂは、図中矢印で示した方向に動き、親液性領域に吸い寄せられる。このため、撥液性領域４１の稜線のコントラストは明瞭に保たれる。なお、撥液性領域４１の稜線とは、撥液性領域４１と親液性領域との境界線を意味している。
これに対して、図４（Ｂ）では、図４（Ａ）と同じサイズ、形状のアライメントマークを用いているが、アライメントマーク部分である撥液性領域４１の短辺の長さＬ２が、吐出したゾル−ゲル液の液滴４２の着弾径よりも短くなっている。この場合、撥液性領域４１の表面積によっては、撥液性領域４１の表面だけでは着弾したゾル−ゲル液等の塗布溶液の液滴４２Ｃは撥液性領域４１表面に保持できず、図４（Ｂ）に示したように親液性領域とつながる恐れがある。すなわち、撥液性領域４１の稜線のコントラストを明瞭に保てない恐れがある。
以上のように、より確実にアライメントマークを明確に可視化するため、アライメントマーク部分の短辺の長さ、または、円の直径をインクジェット法により塗布されるゾル−ゲル液等の塗布溶液の液滴の着弾径より長くすることが好ましい。
従って、アライメントマーク形成工程においてインクジェット法により吐出する液滴のサイズおよび／またはアライメントマーク部分のサイズが上記要件を満たすよう調整することが好ましい。
アライメントマーク形成工程においてゾル−ゲル液等の塗布溶液を塗布する装置については特に限定されないが、電気−機械変換液膜を形成する場合と同じ装置を用いることが好ましい。特に、エネルギー線照射工程から、電気−機械変換液膜形成工程まで、同じ装置により実施できることが好ましい。このため、例えば、図５に示すような産業用インクジェット装置５０を好ましく用いることができる。
図５に示した産業用インクジェット装置５０は、載置した基板５１を図中Ｙ方向に駆動することができるステージ５２を備えている。そして、ステージ５２上に載置された基板５１と対向するように、インクジェットヘッド５３と、撮像装置５４と、エネルギー線照射手段５５と、を備えたヘッドベース５６が配置されている。
インクジェットヘッド５３は機能性インク材料供給用パイプ５３１と接続されており、図示しないタンクからゾル−ゲル液等の塗布溶液の供給を受け、基板５１上にゾル−ゲル液等の塗布溶液を供給できるように構成されている。
撮像装置５４は基板上に形成された任意の箇所を撮像できるように構成されており、例えば、外部のコンピュータ等と接続し、基板上に形成されたアライメントマークを検出することができる。
また、エネルギー線照射手段５５は、エネルギー線照射工程で用いるエネルギー線を発振し、基板５１に対して照射できるように構成されている。
そして、ヘッドベース５６はＸ軸支持部材５７に配置されたＸ軸駆動手段５８によりＸ方向に移動可能となっている。このため、ステージ５２と、Ｘ軸駆動手段５８とにより、エネルギー線照射手段によるエネルギー線の照射位置や、インクジェットヘッド５３から供給するゾル−ゲル液の液滴の着弾位置を基板５１上の任意に変更することができる。
以上に説明したアライメントマーク形成工程によりアライメントマークを可視化することにより、以後、撮像装置による印刷位置の検出が可能となる。このため、描画パターンに対する基板の位置出しを正確に実施することができ、電気−機械変換液膜を形成する際に、ゾル−ゲル液をより正確に塗布し、所望の形状の電気−機械変換液膜を形成することが可能となる。
本実施形態の電気−機械変換膜の製造方法は、さらに印刷位置検出工程や、電気−機械変換液膜形成工程、熱処理工程等を実施することができる。以下にこれらの工程について詳述する。
印刷位置検出工程について説明する。印刷位置検出工程は、アライメントマーク形成工程において形成されたアライメントマークに基づいて印刷位置を検出する工程である。印刷位置検出工程においてはまず、上述のアライメントマーク形成工程で形成、可視化されたアライメントマークを撮像装置により認識する。そして、該アライメントマークの位置データと、電気−機械変換膜パターンの印刷データとから、エネルギー線照射工程で形成した電気−機械変換膜パターン部の位置、つまり、電気−機械変換液膜を形成する際にゾル−ゲル液を供給する印刷位置を検出できる。
次に、電気−機械変換液膜形成工程について説明する。電気−機械変換液膜形成工程は、エネルギー線照射工程において電気−機械変換膜の形状に応じてエネルギー線を照射した部分にインクジェット法によりゾル−ゲル液を塗布する工程である。係る工程を実施することにより、電気−機械変換液膜を形成することができる。
電気−機械変換液膜形成工程は、エネルギー線照射により親液性とされた電気−機械変換膜パターン部にインクジェット法にてゾル−ゲル液を部分的に塗布することにより実施することができる。この際、上記印刷位置検出工程で検出した印刷位置に基づいてゾル−ゲル液を供給することができる。
上述のように、第１の電極上のうち、ゾル−ゲル液が塗布される領域、すなわち、電気−機械変換膜パターン部は親液性となっている。これに対して、ゾル−ゲル液が塗布されない領域、すなわち形成される電気−機械変換膜パターン部外は、撥液化処理工程で例えばＳＡＭ膜が形成されているので撥液性となっている。このように電気−機械変換膜パターン部内外で塗れ性が異なっているため、部分的なゾル−ゲル液の塗り分けを正確に実施することができ、所望の形状の電気−機械変換液膜を容易に形成することができる。
電気−機械変換液膜形成工程において電気−機械変換膜パターン部に塗布するゾル−ゲル液の構成については特に限定されるものではなく、形成する電気−機械変換膜に応じて任意に選択することができる。
薄膜アクチュエータとして使用する電気−機械変換膜の場合、通常、金属複合酸化物膜によって形成されることが好ましい。
具体的には例えば電気−機械変換膜がＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）の場合、酢酸鉛、ジルコニウムアルコキシド、およびチタンアルコキシドを出発材料とし、共通溶媒として２−メトキシエタノールに溶解させ均一なＰＺＴのゾル−ゲル液とすることができる。
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−機械特性を示す組成はＰｂＺｒＯ３とＰｂＴｉＯ３のモル比が５３：４７の割合であり、化学式で表すと、Ｐｂ（Ｚｒ０．５３Ｔｉ０．４７）Ｏ３、一般的にはＰＺＴ（５３／４７）と示される。このため、前記出発材料の酢酸鉛、ジルコニウムアルコキシド、チタンアルコキシドは、係る化学式の量論比になるように秤量、混合されていることが好ましい。
なお、電気−機械変換液膜は、電気−機械変換膜とするため後述のように熱処理工程に供することができる。特に結晶化のための熱処理工程においては、塗膜中のＰｂ原子の一部の揮発、いわゆる「鉛抜け」を生じる場合がある。そこで、ＰＺＴのような鉛を含む複合酸化物を作製する場合には、熱処理工程における鉛抜けを想定し、出発材料に化学量論組成に比べて物質量比で５〜２５％程度Ｐｂを過剰に加えることが好ましい。
また金属アルコキシド化合物は大気中の水分により容易に加水分解してしまうため、ゾル−ゲル液に安定剤としてアセチルアセトン、酢酸、ジエタノールアミン等を適量添加し、加水分解の進行を抑制することがより好ましい。
電気−機械変換膜に好適に用いることができる材料として、ＰＺＴ以外の複合酸化物ではチタン酸バリウム等が挙げられる。チタン酸バリウムの場合はバリウムアルコキシド、チタンアルコキシドを出発材料にし、これら化合物を共通溶媒に溶解させることでチタン酸バリウム用のゾル−ゲル液を作製することも可能である。
なお、インクジェットヘッドからゾル−ゲル液を供給し易いよう、ゾル−ゲル液の粘度や表面張力等、液質を調整しておくことが好ましい。
また、電気−機械変換膜に要求される膜厚によっては、電気−機械変換液膜形成工程を複数回実施することもできる。
次に熱処理工程について説明する。
インクジェット法によりゾル−ゲル液を供給し、電気−機械変換液膜を形成した後、電気−機械変換膜とするため、電気−機械変換液膜を熱処理する熱処理工程を行うことが好ましい。熱処理の具体的内容は特に限定されるものではなく、例えばゾル−ゲル液を乾燥させる乾燥工程や、ゾル−ゲル液に含まれる有機物等を分解する熱分解工程、電気−機械変換膜を構成する物質を結晶化する結晶化工程とすることもできる。なお、電気−機械変換膜を十分な性能とするため、結晶化工程まで実施することが好ましい。具体的な熱処理条件ついては、用いるゾル−ゲル液の種類等により異なるため、特に限定されるものではない。
上述のように、電気−機械変換液膜形成工程を複数回実施することができるが、電気−機械変換膜形成工程を複数回実施する場合も、熱処理工程の内容、実施するタイミングについては特に限定されない。電気−機械変換膜に要求される性能や、生産性等を考慮して任意の条件、タイミングで熱処理工程を実施できる。
例えば乾燥工程から、熱分解工程、結晶化工程までを電気−機械変換液膜形成工程を実施する毎に行ってもよい。
また、例えば電気−機械変換液膜形成工程を行う毎に乾燥工程のみを実施し、電気−機械変換液膜形成工程を複数回実施する毎に乾燥工程後に熱分解工程を実施し、さらに、前記熱分解工程までのフローを複数回実施する毎に結晶化工程を実施してもよい。
なお、インクジェット法においてはスピンコート法と同様に、ゾル膜の体積収縮起因によるクラック発生を防止するため、一度の電気−機械変換液膜形成工程および熱処理工程において成膜される電気−機械変換膜は一定の膜厚以下とすることが好ましい。具体的には例えば一度の電気−機械変換液膜形成工程及び熱処理工程において成膜される電気−機械変換膜の膜厚は１００μｍ以下とすることが好ましく、２μｍ以下とすることがより好ましい。一度の電気−機械変換液膜形成工程および熱処理工程において成膜される電気−機械変換膜の膜厚の下限値は特に限定されないが、生産性を考慮すると、０．０１μｍ以上であることが好ましく、０．０３μｍ以上であることがより好ましい。
なお、一度の電気−機械変換液膜形成工程及び熱処理工程において成膜される電気−機械変換膜の膜厚は、ゾル−ゲル液の濃度（固形分）や、ゾル−ゲル液の供給量等により調整することができる。
上述のように、電気−機械変換液膜形成工程を複数回実施する場合には、２回目以降においても電気−機械変換膜を形成する部分については親液性領域とし、その他の部分については撥液性領域とすることが好ましい。このように基板表面に親液性領域と撥液性領域とを形成するには１回目に基板上に電気−機械変換膜を形成した場合と同様にして行うこともできるが、以下のように簡略化することもできる。
上述のように、１回目に電気−機械変換膜を形成したときには、撥液化処理工程、エネルギー線照射工程を行うことにより、基板上の電気−機械変換膜及びアライメントマークを形成する部分を親液性領域としていた。しかし、撥液性の膜として例えばＳＡＭ膜を用いた場合、ＳＡＭ膜は酸化物薄膜上には形成できない。このため、２回目以降の基板の表面処理では、電気−機械変換膜が形成されておらず露出している第１の電極上にのみＳＡＭ膜が形成される。よって、基板のアルカンチオール液へのディッピングのみで、すなわち撥液化処理工程のみで電気−機械変換膜パターン部を親液性領域とし、それ以外の部分のみを撥液性領域とすることができ、エネルギー線照射工程は省略することができる。
また１回目の電気−機械変換液膜形成工程後に熱処理工程を実施することにより、基板上の電気−機械変換膜のみならず、基板上に設けたアライメントマークも固化される。このため、当該アライメントマーク形状は保たれており、２回目以降はアライメントマーク形成工程を実施しなくてもよい。
そして印刷位置の検出は既に形成したアライメントマークを利用することができ、１回目の印刷位置検出工程と同様にしてアライメントを実施すればよい。
このため、アライメントマーク形成工程は、１回目に電気−機械変換液膜形成工程を実施する前に実施することが好ましい。なお、２回目以降についても同様にアライメントマーク形成工程を実施しても問題はない。
また、アライメントマーク形成工程は最初に１回実施すればよいので、インクジェット法によるゾル−ゲル液塗布の予備吐出は、基板上のゾル−ゲル液等供給領域では少なくとも１回目の塗布時に実施すればよく、２回目以降の予備吐出は基板面外で実施してもよい。
以上のようにして、電気−機械変換液膜形成工程を２回以上実施する場合、１回目に電気−機械変換液膜形成工程後に熱処理をした基板を、アルカンチオール溶液にディップするだけで基板上の電気−機械変換膜パターン部外を部分的に撥液性にできる。このため、その後すぐにインクジェット法により電気−機械変換液膜形成工程を実施することができる。また、上述のように電気−機械変換液膜形成工程後、必要に応じて熱処理工程を行うことができる。
そして、電気−機械変換液膜形成工程と熱処理工程を複数回繰り返し実施することにより所望の形状、膜厚の電気−機械変換膜とすることができる。この際形成される電気−機械変換膜の膜厚は用途や、生産性等を考慮し規定すればよく特に限定されるものではない。例えば、液体吐出ヘッドとして使用される電気−機械変換素子に使用される電気−機械変換膜の場合も膜厚の範囲は限定されないが十分な性能を得るため電気−機械変換膜の膜厚は、１μｍ以上２０μｍ以下が好ましく、２μｍ以上１０μｍ以下がより好ましい。
また、上述の電気−機械変換膜の製造方法により得られた電気−機械変換膜に第２の電極（上部電極）を形成することにより電気−機械変換素子とすることができる。第２の電極の材質や膜厚については特に限定されるものではないが、例えば第１の電極と同じ構成とすることができ、電気−機械変換膜の上面に形成することができる。なお、第２の電極については個別電極とすることができるため、必要に応じてエッチングを行い、個別電極にパターニングすることができる。
以上に説明した本実施形態の電気−機械変換膜の製造方法によれば、電気−機械変換膜及びアライメントマークを従来より簡便に形成できる。また、アライメントマークと電気−機械変換液膜と、をインクジェット法により形成できるため、同じ装置で連続して形成することができ、簡便に生産性をよく製造できる。
また、本実施形態の電気−機械変換素子については、電気−機械変換膜を精度よく所望の適切な形状となっているため、高い圧電性能を有する電気−機械変換素子とすることができる。
［第２の実施形態］
本実施形態では、第１の実施形態で説明した電気−機械変換素子を備えた液体吐出ヘッドについて説明する。
具体的な構成としては、図６に示したように、液体を吐出するノズル６１と、該ノズル６１が連通する加圧室６２と、該加圧室６２内の液体を昇圧させる吐出駆動手段とを備えた液体吐出ヘッド６０とすることができる。
係る液体吐出ヘッド６０においては、第１の実施形態の電気−機械変換膜を配置した基板６３の裏面側からエッチング処理を行い加圧室６２を形成し、ノズル孔を有するノズル板６４を接合している。
そして、吐出駆動手段として、加圧室６２の壁の一部を振動板６５で構成し、該振動板６５に第１の実施形態で説明した電気−機械変換膜６６２を含む電気−機械変換素子６６を配置した構成にできる。電気−機械変換素子６６は既述のように、第１の電極（下部電極）、電気−機械変換膜６６２、第２の電極６６３から構成できる。図６においては第１の電極を酸化物電極６６１１、白金電極６６１２から構成した例を示しているが係る形態に限定されるものではない。
なお、本実施形態では１つのノズルからなる液体吐出ヘッドについて説明したが、係る形態に限定されるものではなく、図７に示すように複数の液体吐出ヘッドを備えた構成とすることもできる。図７の液体吐出ヘッド６０´は、図６の液体吐出ヘッド６０を複数個直列に並べたものであり、同じ部材には同じ番号を付している。
また、液体供給手段、流路、流体抵抗等については記載を省略したが、液体吐出ヘッドに設けることのできる付帯設備を当然に設けることができる。
本実施形態の液体吐出ヘッドは、第１の実施形態で説明した電気−機械変換膜の製造方法により得られた電気−機械変換膜および該電気−機械変換膜を含む電気−機械変換素子を用いている。そして、第１の実施形態で説明したように第１の実施形態の電気−機械変換膜は簡便な方法により製造することができるため、本実施形態の液体吐出ヘッドも同様に簡便に製造することができる。また、精度よく電気−機械変換膜を形成できるため、安定した液体吐出性能を示すことができる。
［第３の実施形態］
本実施形態では、第２の実施形態で説明した液体吐出ヘッドを備えた液滴吐出装置の構成例について説明する。液滴吐出装置の形態としては特に限定されるものではないが、ここではインクジェット記録装置を例に説明する。なお、インクジェット記録装置は以下、単に「記録装置」とも記載する。
インクジェット記録装置の一例について図８及び図９を参照して説明する。なお、図８は同記録装置の斜視説明図、図９は同記録装置の機構部の側面説明図である。
インクジェット記録装置８１は、内部に主走査方向に移動可能なキャリッジ８９、キャリッジ８９に搭載した液体吐出ヘッドからなる記録ヘッド９０、記録ヘッドへインクを供給するインクカートリッジ９１等で構成される印字機構部８２等を収納している。
インクジェット記録装置８１本体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る。そして、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に排紙できる。
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８７と従ガイドロッド８８とでキャリッジ８９を主走査方向に摺動自在に保持している。キャリッジ８９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液体吐出ヘッドからなる記録ヘッド９０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ている。なお、記録ヘッド９０は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８９には記録ヘッド９０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９１を交換可能に装着している。
インクカートリッジ９１は上方に大気と連通する大気口、下方にはインクジェットヘッドへインクを供給する供給口を、内部にはインクが充填された多孔質体を有しており、多孔質体の毛管力により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記録ヘッド９０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個の記録ヘッドでもよい。
ここで、キャリッジ８９は後方側（用紙搬送方向下流側）を主ガイドロッド８７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８８に摺動自在に載置している。そして、このキャリッジ８９を主走査方向に移動走査するため、主走査モーター９２で回転駆動される駆動プーリ９３と従動プーリ９４との間にタイミングベルト９５を張装し、このタイミングベルト９５をキャリッジ８９に固定している。このため、主走査モーター９２の正逆回転によりキャリッジ８９が往復駆動される。
一方、給紙カセット８４にセットした用紙８３を記録ヘッド９０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９６及びフリクションパッド９７と、用紙８３を案内するガイド部材９８とを有している。そして、給紙された用紙８３を反転させて搬送する搬送ローラ９９と、この搬送ローラ９９の周面に押し付けられる搬送コロ１００及び搬送ローラ９９からの用紙８３の送り出し角度を規定する先端コロ１０１とを設けている。搬送ローラ９９は副走査モーター１０２によってギヤ列を介して回転駆動される。
そして、キャリッジ８９の主走査方向の移動範囲に対応して搬送ローラ９９から送り出された用紙８３を記録ヘッド９０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１０３を設けている。この印写受け部材１０３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１０４、拍車１０５を設けている。さらに用紙８３を排紙トレイ８６に送り出す排紙ローラ１０６及び拍車１０７と、排紙経路を形成するガイド部材１０８、１０９とを配設している。
記録時には、キャリッジ８９を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド９０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。
また、キャリッジ８９の移動方向右端側の記録領域を外れた位置には、ヘッド９０の吐出不良を回復するための回復装置１１０を配置している。回復装置１１０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８９は印字待機中にはこの回復装置１１０側に移動し、キャッピング手段でヘッド９０をキャッピングし、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９０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。
このように、本実施形態の液滴吐出装置であるインクジェット記録装置においては、第２の実施形態で説明した液体吐出ヘッドを搭載しているので、振動板駆動不良によるインク滴吐出不良がなく、安定したインク滴吐出特性が得られて画像品質が向上する。
［第４の実施形態］
本実施形態では、第１の実施形態の電気−機械変換膜の製造方法により得られた電気−機械変換膜を備えた偏光ミラーの構成例について説明する。
図１０に偏光ミラーの構成例として、圧電式ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）ミラーの斜視説明図を示す。
圧電式ＭＥＭＳミラー２００は、固定ベース２０１と、反射面を有するミラー部２０２と、ミラー部２０２を支持する弾性支持部材２０３と、弾性支持部材２０３の一部を、両側から支持する梁状部材２０４とを有する。そして、梁状部材２０４に固着する電気−機械変換素子２０５を含む。
係る圧電式ＭＥＭＳミラー２００においては、電気−機械変換素子２０５に電圧が印加され、駆動部２０６が歪むことで、ミラー部２０２が振動する。このような圧電式ＭＥＭＳミラー２００の電気−機械変換素子の電気−機械変換膜として、第１の実施の形態の電気−機械変換膜の製造方法により得られた電気−機械変換膜を適用することで、圧電式ＭＥＭＳミラー２００の性能を高められる。
［第５の実施形態］
本実施形態では、第１の実施形態の電気−機械変換膜の製造方法により得られた電気−機械変換膜を備えた加速度センサの構成例について説明する。
図１１は、本実施形態の加速度センサの断面説明図を示すものである。
加速度センサ２１０は、片面に異方性エッチングが施され、肉厚部Ｘ及び肉薄部Ｙを有するシリコン基板２１１と、シリコン基板２１１を挟むガラス基板２１２Ａ、２１２Ｂとを有する。さらに、シリコン基板２１１の肉薄部Ｙ上に形成され、上部電極２１３１、電気−機械変換膜２１３２、下部電極２１３３を備える電気−機械変換素子２１３を含む。
係る加速度センサ２１０に加速度が加わると、肉厚部Ｘと共に、電気−機械変換素子２１３が変形する。そして、加速度センサ２１０は、電気−機械変換素子２１３の変位量を電圧変換することで加速度を検出する。このような加速度センサ２１０に第１の実施の形態の電気−機械変換膜の製造方法により得られた電気−機械変換膜を適用することで、加速度センサ２１０の性能を高められる。
［第６の実施形態］
本実施形態では、第１の実施形態の電気−機械変換膜の製造方法により得られた電気−機械変換膜を備えたＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）ヘッド用微調整装置の構成例について説明する。
図１２は、本実施形態のＨＤＤヘッド用微調整装置２２０の斜視説明図を示すものである。
ＨＤＤヘッド用微調整装置２２０は、移動可能なアクセスアーム２２１と、中心部材２２２を介して支持ばね２２３の先端に取り付けられたヘッド２２４と、中心部材２２２に取り付けられた電気−機械変換素子２２５Ａ、２２５Ｂを含む。ＨＤＤヘッド用微調整装置２２０は、電気−機械変換素子２２５Ａ、２２５Ｂを、交互に伸縮させることにより、ヘッド２２０を、ＨＤＤ上の所定位置に移動させ、微調整を行う。このようなＨＤＤヘッド用微調整装置２２０に第１の実施形態の電気−機械変換膜の製造方法により得られた電気−機械変換膜を適用することで、ＨＤＤヘッド用微調整装置２２０の性能を高められる。
［第７の実施形態］
本実施形態では、第１の実施形態の電気−機械変換膜の製造方法により得られた電気−機械変換膜を備えた強誘電体メモリ素子の構成例について説明する。
図１３は、本実施形態の強誘電体メモリ２３０の断面説明図を示すものである。
強誘電体メモリ２３０は、ビットライン２３１及びワードライン２３２が形成された基板２３３を有している。そして、基板２３３上に形成された層間絶縁膜２３４と、層間絶縁膜２３４上に形成され、上部電極２３５１、電気−機械変換膜２３５２、下部電極２３５３を備える電気−機械変換素子２３５とを有する。さらに、電気−機械変換素子２３５上に形成された層間絶縁膜２３６と、コンタクトホールを介して上部電極２３５１と電気的に接続する配線２３７を含む。
強誘電体メモリ２３０は、上部電極２３５１及び下部電極２３５３に電圧が印加されることにより生じる電気−機械変換膜２３５２の残留分極の反転を利用してメモリとして機能する。このような強誘電体メモリ２３０に第１の実施の形態の電気−機械変換膜の製造方法により得られた電気−機械変換膜を適用することで、強誘電体メモリ２３０の性能を高められる。
［第８の実施形態］
本実施形態では、第１の実施形態の電気−機械変換膜の製造方法により得られた電気−機械変換膜を備えた角速度センサの構成例について説明する。
図１４には、本実施形態の角速度センサの構成例として、振動ジャイロ型の角速度センサ２４０を例示する斜視説明図を示している。
振動ジャイロ型の角速度センサ２４０は、熱膨張の少ない材料で形成されている音叉２４１を有している。そして、音叉２４１に取り付けられている発振駆動用の電気−機械変換素子２４２ａ及び検出用の電気−機械変換素子２４２ｂと、電気−機械変換素子２４２ａに対応するパッド２４３ａと、電気−機械変換素子２４２ｂに対応するパッド２４３ｂを含む。
電気−機械変換素子２４２ａと電気−機械変換素子２４２ｂとは、それぞれ、垂直な面に形成されている。振動ジャイロ型の角速度センサ２４０は、パッド２４３ｂを介して、電気−機械変換素子２４２ｂの振動を検知し、周波数の差に基づき角速度を検出する。このような振動ジャイロ型の角速度センサ２４０の電気−機械変換素子の電気−機械変換膜に、第１の実施の形態の電気−機械変換膜の製造方法で得られた電気−機械変換膜を適用することで、振動ジャイロ型の角速度センサ２４０の性能を高められる。
［第９の実施形態］
本実施形態では、第１の実施形態の電気−機械変換膜の製造方法により得られた電気−機械変換膜を備えたマイクロポンプの構成例について説明する。
図１５は、本実施形態のマイクロポンプの斜視図である。
マイクロポンプ２５０は、流路２５１が形成された基板２５２と、振動板２５３１及び振動板２５３１に密着して形成されている電気−機械変換素子２５３２を備える圧電アクチュエータ２５３とを有する。そして、圧電アクチュエータ２５３が複数配設された流路形成基板２５４と、蓋基板２５５と、保護基板２５６を含む。マイクロポンプ２５０は、振動板２５３１を順次図中の矢印方向へ駆動させることにより、流体の吸い込み又は吐出を繰り返し、流路２５１内の流体の輸送を行う。液体流入孔及び流出孔の形状を工夫する、或いは流路２５１に弁を設けることで、輸送効率を上げることができる。このようなマイクロポンプ２５０の電気−機械変換素子２５３２の電気−機械変換膜に、第１の実施の形態の電気−機械変換膜の製造方法により得られた電気−機械変換膜を適用することで、マイクロポンプ２５０の性能を高められる。
［第１０の実施形態］
本実施形態では、第１の実施形態にの電気−機械変換膜の製造方法により得られた電気−機械変換膜を備えたマイクロバルブの構成例について説明する。
図１６は、本実施形態のマイクロバルブの断面図である。
マイクロバルブ２６０は、中央部に吐出口２６１を有する円板状の基板２６２と、中央部に弁となる突起部２６３を有するダイアフラム２６４とを有する。そして、基板２６２及びダイアフラム２６４を固定する固定部２６５と、ダイアフラム２６４上に形成されている電気−機械変換素子２６６と、流体が流れ込む導入口２６７を含む。マイクロバルブ２６０は、電気−機械変換素子２６６の歪みにより生じる突起部２６３の振動を利用して、吐出口２６１を開閉することにより、流体の流れを制御する。このようなマイクロバルブ２６０に第１の実施形態の電気−機械変換膜の製造方法により得られた電気−機械変換膜を適用することで、マイクロバルブ２６０の性能を高められる。
以下に具体的な実施例を挙げて説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
［実施例１］
本実施例の各工程の実施手順について図１７、図１８を用いて説明する。
まず図１７（Ａ）に示すように、基板３０１１の一方の面の表面に、下地層３０１２であるＴｉＯ２層と、第１の電極３０１３である白金（Ｐｔ）層と、をその順に積層した下地基板３０１を準備した。この際、下地層３０１２の膜厚は５０ｎｍ、第１の電極３０１３の膜厚は２５０ｎｍであった。
次に、図１７（Ｂ）に示すように、下地基板３０１に撥液化処理工程を実施した。すなわち、下地基板３０１の最表面に配置された第１の電極３０１３上にＳＡＭ膜３０２を形成した。
ＳＡＭ膜３０２は撥液処理液であるアルカンチオール溶液に下地基板３０１を数秒間浸漬させることで、分子の自己配列により得られた。この撥液処理液には、アルカンチオールとしてドデカンチオールＣＨ３（ＣＨ２）１１−ＳＨを、溶媒には無水エタノールをそれぞれ使用し、溶液濃度は０．１ｍｍｏｌ／ｌとした。
アルカンチオール溶液に浸漬後、下地基板３０１の全表面について、エタノール、純水の順に洗浄し、窒素雰囲気下により乾燥させた。下地基板３０１上の第１の電極３０１３に形成されたＳＡＭ膜３０２の、ゾル−ゲル液に対する接触角は１０５度であり、撥液性を示した。
次に図１７（Ｃ）に示すようにＳＡＭ膜３０２が形成された下地基板３０１にエネルギー線を照射するエネルギー線照射工程を実施した。
エネルギー線照射手段としてレーザー光発振装置３０５を用いた。レーザー光はＫｒＦエキシマレーザー光（波長：２４８ｎｍ）とした。
そして、該レーザー光発振装置３０５をエネルギー線３０４であるレーザー光線の照射位置がアライメントマーク及び電気−機械変換液膜形成工程で形成する電気−機械変換液膜のパターンに合致するよう移動させ、該レーザー光を照射した。なお、エネルギー線の照射は図５に示すような産業用インクジェット装置５０に設置して行った。
この際形成した電気−機械変換膜パターンとアライメントマークについて説明する。本実施例で用いた下地基板３０１は図２（Ａ）に示す下端部に切り欠き部が設けられた円形形状を有している。
そして、電気−機械変換膜パターン部は図２（Ａ）の領域Ｃに形成しており、各電気−機械変換膜パターン部２４は、幅５０μｍ、長さ１０００μｍの長尺パターンである。そして、図２（Ｂ）に示す様に電気−機械変換膜パターン部は幅方向に１：２ピッチ（スペース幅＝１００μｍ）で複数の電気−機械変換膜パターンを配列して電気−機械変換膜パターン部配列２３を形成した。なお当該電気−機械変換膜パターン部２４の長手方向は、産業用インクジェット装置における基板の走査方向（図５のＹ方向）と平行になるようにした。また当該電気−機械変換膜パターン部の幅方向は、産業用インクジェット装置５０のゾル−ゲル液を塗布するインクジェットヘッド５３が持つノズル列方向（図５のＸ方向）と、それぞれ平行になるように設定した。
また、アライメントマークは図２（Ａ）に示すように、基板の両端部に３ｍｍ×３０ｍｍのゾル−ゲル液等供給領域Ａ、Ｂを設け、各ゾル−ゲル液等供給領域の中心部分に５０μｍ角の四角形形状で形成した。
そして、図１７（Ｄ）に示すようにエネルギー線照射工程後、レーザー光を照射した領域３０６は親液性となっていることが確認できた。
具体的にはレーザー光を照射した領域３０６である、電気−機械変換膜パターン部、および、アライメントマーク部分の対ゾル−ゲル液接触角は微小接触角計で３０度以下であることが確認された。すなわちエキシマレーザー光を照射した部分はＳＡＭ膜が除去されたことにより親液性となり、当該照射領域内外の接触角差は７０度以上であることが確認できた。
次に図１８（Ｅ）に示すように、アライメントマーク形成工程を実施した。アライメントマーク形成工程は、図２（Ａ）に示した下地基板上のゾル−ゲル液等供給領域Ａ、Ｂにインクジェット法によりＰＺＴ前駆体であるゾル−ゲル液を塗布することにより実施した。なお、アライメントマーク形成工程も図５に示す産業用インクジェット装置５０を用いて実施した。
用いたゾル−ゲル液について説明する。ゾル−ゲル液は出発材料に酢酸鉛三水和物、イソプロポキシドチタン、イソプロポキシドジルコニウムを用いた。酢酸鉛の結晶水はメトキシエタノールに溶解後、脱水した。
イソプロポキシドチタン、イソプロポキシドジルコニウムをメトキシエタノールに溶解し、アルコール交換反応、エステル化反応を進め、上述の酢酸鉛を溶解したメトキシエタノール溶液と混合することでゾル−ゲル液を合成した。このゾル−ゲル液のＰＺＴ固形分濃度は０．１ｍｏｌ／ｌとした。
なお、ゾル−ゲル液を調製する際、化学量論組成に対し鉛量を１０モル％過剰になるように酢酸鉛の添加量を調整した。これは熱処理中のいわゆる鉛抜けによる結晶性低下を防ぐためである。
インクジェット法によるゾル−ゲル液の塗布に際し、インクジェットヘッド側の吐出条件の調整により、塗布されるゾル−ゲル液の液滴の着弾径が３０μｍとなるようにした。
ゾル−ゲル液等供給領域にゾル−ゲル液を塗布したところ、アライメントマーク部分付近は図３（Ａ）に示すようになっていることが確認できた。
まず、アライメントマーク部分（親液性領域３１）に着弾したゾル−ゲル液はアライメントマーク部分内で塗れ拡がった。これに対して、アライメントマーク部分外（撥液性領域）についてはゾル−ゲル液の液滴は、着弾時の半球形状を保ったまま留まっていた。
そして、アライメントマーク部分（親液性領域３１）の稜線上に跨って着弾したゾル−ゲル液の液滴３２Ａ〜３２Ｂは、親液性／撥液性両領域の表面エネルギー差により図中矢印で示した方向に動き、アライメントマーク部分に吸い寄せられた。
このため、アライメントマーク部分（親液性領域３１）の稜線のコントラストは明瞭に保たれ、アライメントマークは明瞭に表示されていた。
その後、撮像装置によりアライメントマークを検出し、アライメントマークに基づいて印刷位置を検出する印刷位置検出工程を実施した。印刷位置検出工程において、検出したアライメントマークの位置データと、電気−機械変換膜の印刷データとから、電気−機械変換膜の印刷位置を検出できた。
［実施例２］
アライメントマーク部分に関して図４（Ａ）と同様に構成するため、以下の点を変更した以外は実施例１と同様にして、撥液化処理工程、エネルギー線照射工程、アライメントマーク形成工程を実施した。
アライメントマークの形状を２つの長方形の各中心点、すなわち、対角線の交点で交差させた十字型とした点。なお、この際１つの長方形のサイズは幅５０μｍ、長さ１０００μｍとした。
エネルギー線照射工程において、図２（Ａ）におけるゾル−ゲル液等供給領域Ａ、Ｂにアライメントマークを形成する際、アライメントマークの周囲にエネルギー線を照射し、アライメントマーク以外のゾル−ゲル液等供給領域を親液性領域とした点。
なお、アライメントマーク形成工程において、ゾル−ゲル液等供給領域にゾル−ゲル液の液滴を供給する際、ゾル−ゲル液の液滴の着弾径が３０μｍになるように調整して行った。
本実施例では、上述のようにアライメントマーク部分の周囲にレーザー光を照射しているため、アライメントマーク部分の周囲が親液性領域となる。そして、アライメントマーク部分が撥液性領域となる。
ゾル−ゲル液等供給領域にゾル−ゲル液を塗布したところ、アライメントマーク部分の周囲は図４（Ａ）に示すようになっていることが確認できた。
まず、アライメントマーク部分の周囲に着弾したゾル−ゲル液は、アライメントマーク部分の周囲の親液性領域で塗れ拡がった。これに対して、アライメントマーク部分（撥液性領域４１）についてはゾル−ゲル液の液滴は、着弾時の半球形状を保ったまま留まっていた。
そして、アライメントマーク部分の稜線上に跨って着弾したゾル−ゲル液の液滴４２Ａは、親液性／撥液性両領域の表面エネルギー差により図中矢印で示した方向に動き、アライメントマーク部分の周囲（親液性領域）に吸い寄せられた。
このため、アライメントマーク部分の稜線のコントラストは明瞭に保たれ、アライメントマークは明瞭に表示されていた。
その後、撮像装置によりアライメントマークを検出し、アライメントマークに基づいて印刷位置を検出する印刷位置検出工程を実施した。印刷位置検出工程において、検出したアライメントマークの位置データと、電気−機械変換膜の印刷データとから、電気−機械変換膜の印刷位置を検出できた。
［実施例３］
実施例１および２で、アライメントマークにより電気−機械変換膜の印刷位置が検出された基板に対して、電気−機械変換膜を以下の手順で形成した。
ゾル−ゲル液としては、実施例１、２で用いたものと同じＰＺＴ前駆体のゾル−ゲル液を用いた。
まず、電気−機械変換液膜形成工程を実施した。すなわち、図１８（Ｅ）に示すように、検出した電気−機械変換膜の印刷位置情報に基づいて、エネルギー線照射工程においてレーザー光を照射した電気−機械変換膜パターン部３０７にインクジェットヘッド３０８によりゾル−ゲル液を塗布した。ゾル−ゲル液の塗布は図５に示した産業用インクジェット装置を用いて行った。
図１８（Ｆ）に示すように、インクジェットヘッド３０８から吐出されたゾル−ゲル液は吐出箇所の第１の電極３０１３表面上の表面改質部分、すなわち親液性領域内のみで均一にレベリングされた。この際、第１の電極３０１３表面のうち、エネルギー線照射工程においてレーザー光を照射しなかった領域、すなわち撥液性領域となっている部分には、ゾル−ゲル液がはみ出すことなく電気−機械変換膜液膜３０９が形成された。これは、電気−機械変換膜パターン部３０７内外における接触角のコントラストによるものである。
次に、図１８（Ｇ）に示すように熱処理工程を実施した。熱処理工程は、まず乾燥工程として１２０℃で処理しゾル−ゲル液の溶媒を乾燥した。次いで、ゾル−ゲル液に含まれていた有機物の熱分解（温度５００℃）を行い電気−機械変換膜３１０を得た。得られた電気−機械変換膜の膜厚は８０ｎｍであった。またＳＡＭ膜は熱分解により消失した。
図１９に、得られた電気−機械変換膜の上面から撮影した画像を示す。
引き続き繰返し処理として、図１８（Ｇ）で得られた電気−機械変換膜３１０が形成された下地基板３０１基板全面をイソプロピルアルコールで洗浄後、同様に基板の浸漬処理にてＳＡＭ膜３０２を形成する撥液化処理工程を実施した。図１８（Ｅ´）に示すように、ＳＡＭ膜３０２は酸化膜である電気−機械変換膜３１０上には形成されないため、電気−機械変換膜３１０の外のみにＳＡＭ膜３０２のパターンが得られる。
なお、上記の熱処理工程により、実施例１および２のゾル−ゲル液等供給領域内にあるアライメントマークは固形化して明瞭に判別できる状態である。このため、以下の電気−機械変換液膜形成工程においては、該アライメントマークを用いて印刷位置を正確に検出し位置合わせを行った。
そして、図１８（Ｅ´）に示すように、再度インクジェットヘッド３０８により、電気−機械変換膜３１０の上面にゾル−ゲル液を塗布し、図１８（Ｆ´）に示すように、電気−機械変換膜３１０の上面に新たな電気−機械変換液膜３１１を形成した。なお、基板外でゾル−ゲル液の予備吐出を行ってから電気−機械変換膜３１０の上面にゾル−ゲル液を塗布している。
次に、１回目に電気−機械変換膜３１０を形成した場合と同様の条件で熱処理工程を実施した。これにより図１８（Ｇ´）に示すように（第１の）電気−機械変換膜３１０と、第２の電気−機械変換膜とが積層された電気−機械変換膜３１２が得られた。このときの２層の電気−機械変換膜の膜厚の合計は１６０ｎｍであった。
さらに上述と同じ条件で図１８（Ｅ´）〜図１８（Ｇ´）の工程をもう一度行い、もう一層電気−機械変換膜を形成、積層した。これにより膜厚の合計が２４０ｎｍの電気−機械変換膜を得た。
そして、得られた電気−機械変換膜について結晶化処理を行うため、熱処理工程をさらに行った。熱処理工程は温度７００℃の急速熱処理（ＲＴＡ）により実施した。
熱処理工程後電気−機械変換膜の状態を確認したところ電気−機械変換膜にクラック等は生じていないことが確認できた。
さらに、図２０に示した電気−機械変換膜の繰り返し製造フローに従って、得られた電気−機械変換膜上に３層の電気−機械変換膜を形成した。
まず、撥液化処理工程（Ｓ２０１）として、電気−機械変換膜が形成された下地基板３０１をイソプロピルアルコールで洗浄後、同様に基板の浸漬処理にてＳＡＭ膜３０２を形成した。
次に、電気−機械変換液膜形成工程（Ｓ２０２）として、図１８（Ｅ´）に示したようにインクジェットヘッド３０８により、既に形成された電気−機械変換膜の上面にゾル−ゲル液を塗布し、新たな電気−機械変換液膜を形成した。
そして、乾燥工程である熱処理工程（Ｓ２０３）として１２０℃で熱処理を行いゾル−ゲル液の溶媒を乾燥した。
次いで、熱分解工程である熱処理工程（Ｓ２０４）として５００℃で熱処理を行いゾル−ゲル液に含まれていた有機物の熱分解を行い電気−機械変換膜を得た。
係るＳ２０１からＳ２０４までの工程を３回繰り返しを行った後、結晶化工程である熱処理工程（Ｓ２０５）として、７００度の急速熱処理（ＲＴＡ）を行った。
得られた電気−機械変換膜にクラックなどの不良は生じず、膜厚は０．５μｍに達した。
その後、Ｓ２０１からＳ２０４までの工程を３回繰り返し行ったあと、結晶化工程である熱処理工程（Ｓ２０５）を行う操作を同様の条件でさらに６サイクル実施した。即ち上述した６回を含めてゾル−ゲル液の塗布を２４回実施し電気−機械変換膜を形成した。
得られた電気−機械変換膜の膜厚は２．４μｍとなり、膜にはクラック等は認められなかった。以上の操作により所望の形状の電気−機械変換膜が得られた。
［実施例４］
実施例３で得られた電気−機械変換膜上に第２の電極（上部電極）として膜厚が２５０ｎｍの白金層を成膜した。これにより電気−機械変換素子とした。
得られた電気−機械変換素子について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。電気−機械変換膜の比誘電率は１５８０、誘電損失は０．０２〜０．０５、耐圧が５３Ｖと、優れた電気特性を示すことが確認できた。
また残留分極は１１．２μＣ/ｃｍ２、抗電界は２８．３ｋＶ／ｃｍであり、通常のセラミック焼結体と同等の特性を持つことが確認できた。
図２１に得られたＰ−Ｅヒステリシス曲線を示す。
さらに、電気−機械変換能は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１４６ｐｍ／Ｖとなり、こちらもセラミック焼結体と同等の値であることが確認できた。これは液体吐出ヘッドとして十分設計できうる特性値であった。
１１、３０１１ 基板
１３１、１３２ アライメントマーク
３１、４１ アライメントマーク部分
３１０、３１２ 電気−機械変換膜
３０９、３１１ 電気−機械変換液膜
３０１３ 第１の電極
３０４ エネルギー線
６０、６０´ 液体吐出ヘッド
８１ インクジェット記録装置
特開２００５−９３７９９号公報

Claims (9)

  1. 一方の面に第１の電極が形成された基板の、前記第１の電極の表面を撥液化する撥液化処理工程と、
    撥液化された前記第１の電極の表面に、形成する電気−機械変換膜及びアライメントマークの形状に応じて照射位置を移動させながら、エネルギー線を照射するエネルギー線照射工程と、
    前記エネルギー線照射工程においてアライメントマークの形状に応じてエネルギー線を照射した部分を含む領域にインクジェット法により塗布溶液を塗布するアライメントマーク形成工程と、
    前記アライメントマーク形成工程において形成されたアライメントマークに基づいて、印刷位置を検出する印刷位置検出工程と、
    前記エネルギー線照射工程において電気−機械変換膜の形状に応じてエネルギー線を照射した部分にインクジェット法によりゾル−ゲル液を塗布する電気−機械変換液膜形成工程と、を有し、
    前記アライメントマーク形成工程において塗布する前記塗布溶液は、前記電気−機械変換液膜形成工程において塗布する前記ゾル−ゲル液と同一である電気−機械変換膜の製造方法。
  2. 前記電気−機械変換液膜形成工程で用いるインクジェットヘッドのコンディション確認のためのゾル−ゲル液を、前記アライメントマーク形成工程において、前記インクジェットヘッドを用いて塗布する請求項１に記載の電気−機械変換膜の製造方法。
  3. 前記電気−機械変換液膜形成工程を複数回実施する請求項１又は２のいずれか一項に記載の電気−機械変換膜の製造方法。
  4. 前記アライメントマーク形成工程を、１回目に前記電気−機械変換液膜形成工程を実施する前に実施する請求項３に記載の電気−機械変換膜の製造方法。
  5. 前記エネルギー線照射工程において、
    アライメントマーク部分にエネルギー線を照射し、
    アライメントマーク部分を親液性、アライメントマーク部分の周囲を撥液性とする請求項１乃至４いずれか一項に記載の電気−機械変換膜の製造方法。
  6. 前記エネルギー線照射工程において、
    アライメントマーク部分の周囲にエネルギー線を照射し、
    アライメントマーク部分を撥液性、アライメントマーク部分の周囲を親液性とする請求項１乃至４いずれか一項に記載の電気−機械変換膜の製造方法。
  7. 請求項１乃至６いずれか一項に記載の電気−機械変換膜の製造方法により得られた電気−機械変換膜に第２の電極を配置した電気−機械変換素子。
  8. 請求項７に記載の電気−機械変換素子を備えた液体吐出ヘッド。
  9. 請求項８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。
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