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JP2013065633A - Manufacturing method of electromechanical conversion film, manufacturing method of electromechanical conversion element, electromechanical conversion element manufactured by that manufacturing method, liquid droplet ejection head and liquid droplet ejection device - Google Patents

Manufacturing method of electromechanical conversion film, manufacturing method of electromechanical conversion element, electromechanical conversion element manufactured by that manufacturing method, liquid droplet ejection head and liquid droplet ejection device Download PDF

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JP2013065633A
JP2013065633A JP2011202331A JP2011202331A JP2013065633A JP 2013065633 A JP2013065633 A JP 2013065633A JP 2011202331 A JP2011202331 A JP 2011202331A JP 2011202331 A JP2011202331 A JP 2011202331A JP 2013065633 A JP2013065633 A JP 2013065633A
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JP
Japan
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film
electromechanical conversion
bank
manufacturing
conversion film
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP2011202331A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takakazu Kihira
孝和 木平
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Ricoh Co Ltd filed Critical Ricoh Co Ltd
Priority to JP2011202331A priority Critical patent/JP2013065633A/en
Publication of JP2013065633A publication Critical patent/JP2013065633A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
  • Formation Of Insulating Films (AREA)

Abstract

【課題】所望パターンの電気機械変換膜を形成することができる。
【解決手段】PZT前駆体溶液17の成分の一部を含むバンク形成溶液15を液滴吐出ヘッド14により基板11の第1の電極上の所定部分に選択的に塗布することで、基板11の第1の電極上の所定部分を囲むように形成されたバンク膜16が所定部分の周縁に向って盛り上がる。そして、このバンク膜16を乾燥させてバンクを形成する。このバンクで囲まれた内側の当該所定部分に、電気機械変換膜18を形成するための原料を含むPZT前駆体溶液17の液滴を液滴吐出ヘッド14のノズルから吐出させて塗布する。
【選択図】図1
An electromechanical conversion film having a desired pattern can be formed.
A bank forming solution 15 including a part of a component of a PZT precursor solution 17 is selectively applied to a predetermined portion on a first electrode of a substrate 11 by a droplet discharge head 14, thereby The bank film 16 formed so as to surround a predetermined portion on the first electrode rises toward the periphery of the predetermined portion. Then, the bank film 16 is dried to form a bank. A droplet of the PZT precursor solution 17 containing the raw material for forming the electromechanical conversion film 18 is applied to the predetermined portion surrounded by the bank by discharging it from the nozzle of the droplet discharge head 14.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、電気機械変換膜の製造方法、電気機械変換素子の製造方法、該製造方法により製造した電気機械変換素子、液滴吐出ヘッド及び液滴吐出装置に関するものである。   The present invention relates to an electromechanical conversion film manufacturing method, an electromechanical conversion element manufacturing method, an electromechanical conversion element manufactured by the manufacturing method, a droplet discharge head, and a droplet discharge apparatus.

従来、電気機械変換膜を電極で挟むように構成された電気機械変換素子は、例えばインクの液滴を吐出する液体吐出ヘッドを備え、媒体を搬送しながらインク滴を用紙に付着させて画像形成を行うインクジェット記録装置で用いられている。ここでの媒体は「用紙」ともいうが材質を限定するものではなく、被記録媒体、記録媒体、転写材、記録紙なども同義で使用する。また、画像形成装置は、紙、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックス等の媒体に液体を吐出して画像形成を行う装置を意味する。そして、画像形成とは、文字や図形等の意味を持つ画像を媒体に対して付与することだけでなく、パターン等の意味を持たない画像を媒体に付与する(単に液滴を吐出する)ことをも意味する。また、インクとは、所謂インクに限るものではなく、吐出されるときに液体となるものであれば特に限定されるものではなく、例えばDNA試料、レジスト、パターン材料なども含まれる液体の総称として用いる。   Conventionally, an electromechanical conversion element configured such that an electromechanical conversion film is sandwiched between electrodes includes, for example, a liquid discharge head that discharges ink droplets, and forms an image by adhering ink droplets to a sheet while conveying a medium. Used in an ink jet recording apparatus. The medium here is also referred to as “paper”, but the material is not limited, and a recording medium, a recording medium, a transfer material, a recording paper, and the like are also used synonymously. The image forming apparatus means an apparatus for forming an image by discharging a liquid onto a medium such as paper, thread, fiber, fabric, leather, metal, plastic, glass, wood, ceramics. The image formation is not only giving an image having a meaning such as a character or a figure to the medium but also giving an image having no meaning such as a pattern to the medium (simply ejecting a droplet). Also means. The ink is not limited to so-called ink, and is not particularly limited as long as it becomes liquid when ejected. For example, the ink is a generic term for liquids including DNA samples, resists, pattern materials, and the like. Use.

そして、上記インクジェット記録装置は、主として、インク滴を吐出するノズルと、このノズルが連通する吐出室、加圧液室、圧力室、インク流路等を称する液室と、該液室内のインクを吐出するための圧力発生手段とで構成されている。この圧力発生手段として、圧電素子などの電気機械変換素子を用いて吐出室の壁面を形成している振動板を変形変位させることでインク滴を吐出させるピエゾ型の圧力発生手段が知られている。このピエゾ型の圧力発生手段に使用される電気機械変換素子は、下部電極(第1の電極)と、電気機械変換層と、上部電極(第2の電極)とが積層したものからなる。各圧力室にインク吐出の圧力を発生させるのに個別の圧電素子が配置されることになる。電気機械変換層は電気機械変換膜を形成する工程を複数回行って形成される。電気機械変換膜はジルコン酸チタン酸鉛(PZT)セラミックスなどが用いられ、これらは複数の金属酸化物を主成分としているので一般に金属複合酸化物と称される。   The inkjet recording apparatus mainly includes a nozzle that ejects ink droplets, a discharge chamber that communicates with the nozzle, a liquid chamber that is referred to as a pressurized liquid chamber, a pressure chamber, an ink flow path, and the like, and ink in the liquid chamber. And pressure generating means for discharging. As this pressure generating means, there is known a piezo-type pressure generating means for discharging ink droplets by deforming and displacing a vibration plate forming the wall surface of the discharge chamber using an electromechanical conversion element such as a piezoelectric element. . The electromechanical conversion element used for this piezo-type pressure generating means is formed by laminating a lower electrode (first electrode), an electromechanical conversion layer, and an upper electrode (second electrode). Individual piezoelectric elements are arranged to generate ink discharge pressure in each pressure chamber. The electromechanical conversion layer is formed by performing the process of forming the electromechanical conversion film a plurality of times. As the electromechanical conversion film, lead zirconate titanate (PZT) ceramics or the like is used, and these are generally referred to as metal composite oxides because they are mainly composed of a plurality of metal oxides.

この電気機械変換膜の製造方法としては、スパッタリング法、ゾルゲル法、CVD法、レーザアブレーション法等があるが、これらのうち、ゾルの塗布、乾燥、脱脂、焼成という工程により成膜するゾルゲル法は、結晶状態の制御性に優れている。このゾルゲル法を用いた電気機械変換膜の製造方法として、特許文献1に記載されているものが知られている。この特許文献1の製造方法では、電気機械変換膜を形成するための原料を含む塗布液の液滴をノズルから吐出させる液滴吐出方式によって白金(Pt)の電極上の所定部分に上記塗布液を滴下してパターン化している。そして、電極上に滴下した上記塗布液の膜を乾燥させ、乾燥させた塗布液の膜を熱分解して結晶化させて電気機械変換膜を形成している。   As a method for producing this electromechanical conversion film, there are a sputtering method, a sol-gel method, a CVD method, a laser ablation method, and the like. Of these, the sol-gel method for forming a film by the steps of sol coating, drying, degreasing, and baking is the method. Excellent controllability of the crystalline state. As a method for producing an electromechanical conversion film using this sol-gel method, one described in Patent Document 1 is known. In the manufacturing method of Patent Document 1, the coating liquid is applied to a predetermined portion on a platinum (Pt) electrode by a droplet discharge method in which a droplet of a coating liquid containing a raw material for forming an electromechanical conversion film is discharged from a nozzle. Is patterned by dripping. And the film | membrane of the said coating liquid dripped on the electrode is dried, the film | membrane of the dried coating liquid is thermally decomposed and crystallized, and the electromechanical conversion film | membrane is formed.

しかしながら、上記特許文献1の製造方法では、上記塗布液の粘度が低いので、白金(Pt)の電極上に滴下した上記塗布液は電極上で濡れ広がってしまう。このため、電気機械変換膜の所望のパターンが崩れてしまっていた。   However, in the manufacturing method of Patent Document 1, since the viscosity of the coating solution is low, the coating solution dropped on the platinum (Pt) electrode spreads on the electrode. For this reason, the desired pattern of the electromechanical conversion film has collapsed.

本発明は以上の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、所望のパターンの電気機械変換膜を形成することができる電気機械変換膜の製造方法、電気機械変換素子の製造方法、該製造方法により製造した電気機械変換素子、液滴吐出ヘッド及び液滴吐出装置を提供することである。   The present invention has been made in view of the above problems, and its object is to provide an electromechanical conversion film manufacturing method capable of forming an electromechanical conversion film having a desired pattern, an electromechanical conversion element manufacturing method, To provide an electromechanical conversion element, a droplet discharge head, and a droplet discharge device manufactured by a manufacturing method.

上記目的を達成するために、請求項1の発明は、電気機械変換膜を形成するための原料を含む塗布液を第1の電極上の所定部分に選択的に塗布する塗布工程と、前記第1の電極上に塗布した塗布液の膜を乾燥させる乾燥工程と、前記乾燥させた塗布液の膜を熱分解して結晶化させる結晶化工程とを有する電気機械変換膜の製造方法において、前記塗布工程は、前記塗布溶液の成分の一部を含んでいるバンク膜形成溶液を第1の電極上の所定部分に塗布し、前記バンク膜形成溶液がコーヒーステイン現象により第1の電極上の所定部分の周縁に向かって流れて該周縁で盛り上がり第1の電極上の所定部分を囲むようにバンク膜を形成するバンク膜形成工程と、該バンク膜を乾燥させて前記所定部分の周縁に沿ってバンクを形成するバンク形成工程とを有し、前記溶液塗布工程及び前記バンク形成工程を行い、形成された前記バンクで囲まれた内側に前記塗布液を塗布し、前記乾燥工程及び前記結晶化工程を行って前記電気機械変換膜を製造することを特徴とするものである。   In order to achieve the above object, the invention of claim 1 is a coating step of selectively applying a coating solution containing a raw material for forming an electromechanical conversion film to a predetermined portion on a first electrode; In the method for producing an electromechanical conversion film, the method includes a drying step of drying a film of the coating liquid applied onto one electrode, and a crystallization step of thermally decomposing and crystallizing the dried film of the coating liquid. In the coating step, a bank film forming solution containing a part of the components of the coating solution is applied to a predetermined portion on the first electrode, and the bank film forming solution is predetermined on the first electrode by the coffee stain phenomenon. A bank film forming step of forming a bank film so as to flow toward the periphery of the portion and rise at the periphery to surround a predetermined portion on the first electrode; and drying the bank film along the periphery of the predetermined portion Bank formation worker to form a bank And performing the solution coating step and the bank forming step, coating the coating liquid on the inner side surrounded by the formed bank, performing the drying step and the crystallization step, and performing the electromechanical conversion. A film is manufactured.

本発明においては、電気機械変換膜を形成するための原料を含む塗布液の液滴をノズルから吐出させて第1の電極上の所定部分に選択的に塗布するとき、上記バンク膜形成工程でバンク膜を形成した後上記バック形成工程で形成されたバンクで第1の電極上の所定部分を囲む。そのバンクで囲まれた内側の第1の電極上の所定部分に上記塗布液を塗布することで濡れ広がることがなくなり、上記塗布液は第1の電極上の所定部分のみに塗布される。これにより、所望のパターンの電気機械変換膜を形成できる。   In the present invention, when the droplet of the coating liquid containing the raw material for forming the electromechanical conversion film is ejected from the nozzle and selectively applied to a predetermined portion on the first electrode, After the bank film is formed, a predetermined portion on the first electrode is surrounded by the bank formed in the back formation step. By applying the coating liquid to a predetermined portion on the inner first electrode surrounded by the bank, the coating liquid is prevented from spreading and the coating liquid is applied only to the predetermined portion on the first electrode. Thereby, an electromechanical conversion film having a desired pattern can be formed.

本発明によれば、所望のパターンの電気機械変換膜を形成することができる、という効果が得られる。   According to the present invention, there is an effect that an electromechanical conversion film having a desired pattern can be formed.

本発明の一実施形態に係る電気機械変換膜の製造工程を示す工程断面図である。It is process sectional drawing which shows the manufacturing process of the electromechanical conversion film which concerns on one Embodiment of this invention. 実施例で作製したPZT膜のP−Eヒステリシス曲線の一例を示す特性図である。It is a characteristic view which shows an example of the PE hysteresis curve of the PZT film | membrane produced in the Example. 本実施形態の液滴吐出ヘッドを搭載した液滴吐出塗布装置の構成を示す斜視図である。1 is a perspective view showing a configuration of a droplet discharge coating apparatus equipped with a droplet discharge head according to an embodiment. SAM膜を除去した電極露出面及びSAM膜を配置したままの表面における純水の接触角の各様子を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows each mode of the contact angle of the pure water in the electrode exposure surface which removed the SAM film, and the surface where the SAM film has been arrange | positioned. 本実施形態の製造方法で製造した電気機械変換素子を用いて構成した液吐出ヘッドの一構成例を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the example of 1 structure of the liquid discharge head comprised using the electromechanical conversion element manufactured with the manufacturing method of this embodiment. 図5の液吐出ヘッドを複数並べた構成例を示す概略構成図である。FIG. 6 is a schematic configuration diagram illustrating a configuration example in which a plurality of liquid ejection heads of FIG. 5 are arranged. 本実施形態の製造方法で製造した電気機械変換素子を用いることができる液滴吐出装置の一構成例を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows one structural example of the droplet discharge apparatus which can use the electromechanical conversion element manufactured with the manufacturing method of this embodiment. 液滴吐出装置の一構成例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows one structural example of a droplet discharge apparatus.

以下、本発明の実施形態について説明する。なお、本実施形態では、圧電定数d31の変形を利用した横振動(ベンドモード)型の電気機械変換膜を有する電気機械変換素子を例として説明するが、本発明はこの型の電気機械変換膜に限定されることなく適用可能である。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described. In this embodiment, an electromechanical conversion element having a transverse vibration (bend mode) type electromechanical conversion film using deformation of the piezoelectric constant d31 will be described as an example. The present invention is an electromechanical conversion film of this type. It is applicable without being limited to.

電気機械変換膜がPZT膜の場合、酢酸鉛三水和物、イソプロポキシドチタン、ノルマルブトキシドジルコニウムを出発材料として合成したPZT前駆体溶液を用いることができる。酢酸鉛の結晶水はメトキシエタノールに溶解した後、脱水する。化学量論的組成に対し鉛量を10モル%過剰にしてある。これは熱処理中のいわゆる鉛抜けによる結晶性低下を防ぐためである。イソプロポキシドチタン、ノルマルブト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、上記酢酸鉛を溶解したメトキシエタノール溶液と均一に混合することによりPZT前駆体溶液を合成することができる。このPZT前駆体溶液のPZT濃度は例えば0.1モル/リットルにする。以上の方法で合成したPZT前駆体溶液を用いた。   When the electromechanical conversion film is a PZT film, a PZT precursor solution synthesized using lead acetate trihydrate, isopropoxide titanium, and normal butoxide zirconium as starting materials can be used. The crystal water of lead acetate is dissolved in methoxyethanol and then dehydrated. The amount of lead is 10 mol% excess relative to the stoichiometric composition. This is to prevent crystallinity deterioration due to so-called lead loss during heat treatment. It is possible to synthesize PZT precursor solution by dissolving isopropoxide titanium and normal butoxide zirconium in methoxyethanol, proceeding with alcohol exchange reaction and esterification reaction, and uniformly mixing with methoxyethanol solution in which lead acetate is dissolved. it can. The PZT concentration of the PZT precursor solution is, for example, 0.1 mol / liter. The PZT precursor solution synthesized by the above method was used.

また、電気機械変換膜がPZT膜の場合のPZT前駆体溶液は、非特許文献1に記載されている、酢酸鉛、ジルコニウムアルコキシド、チタンアルコキシド化合物を出発材料にし、共通溶媒としてメトキシエタノールに溶解させ、均一溶液として得るようにしてもよい。上記PZT前駆体溶液は「ゾルゲル液」とも呼ばれる。   The PZT precursor solution in the case where the electromechanical conversion film is a PZT film is prepared by dissolving lead acetate, zirconium alkoxide, and titanium alkoxide compounds described in Non-Patent Document 1 as starting materials and dissolving them in methoxyethanol as a common solvent. Alternatively, a uniform solution may be obtained. The PZT precursor solution is also called “sol-gel solution”.

PZTとは、ジルコン酸鉛(PbZrO)とチタン酸鉛(PbTiO)の固溶体で、その比率により特性が異なる。一般的に優れた圧電特性を示す組成はPbZrOとPbTiOの比率が53:47の割合で、化学式で示すとPb(Zr0.53,Ti0.47)O、一般にPZT(53/47)と示される。酢酸鉛、ジルコニウムアルコキシド、チタンアルコキシド化合物の出発材料は、この化学式に従って秤量される。金属アルコキシド化合物は大気中の水分により容易に加水分解してしまうので、前駆体溶液に安定剤としてアセチルアセトン、酢酸、ジエタノールアミンなどの安定化剤を適量、添加してもよい。 PZT is a solid solution of lead zirconate (PbZrO 3 ) and lead titanate (PbTiO 3 ), and the characteristics differ depending on the ratio. In general, the composition exhibiting excellent piezoelectric characteristics has a ratio of PbZrO 3 and PbTiO 3 of 53:47. When expressed by a chemical formula, Pb (Zr0.53, Ti0.47) O 3 , generally PZT (53/47) It is indicated. The starting materials for lead acetate, zirconium alkoxide and titanium alkoxide compounds are weighed according to this chemical formula. Since the metal alkoxide compound is easily hydrolyzed by moisture in the atmosphere, an appropriate amount of a stabilizer such as acetylacetone, acetic acid or diethanolamine may be added to the precursor solution as a stabilizer.

PZT以外の複合酸化物としてはチタン酸バリウムなどが挙げられ、この場合はバリウムアルコキシド、チタンアルコキシド化合物を出発材料にし、共通溶媒に溶解させることでチタン酸バリウム前駆体溶液を作製することも可能である。   Examples of composite oxides other than PZT include barium titanate. In this case, it is also possible to prepare a barium titanate precursor solution by dissolving barium alkoxide and a titanium alkoxide compound in a common solvent. is there.

また、下地となる基板上の第1の電極の表面に電気機械変換膜としてのパターン化したPZT膜を得る場合、上記溶液を塗布液として液滴吐出方式で塗布することにより塗膜を形成し、溶媒乾燥、熱分解、結晶化の各々の熱処理を施すことでパターン化したPZT膜が得られる。塗膜から結晶化膜への変態には体積収縮が伴うので、クラックフリーな膜を得るには一度の工程で100[nm]以下の膜厚が得られるようにするのが好ましい。そして、前駆体濃度は、電気機械変換膜の成膜面積とPZT前駆体溶液の塗布量との関係から適正化するように調整するのが好ましい。また、液滴吐出装置の電気機械変換素子として用いる場合、このPZT膜の膜厚は1[μm]〜2[μm]が要求される。この膜厚を得るには十数回、工程を繰り返すことになる。   Further, when obtaining a patterned PZT film as an electromechanical conversion film on the surface of the first electrode on the base substrate, a coating film is formed by applying the above solution as a coating liquid by a droplet discharge method. A patterned PZT film can be obtained by performing heat treatments of solvent drying, thermal decomposition, and crystallization. Since transformation from the coating film to the crystallized film involves volume shrinkage, it is preferable to obtain a film thickness of 100 [nm] or less in one step in order to obtain a crack-free film. And it is preferable to adjust so that a precursor density | concentration may be optimized from the relationship between the film-forming area of an electromechanical conversion film, and the application quantity of a PZT precursor solution. Further, when used as an electromechanical conversion element of a droplet discharge device, the thickness of the PZT film is required to be 1 [μm] to 2 [μm]. In order to obtain this film thickness, the process is repeated ten times or more.

更に、ゾルゲル法によるパターン化した電気機械変換層の形成の場合には、下地となる基板の濡れ性を制御したPZT前駆体溶液の塗り分けをする。これは、非特許文献2に示されているアルカンチオールが特定金属上に自己配列する現象を利用したものであり、まず、基板の白金族金属の表面に、チオールのSAM(Self assembled monolayer)膜を形成する。SAM膜上はアルキル基が配置しているので、疎水性になる。このSAM膜は、例えば周知のフォトリソグラフィ・エッチングにより、フォトレジストを用いてパターニングすることができる。レジスト剥離後も、パターン化SAM膜は残っているので、この部位は疎水性になっている。一方、SAM膜が除去された部位は白金表面が露出しているため、親水性になっている。この表面エネルギーのコントラストを利用してPZT前駆体溶液の塗り分けをすることができる。本実施形態では、上記SAM膜を、PZT前駆体溶液を塗布しない領域に選択的に形成した後、以下に示すように、PZT前駆体溶液の消費量を低減することができる液滴吐出方式による塗工(インクジェット塗工)でPZT前駆体溶液を選択的に塗布している。   Further, in the case of forming a patterned electromechanical conversion layer by the sol-gel method, the PZT precursor solution in which the wettability of the base substrate is controlled is separately applied. This utilizes the phenomenon of alkanethiol self-arranged on a specific metal shown in Non-Patent Document 2, and first, a SAM (Self assembled monolayer) film of thiol on the surface of the platinum group metal of the substrate. Form. Since the alkyl group is arranged on the SAM film, it becomes hydrophobic. This SAM film can be patterned using a photoresist by, for example, well-known photolithography etching. Since the patterned SAM film remains even after the resist is peeled off, this portion is hydrophobic. On the other hand, the portion from which the SAM film has been removed is hydrophilic because the platinum surface is exposed. Using this surface energy contrast, the PZT precursor solution can be applied separately. In the present embodiment, after the SAM film is selectively formed in a region where the PZT precursor solution is not applied, as shown below, the droplet discharge method can reduce the consumption of the PZT precursor solution. The PZT precursor solution is selectively applied by coating (inkjet coating).

図1は本発明の一実施形態に係る電気機械変換膜の形成を伴う電気機械変換素子の製造工程を示す工程断面図である。同図の(a)に示す基板11の表面(上面)には、チオールとの反応性に優れた第1の電極としての図示しない白金族金属からなる白金電極が、例えばスパッタ法により形成されている。この基板11の白金電極の表面に、同図の(b)に示すようにSAM膜12が形成される。SAM膜12は、アルカンチオール液に基板11をディップして自己配列させることで得られる。本例では、CH(CH)−SHのアルカンチオールの分子を一般的な有機溶媒(アルコール、アセトン、トルエンなど)に所定濃度(例えば、数mol/l)で溶解させたアルカンチオール液を用いた。このアルカンチオール液に基板11を浸漬させ、所定時間後に取り出した後、余剰な分子を溶媒で置換洗浄し乾燥することにより、白金電極の表面にSAM膜12を形成することができる。次に、同図の(c)に示すように、フォトリソグラフィーによりフォトレジスト13をパターン形成し、同図の(d)に示すようにドライエッチング(例えば、酸素プラズマの照射又はUV光の照射)によりSAM膜12を除去し、加工に用いたフォトレジスト13を除去してSAM膜12のパターニングを終了する。このように形成されたSAM膜12は、純水に対する接触角が例えば92度であり、疎水性を示す。一方、SAM膜12が除去されて露出した基板11の白金電極の表面は、純水に対する接触角が例えば54度であり、親水性を示す。基板11に先に電気機械変換膜のパターン位置にフォトレジストパターンを形成し、SAM処理を行い、フォトレジストパターンを除去することで、図1の(d)のパターニングされたSAM膜を得てもよい。また、図1の(b)に示すようにSAM膜12が形成された後、マスクを介して紫外線を照射することで未露光部にはSAM膜12が残り、露光部にはSAM膜12が消失することで、図1の(d)のパターニングされたSAM膜を得てもよい。 FIG. 1 is a process cross-sectional view illustrating a manufacturing process of an electromechanical transducer including formation of an electromechanical transducer film according to an embodiment of the present invention. A platinum electrode made of a platinum group metal (not shown) as a first electrode excellent in reactivity with thiol is formed on the surface (upper surface) of the substrate 11 shown in FIG. Yes. A SAM film 12 is formed on the surface of the platinum electrode of the substrate 11 as shown in FIG. The SAM film 12 can be obtained by dipping the substrate 11 in an alkanethiol solution and making it self-align. In this example, an alkanethiol solution obtained by dissolving alkanethiol molecules of CH 3 (CH 2 ) -SH in a general organic solvent (alcohol, acetone, toluene, etc.) at a predetermined concentration (for example, several mol / l) is used. Using. After immersing the substrate 11 in this alkanethiol solution and taking it out after a predetermined time, the SAM film 12 can be formed on the surface of the platinum electrode by replacing and washing excess molecules with a solvent and drying. Next, as shown in (c) of the figure, a photoresist 13 is patterned by photolithography, and dry etching (for example, oxygen plasma irradiation or UV light irradiation) is performed as shown in (d) of the figure. Then, the SAM film 12 is removed, and the photoresist 13 used for processing is removed, and the patterning of the SAM film 12 is completed. The SAM film 12 thus formed has a contact angle with respect to pure water of, for example, 92 degrees and exhibits hydrophobicity. On the other hand, the surface of the platinum electrode of the substrate 11 exposed by removing the SAM film 12 has a contact angle with pure water of, for example, 54 degrees and is hydrophilic. Even if the patterned SAM film of FIG. 1D is obtained by forming a photoresist pattern at the pattern position of the electromechanical conversion film on the substrate 11 and performing SAM treatment and removing the photoresist pattern. Good. Further, as shown in FIG. 1B, after the SAM film 12 is formed, the SAM film 12 remains in the unexposed area by irradiating ultraviolet rays through the mask, and the SAM film 12 remains in the exposed area. By disappearing, the patterned SAM film of FIG. 1D may be obtained.

次に、図1の(d)の工程を行った後、バック形成溶液15をパターニングされたSAM膜12が除去されて露出している基板11の白金電極の表面に、液滴吐出方式、具体的には液滴吐出ヘッド14により塗布した(図1の(e)参照)。液滴吐出方式以外の方式ではディスペンサ方式を用いて定量を塗布する。このバンク形成溶液15はPZT前駆体溶液の組成と同じであり、溶媒が異なる溶液である。このバンク形成溶液15にはバンク形成に必要な高さを形成する表面張力と粘度を持つ溶媒が加えられている。この溶媒の組成は求めるバンクの高さに応じて異なる。そして、塗布されたバンク形成溶液15の塗膜では、撥液と親液との表面エネルギー差によってコーヒーステイン現象が生じ、バンク膜16が形成される。このコーヒーステイン現象とは、溶質を溶媒に溶解させた液滴を乾燥させる際に発生する現象である。すなわち、基板に広がった液膜の外縁部、つまり周縁部の蒸発量が他の部分よりも多いため、それを補うように液が周縁部に向かって流れ、その結果乾燥後周縁部が盛り上がった膜が形成される現象である。そして、このバンク膜16を乾燥、有機物分解、結晶化処理を行う(図1の(f)参照)。このときのバンク膜16の高さ(厚さ)は約250[nm]であった。そして、バンク内に液滴吐出ヘッド14によってPZT前駆体溶液17を塗布する(図1の(g)参照)。その後、図1の(g)に示す塗布工程を3回繰り返して250[nm]の電気機械変換膜15を得た後、結晶化熱処理(温度700℃)をRTA(急速熱処理)にて行った(図1の(h)参照)。得られた電気機械変換膜18にはクラックなどの不良は生じなかった。   Next, after the step (d) of FIG. 1 is performed, a droplet discharge method, specifically, is applied to the surface of the platinum electrode of the substrate 11 exposed by removing the patterned SAM film 12 from the back forming solution 15. Specifically, it was applied by the droplet discharge head 14 (see (e) of FIG. 1). In a method other than the droplet discharge method, a dispenser method is used to apply a fixed amount. The bank forming solution 15 is a solution having the same composition as that of the PZT precursor solution but having a different solvent. The bank forming solution 15 is added with a solvent having a surface tension and a viscosity that forms a height necessary for forming the bank. The composition of this solvent varies depending on the desired bank height. Then, in the applied coating film of the bank forming solution 15, the coffee stain phenomenon occurs due to the surface energy difference between the lyophobic liquid and the lyophilic liquid, and the bank film 16 is formed. The coffee stain phenomenon is a phenomenon that occurs when a droplet in which a solute is dissolved in a solvent is dried. That is, the outer edge of the liquid film spread on the substrate, that is, the amount of evaporation at the peripheral portion is larger than that at other portions, so that the liquid flows toward the peripheral portion to compensate for it, and as a result, the peripheral portion rises after drying. This is a phenomenon in which a film is formed. Then, the bank film 16 is subjected to drying, organic matter decomposition, and crystallization treatment (see FIG. 1F). At this time, the height (thickness) of the bank film 16 was about 250 [nm]. Then, the PZT precursor solution 17 is applied in the bank by the droplet discharge head 14 (see (g) of FIG. 1). Thereafter, the coating process shown in FIG. 1G was repeated three times to obtain an electromechanical conversion film 15 having a thickness of 250 [nm], and then crystallization heat treatment (temperature 700 ° C.) was performed by RTA (rapid heat treatment). (See (h) in FIG. 1). The obtained electromechanical conversion film 18 did not have defects such as cracks.

更に、SAM処理を行い、電気機械変換膜18以外の基板11の白金電極の表面にSAM膜12を形成する(図1の(i)参照)。そして、バック形成溶液15を電気機械変換膜18に液滴吐出ヘッド14によって塗布し、電気機械変換膜18上にバンク膜16形成する(図1の(j)参照)。このバンク膜16を乾燥、有機物分解、結晶化処理を行う(図1の(k)参照)。そして、バンク内に液滴吐出ヘッド14によるPZT前駆体溶液17の塗布、溶媒乾燥、熱分解、結晶化の各々の熱処理を施すことで電気機械変換膜18が得られる(図1の(l)、(m)参照)。電気機械変換膜18が所望の膜厚となるまで図1の(j)〜(m)の工程を繰り返す(図1の(n)参照)。   Further, SAM treatment is performed to form the SAM film 12 on the surface of the platinum electrode of the substrate 11 other than the electromechanical conversion film 18 (see (i) in FIG. 1). Then, the back forming solution 15 is applied to the electromechanical conversion film 18 by the droplet discharge head 14 to form the bank film 16 on the electromechanical conversion film 18 (see (j) of FIG. 1). The bank film 16 is subjected to drying, organic matter decomposition, and crystallization treatment (see (k) in FIG. 1). Then, the electromechanical conversion film 18 is obtained by applying the PZT precursor solution 17 by the droplet discharge head 14 in the bank, heat treatment of solvent drying, thermal decomposition, and crystallization ((l) in FIG. 1). (See (m)). The steps (j) to (m) in FIG. 1 are repeated until the electromechanical conversion film 18 has a desired thickness (see (n) in FIG. 1).

また、表面改質工程、塗布工程、乾燥工程及び熱分解工程を4回繰り返した後、結晶化処理を行った。その結果、クラックなどの不良が生じることなく、PZT膜の膜厚は1000[nm]に達した。1回のPZT前駆体溶液の塗布量を定量にして塗布し、一連の工程を繰り返すことで所望の膜厚の電気機械変換膜を簡単に形成することができる。このパターン化したPZT膜に白金からなる上部電極(第2に電極)をスパッタリング成膜して電気機械変換素子を形成し、電気特性、電気−機械変換能(圧電定数)の評価を行った。その結果、図2のP(分極)−E(電界強度)のヒステリシス曲線が得られ、PZT膜の比誘電率は1220、誘電損失は0.02、残留分極は19.3[μC/cm]、抗電界は36.5[kV/cm]であり、通常のセラミック焼結体と同等の特性を持っていることがわかった。また、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。その圧電定数d31は120[pm/V]となり、こちらもセラミック焼結体と同等の値であった。この値は液体吐出ヘッドに用いる圧電素子として十分設計できうる特性値である。更に、バンクを除くバンク膜の膜厚はバンクの膜厚より薄いことが望ましい。第1の電極に接触するバック形成溶液の影響、例えば接続不良を低減できる。また、バンクの膜厚が結晶化工程後の電気機械変換膜の膜厚と略同一であることが望ましい。バンク内に塗布するPZT前駆体溶液の漏れを回避できる。 Moreover, after repeating the surface modification process, the coating process, the drying process, and the thermal decomposition process four times, a crystallization treatment was performed. As a result, the thickness of the PZT film reached 1000 [nm] without causing defects such as cracks. An electromechanical conversion film having a desired film thickness can be easily formed by applying a fixed amount of the PZT precursor solution at a time and repeating a series of steps. An electromechanical conversion element was formed by sputtering an upper electrode (second electrode) made of platinum on the patterned PZT film, and the electrical characteristics and electromechanical conversion ability (piezoelectric constant) were evaluated. As a result, a hysteresis curve of P (polarization) -E (electric field strength) in FIG. 2 is obtained. The relative permittivity of the PZT film is 1220, the dielectric loss is 0.02, and the residual polarization is 19.3 [μC / cm 2. The coercive electric field was 36.5 [kV / cm], and it was found that the coercive electric field had the same characteristics as a normal ceramic sintered body. In addition, the electromechanical conversion ability was calculated by measuring the amount of deformation by applying an electric field with a laser Doppler vibrometer and fitting it by simulation. The piezoelectric constant d31 was 120 [pm / V], which was also the same value as the ceramic sintered body. This value is a characteristic value that can be sufficiently designed as a piezoelectric element for use in a liquid discharge head. Further, it is desirable that the film thickness of the bank film excluding the bank is smaller than the film thickness of the bank. The influence of the back-forming solution that contacts the first electrode, for example, poor connection can be reduced. Further, it is desirable that the film thickness of the bank is substantially the same as the film thickness of the electromechanical conversion film after the crystallization process. Leakage of the PZT precursor solution applied in the bank can be avoided.

更に、バンク形成溶液としてPZTではなく、PT(チタン酸鉛)やPZ(ジルコン酸鉛)によることで、有機物分解や結晶化などの高温プロセスで起こる分解速度の違いによる組成変動を抑制でき、電気機械変換膜の端部における組成ズレによる耐圧低下を抑制できる。また、レーザで結晶化処理を行うことで、パターン外への熱によるダメージ、例えば熱応力の蓄積や基板の各層の拡散が低減できる。   Furthermore, by using PT (lead titanate) or PZ (lead zirconate) instead of PZT as the bank forming solution, it is possible to suppress composition fluctuations due to differences in decomposition rates that occur in high temperature processes such as organic matter decomposition and crystallization. It is possible to suppress a decrease in breakdown voltage due to a composition shift at the end of the mechanical conversion film. Further, by performing crystallization treatment with a laser, damage due to heat outside the pattern, for example, accumulation of thermal stress and diffusion of each layer of the substrate can be reduced.

図3は本実施形態の液滴吐出ヘッドを搭載した液滴吐出塗布装置の構成を示す斜視図である。本実施形態の液滴吐出ヘッド200を搭載した図3に示す液滴吐出塗布装置60によれば、架台61の上に、Y軸駆動手段62が設置してあり、その上に基板63(図1の基板11に相当する)を搭載するステージ64がY軸方向に駆動できるように設置されている。ステージ64には図示されていない真空、静電気などの吸着手段が付随して設けられており、基板63が固定されている。また、X軸支持部材65にはX軸駆動手段66が取り付けられており、これにZ軸駆動手段67上に搭載されたヘッドベース68が取り付けられており、X軸方向に移動できるようになっている。ヘッドベース68の上には液体を吐出させる液滴吐出ヘッド69が搭載されている。この液滴吐出ヘッド69には図示されていない液体タンクから供給用パイプ70を介して液体(PZT前駆体溶液)が供給される。   FIG. 3 is a perspective view showing the configuration of a droplet discharge coating apparatus equipped with the droplet discharge head of this embodiment. According to the droplet discharge coating apparatus 60 shown in FIG. 3 equipped with the droplet discharge head 200 of the present embodiment, the Y-axis driving means 62 is installed on the gantry 61, and the substrate 63 (see FIG. 1 is mounted so that it can be driven in the Y-axis direction. The stage 64 is provided with suction means such as vacuum and static electricity (not shown), and the substrate 63 is fixed. An X-axis driving means 66 is attached to the X-axis support member 65, and a head base 68 mounted on the Z-axis driving means 67 is attached to the X-axis support member 65, so that it can move in the X-axis direction. ing. A liquid droplet ejection head 69 for ejecting liquid is mounted on the head base 68. Liquid (PZT precursor solution) is supplied to the droplet discharge head 69 from a liquid tank (not shown) through a supply pipe 70.

ここで、溶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、ノルマルブトキシドジルコニウムを用いた。酢酸鉛の結晶水はメトキシエタノールに溶解後、脱水した。化学両論組成に対し鉛量を10モル%過剰にしてある。これは熱処理中のいわゆる鉛抜けによる結晶性低下を防ぐためである。イソプロポキシドチタン、ノルマルブトキシドジルコニウムをメトキシエタノールに溶解し、アルコール交換反応、エステル化反応を進め、先記の酢酸鉛を溶解したメトキシエタノール溶液と混合することでPZT前駆体溶液を合成した。このPZT濃度は0.1[mol/l]にした。   Here, the solution used was lead acetate trihydrate, isopropoxide titanium, and normal butoxide zirconium as starting materials. Crystal water of lead acetate was dissolved in methoxyethanol and then dehydrated. The lead amount is 10 mol% excess relative to the stoichiometric composition. This is to prevent crystallinity deterioration due to so-called lead loss during heat treatment. PZT precursor solution was synthesized by dissolving isopropoxide titanium and normal butoxide zirconium in methoxyethanol, proceeding with alcohol exchange reaction and esterification reaction, and mixing with methoxyethanol solution in which lead acetate was dissolved. The PZT concentration was 0.1 [mol / l].

更に、イリジウム金属、または白金膜を配置した試料で下部電極(第1の電極)を形成したところ、SAM膜12を除去した電極露出面における純水の接触角は、すべての試料において5°以下(完全濡れ)であった(図4の(a)参照)。一方、SAM膜12を配置したままの表面における純水の接触角は、すべての試料において90°程度であった(図4の(b)参照)。   Furthermore, when the lower electrode (first electrode) was formed from a sample on which an iridium metal or platinum film was disposed, the contact angle of pure water on the electrode exposed surface from which the SAM film 12 was removed was 5 ° or less in all samples. It was (completely wet) (see FIG. 4A). On the other hand, the contact angle of pure water on the surface where the SAM film 12 was placed was about 90 ° in all samples (see FIG. 4B).

図5は上記製造方法で製造した電気機械変換素子(PZT素子)を用いて構成した液滴吐出ヘッドの一構成例を示す概略構成図である。図示の例では、液室基板となるシリコン基板20上に、振動板30、密着層41及び下部電極(第1の電極)42を積層し、その下部電極(第1の電極)42上の所定部分に、上記簡便な製造方法により、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(PZT素子)43及び上部電極44をパターン化して形成することができる。その後、シリコン基板20の裏面(図中の下面)からエッチング除去工程により液室21を形成し、ノズル孔21を有するノズル板22を接合することにより、液体吐出ヘッド50を作製することができる。なお、図中には液体供給手段、流路、流体抵抗についての記述は省略した。また、図5の液滴吐出ヘッド50は、図6に示すように複数個並べるように構成することもできる。   FIG. 5 is a schematic configuration diagram showing a configuration example of a droplet discharge head configured using an electromechanical transducer (PZT element) manufactured by the above manufacturing method. In the illustrated example, a diaphragm 30, an adhesion layer 41, and a lower electrode (first electrode) 42 are stacked on a silicon substrate 20 serving as a liquid chamber substrate, and a predetermined on the lower electrode (first electrode) 42 is formed. The electromechanical conversion element (PZT element) 43 and the upper electrode 44 having the same performance as that of bulk ceramics can be patterned and formed on the portion by the simple manufacturing method described above. Thereafter, the liquid chamber 21 is formed from the back surface (the lower surface in the drawing) of the silicon substrate 20 by an etching removal process, and the nozzle plate 22 having the nozzle holes 21 is joined, whereby the liquid discharge head 50 can be manufactured. In the figure, descriptions of the liquid supply means, the flow path, and the fluid resistance are omitted. Further, a plurality of the droplet discharge heads 50 shown in FIG. 5 can be arranged as shown in FIG.

図7は上記製造方法で製造した電気機械変換素子を用いることができる液滴吐出装置の一構成例を示す概略構成図である。また、図8は、同液滴吐出装置の概略透視斜視図である。両図に示す本発明の液滴吐出装置は、上述した本発明の電気機械変換素子の製造方法によって製造された電気機械変換素子を具備する液滴吐出ヘッドを搭載している。両図に示す本発明の液滴吐出装置の一例であるインクジェット記録装置100は、主に、記録装置本体の内部に主走査方向に移動可能なキャリッジ101と、キャリッジ101に搭載した本発明を実施して製造した液滴吐出ヘッドの一例であるインクジェットヘッドからなる記録ヘッド102と、記録ヘッド102へインクを供給するインクカートリッジ103とを含んで構成される印字機構部104を有している。また、装置本体の下方部には前方側から多数枚の用紙105を積載可能な給紙カセット106を抜き差し自在に装着することができ、また用紙105を手差しで給紙するための手差しトレイ107を開倒することができ、給紙カセット106或いは手差しトレイ107から給送される用紙105を取り込み、印字機構部104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108に排紙する。   FIG. 7 is a schematic configuration diagram showing a configuration example of a droplet discharge device that can use the electromechanical conversion element manufactured by the above manufacturing method. FIG. 8 is a schematic perspective view of the droplet discharge device. The droplet discharge apparatus of the present invention shown in both figures is equipped with a droplet discharge head including the electromechanical conversion element manufactured by the above-described method for manufacturing an electromechanical conversion element of the present invention. An ink jet recording apparatus 100 as an example of the droplet discharge apparatus of the present invention shown in both figures mainly includes a carriage 101 that can move in the main scanning direction inside the recording apparatus main body, and the present invention mounted on the carriage 101. The printing mechanism unit 104 is configured to include a recording head 102 including an inkjet head, which is an example of a liquid droplet ejection head manufactured as described above, and an ink cartridge 103 that supplies ink to the recording head 102. In addition, a sheet feeding cassette 106 capable of stacking a large number of sheets 105 can be detachably attached to the lower part of the apparatus main body from the front side, and a manual feed tray 107 for manually feeding sheets 105 is provided. The paper 105 fed from the paper feed cassette 106 or the manual feed tray 107 can be taken in, and a required image is recorded by the printing mechanism 104, and then discharged to a paper discharge tray 108 mounted on the rear side. Make paper.

印字機構部104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109と従ガイドロッド110とでキャリッジ101を主走査方向に摺動自在に保持し、このキャリッジ101にはイエロー(Y)、シアン(C)、マゼンタ(M)、ブラック(Bk)の各色のインク滴を吐出する本発明に係る液滴吐出ヘッドの一例であるインクジェットヘッドからなる記録ヘッド102を複数のインク吐出口(ノズル)を主走査方向と交差する方向に配列し、インク滴吐出方向を下方に向けて装着している。また、キャリッジ101には記録ヘッド102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103を交換可能に装着している。インクカートリッジ103は上方に大気と連通する大気口、下方には記録ヘッド102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記録ヘッド102へ供給されるインクをわずかな負圧に維持している。   The printing mechanism unit 104 holds a carriage 101 slidably in the main scanning direction by a main guide rod 109 and a sub guide rod 110 which are guide members horizontally mounted on left and right side plates (not shown). (Y), cyan (C), magenta (M), and black (Bk) ink droplets are ejected from a recording head 102, which is an example of a droplet ejection head according to the present invention that ejects ink droplets of each color. Outlets (nozzles) are arranged in a direction crossing the main scanning direction, and are mounted with the ink droplet ejection direction facing downward. In addition, each ink cartridge 103 for supplying ink of each color to the recording head 102 is replaceably mounted on the carriage 101. The ink cartridge 103 has an air port that communicates with the atmosphere upward, a supply port that supplies ink to the recording head 102 below, and a porous body filled with ink inside. The ink supplied to the recording head 102 by the force is maintained at a slight negative pressure.

また、記録ヘッド102としてここでは各色のヘッドを用いているが、各色のインク滴を吐出するノズルを有する1個のヘッドでもよい。ここで、キャリッジ101は後方側(用紙搬送方向下流側)を主ガイドロッド109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110に摺動自在に載置している。そして、このキャリッジ101を主走査方向に移動走査するため、主走査モータ111で回転駆動される駆動プーリ112と従動プーリ113との間にタイミングベルト114を張装し、このタイミングベルト104をキャリッジ101に固定しており、主走査モータ111の正逆回転によりキャリッジ101が往復駆動される。   Further, although the heads of the respective colors are used here as the recording heads 102, a single head having nozzles for ejecting ink droplets of the respective colors may be used. Here, the carriage 101 is slidably fitted to the main guide rod 109 on the rear side (downstream side in the paper conveyance direction), and is slidably mounted on the sub guide rod 110 on the front side (upstream side in the paper conveyance direction). doing. In order to move and scan the carriage 101 in the main scanning direction, a timing belt 114 is stretched between a driving pulley 112 and a driven pulley 113 that are rotationally driven by a main scanning motor 111, and the timing belt 104 is moved to the carriage 101. The carriage 101 is reciprocally driven by forward and reverse rotations of the main scanning motor 111.

一方、給紙カセット106にセットした用紙105を記録ヘッド102の下方側に搬送するために、給紙カセット106から用紙105を分離給装する給紙ローラ115及びフリクションパッド116と、用紙105を案内するガイド部材117と、給紙された用紙105を反転させて搬送する搬送ローラ118と、この搬送ローラ118の周面に押し付けられる搬送コロ119及び搬送ローラ118からの用紙105の送り出し角度を規定する先端コロ120とを設けている。搬送ローラ118は副走査モータ121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101の主走査方向の移動範囲に対応して搬送ローラ118から送り出された用紙105を記録ヘッド102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122を設けている。この印写受け部材122の用紙搬送方向下流側には、用紙105を排紙方向へ送り出すために回転駆動される搬送コロ123、拍車124を設け、さらに用紙105を排紙トレイ108に送り出す排紙ローラ125及び拍車126と、排紙経路を形成するガイド部材127,128とを配設している。   On the other hand, in order to convey the paper 105 set in the paper feed cassette 106 to the lower side of the recording head 102, the paper feed roller 115 and the friction pad 116 for separating and feeding the paper 105 from the paper feed cassette 106 and the paper 105 are guided. A guide member 117 that rotates, a conveyance roller 118 that reverses and conveys the fed paper 105, a conveyance roller 119 that is pressed against the peripheral surface of the conveyance roller 118, and a feeding angle of the sheet 105 from the conveyance roller 118. A tip roller 120 is provided. The transport roller 118 is rotationally driven by a sub-scanning motor 121 through a gear train. A printing receiving member 122 is provided as a paper guide member that guides the paper 105 fed from the transport roller 118 on the lower side of the recording head 102 corresponding to the movement range of the carriage 101 in the main scanning direction. A conveyance roller 123 and a spur 124 that are rotationally driven to send the paper 105 in the paper discharge direction are provided on the downstream side of the printing receiving member 122 in the paper conveyance direction, and the paper 105 is further delivered to the paper discharge tray 108. A roller 125 and a spur 126, and guide members 127 and 128 that form a paper discharge path are disposed.

記録時には、キャリッジ101を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド102を駆動することにより、停止している用紙105にインクを吐出して1行分を記録し、用紙105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105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105を排紙する。   At the time of recording, the recording head 102 is driven in accordance with the image signal while moving the carriage 101, thereby ejecting ink onto the stopped paper 105 to record one line. Record the line. Upon receiving a recording end signal or a signal that the trailing edge of the paper 105 has reached the recording area, the recording operation is terminated and the paper 105 is discharged.

また、キャリッジ101の移動方向右端側の記録領域を外れた位置には、記録ヘッド102の吐出不良を回復するための回復装置129を配置している。回復装置129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101は印字待機中にはこの回復装置129側に移動されてキャッピング手段で記録ヘッド102をキャッピングされ、吐出口部を湿潤状態に保つことによりインク乾燥による吐出不良を防止する。また、記録途中などに記録と関係しないインクを吐出することにより、全ての吐出口のインク粘度を一定にし、安定した吐出性能を維持する。   Further, a recovery device 129 for recovering the ejection failure of the recording head 102 is disposed at a position outside the recording area on the right end side in the movement direction of the carriage 101. The recovery device 129 includes a cap unit, a suction unit, and a cleaning unit. The carriage 101 is moved to the recovery device 129 side during printing standby, and the recording head 102 is capped by the capping means, and the ejection port portion is kept in a wet state to prevent ejection failure due to ink drying. Further, by ejecting ink that is not related to recording during recording or the like, the ink viscosity of all the ejection ports is made constant and stable ejection performance is maintained.

以上に説明したものは一例であり、本発明は、次の態様毎に特有の効果を奏する。
(態様A)
塗布溶液の組成と同じであって溶媒が異なるバンク膜形成溶液を第1の電極上の所定部分に塗布し、バンク膜形成溶液がコーヒーステイン現象により第1の電極上の所定部分の周縁に向かって流れて該周縁で盛り上がり第1の電極上の所定部分を囲むようにバンク膜を形成するバンク膜形成工程と、該バンク膜を乾燥させて所定部分の周縁にバンクを形成するバンク形成工程とを有し、溶液塗布工程及びバンク形成工程を行い、形成されたバンクで囲まれた内側に塗布液を塗布し、乾燥工程及び結晶化工程を行って電気機械変換膜を製造する。これによれば、上記実施形態について説明したように、PZT前駆体溶液の成分の一部を含有するバンク形成溶液15を液滴吐出ヘッド14により基板11の第1の電極上の所定部分に選択的に塗布することで、当該所定部分の周縁にバンク膜16を形成し、そして乾燥させてバンクを形成する。そして、このバンクで囲まれた当該所定部分に、電気機械変換膜を形成するための原料を含むPZT前駆体溶液17の液滴を液滴吐出ヘッド14のノズルから吐出させて塗布する。これにより、PZT前駆体溶液17はバンクで濡れ広がりを押さえられ基板11の第1の電極上の所定部部分のみに塗布されることになる。よって、所望パターンの電気機械変換膜を形成することができる。
(態様B)
(態様A)において、塗布工程を繰り返し、所望の膜厚の電気機械変換膜を形成する。これによれば、上記実施形態について説明したように、基板11の第1の電極上に塗布されたPZT前駆体溶液17はバンク膜16で囲まれた所定部分以外に濡れ広がらないため所定の膜厚が得られる。その後数回塗布工程を繰り返すことで所望の膜厚となる。これにより、塗布工程における塗布量を定量化することで、塗布工程の繰返し回数によって簡単に所望の膜圧の電気機械膜を形成することができる。
(態様C)
(態様A)において、バンクを除くバンク膜の膜厚はバンクの膜厚より薄い。これによれば、上記実施形態について説明したように、第1の電極に接触するバック形成溶液15の影響、例えば接続不良を低減できる。
(態様D)
(態様A)〜(態様C)のいずれかにおいて、バンクの膜厚が結晶化工程後の電気機械変換膜の膜厚と略同一である。これによれば、上記実施形態について説明したように、バンク内に塗布するPZT前駆体溶液17の漏れを回避できる。
(態様E)
(態様A)〜(態様D)のいずれかにおいて、塗布液及びバンク膜形成溶液は液滴吐出方式又はディスペンサ方式により塗布される。これによれば、上記実施形態について説明したように、液滴吐出ヘッド14を用いてバンク形成溶液15及びPZT前駆体溶液17の塗布量を定量化する。これにより、簡単に所望の膜圧の電気機械膜を形成することができる。
(態様F)
(態様A)〜(態様E)のいずれかの電気機械変換膜の製造方法により、第1の電極上に所定膜厚の電気機械変換膜を形成した後、その第1の電極上に形成した電気機械変換膜を挟むように第2の電極を配置する第2電極配置工程を有する。これによれば、上記実施形態について説明したように、第1の電極上に所定膜厚のパターン化した電気機械変換膜を形成した後、その第1の電極上に形成した電気機械変換膜を挟むように第2の電極を配置することにより、高品質の電気機械変換素子を製造できる。
(態様G)
(態様F)の電気機械変換素子の製造方法によって電気機械変換素子が製造される。これによれば、上記実施形態について説明したように、高品質の電気機械変換素子を製造できる。
(態様H)
(態様G)の電気機械変換素子を備えている。これによれば、上記実施形態について説明したように、高品質の液滴吐出ヘッドを製造できる。
(態様I)
(態様H)の液滴吐出ヘッドを備えている。これによれば、上記実施形態について説明したように、吐出不良を防止し、安定した吐出性能を維持できる液滴吐出装置を提供できる。
What has been described above is merely an example, and the present invention has a specific effect for each of the following modes.
(Aspect A)
A bank film forming solution having the same composition as that of the coating solution but having a different solvent is applied to a predetermined portion on the first electrode, and the bank film forming solution is directed toward the periphery of the predetermined portion on the first electrode by the coffee stain phenomenon. A bank film forming step of forming a bank film so as to flow and flow up at the periphery and surround a predetermined portion on the first electrode; and a bank formation step of drying the bank film to form a bank on the periphery of the predetermined portion; The solution applying step and the bank forming step are performed, the coating solution is applied to the inner side surrounded by the formed bank, the drying step and the crystallization step are performed, and the electromechanical conversion film is manufactured. According to this, as described in the above embodiment, the bank forming solution 15 containing a part of the components of the PZT precursor solution is selected as a predetermined portion on the first electrode of the substrate 11 by the droplet discharge head 14. The bank film 16 is formed on the peripheral edge of the predetermined portion by applying it, and dried to form a bank. Then, droplets of the PZT precursor solution 17 containing the raw material for forming the electromechanical conversion film are ejected from the nozzles of the droplet ejection head 14 and applied to the predetermined portion surrounded by the bank. As a result, the PZT precursor solution 17 is applied to only a predetermined portion on the first electrode of the substrate 11 while the wetting and spreading is suppressed by the bank. Therefore, an electromechanical conversion film having a desired pattern can be formed.
(Aspect B)
In (Aspect A), the coating process is repeated to form an electromechanical conversion film having a desired film thickness. According to this, as described in the above embodiment, the PZT precursor solution 17 applied on the first electrode of the substrate 11 does not wet and spread except for a predetermined portion surrounded by the bank film 16, so that the predetermined film Thickness is obtained. Thereafter, the coating process is repeated several times to obtain a desired film thickness. Thereby, by quantifying the coating amount in the coating process, an electromechanical film having a desired film pressure can be easily formed by the number of repetitions of the coating process.
(Aspect C)
In (Aspect A), the film thickness of the bank film excluding the bank is smaller than the film thickness of the bank. According to this, as described in the above embodiment, the influence of the back forming solution 15 in contact with the first electrode, for example, connection failure can be reduced.
(Aspect D)
In any one of (Aspect A) to (Aspect C), the thickness of the bank is substantially the same as the thickness of the electromechanical conversion film after the crystallization step. According to this, as described in the above embodiment, the leakage of the PZT precursor solution 17 applied in the bank can be avoided.
(Aspect E)
In any one of (Aspect A) to (Aspect D), the coating solution and the bank film forming solution are applied by a droplet discharge method or a dispenser method. According to this, as described in the above embodiment, the application amounts of the bank forming solution 15 and the PZT precursor solution 17 are quantified using the droplet discharge head 14. Thereby, an electromechanical film having a desired film pressure can be easily formed.
(Aspect F)
After the electromechanical conversion film having a predetermined thickness was formed on the first electrode by the method for manufacturing the electromechanical conversion film according to any one of (Aspect A) to (Espect E), the electromechanical conversion film was formed on the first electrode. A second electrode arranging step of arranging the second electrode so as to sandwich the electromechanical conversion film; According to this, as described in the above embodiment, after forming the electromechanical conversion film having a predetermined thickness on the first electrode, the electromechanical conversion film formed on the first electrode By disposing the second electrode so as to be sandwiched, a high-quality electromechanical transducer can be manufactured.
(Aspect G)
An electromechanical transducer is produced by the method for producing an electromechanical transducer of (Aspect F). According to this, as explained about the above-mentioned embodiment, a high quality electromechanical transducer can be manufactured.
(Aspect H)
The electromechanical transducer of (Aspect G) is provided. According to this, as described in the above embodiment, a high-quality liquid droplet ejection head can be manufactured.
(Aspect I)
The droplet discharge head of (Aspect H) is provided. According to this, as described in the above embodiment, it is possible to provide a droplet discharge device that can prevent discharge failure and maintain stable discharge performance.

11 基板
12 SAM膜
13 フォトレジスト
14 液滴吐出ヘッド
15 バンク形成溶液
16 バンク膜
17 PZT前駆体溶液
18 電気機械変換膜
100 インクジェット記録装置
11 Substrate 12 SAM Film 13 Photoresist 14 Droplet Discharge Head 15 Bank Formation Solution 16 Bank Film 17 PZT Precursor Solution 18 Electromechanical Conversion Film 100 Inkjet Recording Device

特開2008−187302号公報JP 2008-187302 A

K.D.Budd, S.K.Dey and D.A.Payne,Proc.Brit.Ceram.Soc.36,107(1985)K. D. Budd, S.M. K. Day and D.D. A. Payne, Proc. Brit. Ceram. Soc. 36, 107 (1985) A.Kumar and G.M.Whitesides, Appl.Phys.Lett.,63,2002(1993)A. Kumar and G.K. M.M. Whitesides, Appl. Phys. Lett. 63, 2002 (1993)

Claims (9)

(届出書の請求項1、5)
電気機械変換膜を形成するための原料を含む塗布液を第1の電極上の所定部分に選択的に塗布する塗布工程と、前記第1の電極上に塗布した塗布液の膜を乾燥させる乾燥工程と、前記乾燥させた塗布液の膜を熱分解して結晶化させる結晶化工程とを有する電気機械変換膜の製造方法において、
前記塗布工程は、前記塗布溶液の成分の一部を含んでいるバンク膜形成溶液を第1の電極上の所定部分に塗布し、前記バンク膜形成溶液がコーヒーステイン現象により第1の電極上の所定部分の周縁に向かって流れて該周縁で盛り上がり第1の電極上の所定部分を囲むようにバンク膜を形成するバンク膜形成工程と、該バンク膜を乾燥させて前記所定部分の周縁に沿ってバンクを形成するバンク形成工程とを有し、
前記溶液塗布工程及び前記バンク形成工程を行い、形成された前記バンクで囲まれた内側に前記塗布液を塗布し、前記乾燥工程及び前記結晶化工程を行って前記電気機械変換膜を製造することを特徴とする電気機械変換膜の製造方法。
(Claims 1 and 5 on the notification form)
A coating step of selectively applying a coating liquid containing a raw material for forming an electromechanical conversion film to a predetermined portion on the first electrode, and drying for drying the film of the coating liquid coated on the first electrode In a method for producing an electromechanical conversion film, comprising: a step; and a crystallization step of thermally decomposing and crystallizing the dried coating solution film,
In the coating step, a bank film forming solution containing a part of the components of the coating solution is applied to a predetermined portion on the first electrode, and the bank film forming solution is applied to the first electrode by a coffee stain phenomenon. A bank film forming step of forming a bank film so as to flow toward the periphery of the predetermined portion and rise at the periphery and surround the predetermined portion on the first electrode; and drying the bank film along the periphery of the predetermined portion A bank forming step of forming a bank
Performing the solution coating step and the bank forming step, applying the coating solution to the inside surrounded by the formed bank, and performing the drying step and the crystallization step to manufacture the electromechanical conversion film. A method for producing an electromechanical conversion film characterized by
(届出書の請求項1)
請求項1記載の電気機械変換膜の製造方法において、
前記塗布工程を繰り返し、所望の膜厚の前記電気機械変換膜を製造することを特徴とする電気機械変換膜の製造方法。
(Claim 1 of the notification form)
In the manufacturing method of the electromechanical conversion film according to claim 1,
The method of manufacturing an electromechanical conversion film, wherein the coating process is repeated to manufacture the electromechanical conversion film having a desired film thickness.
(届出書の請求項2)
請求項1記載の電気機械変換膜の製造方法において、
前記バンクを除く前記バンク膜の膜厚は、前記バンクの膜厚より薄いことを特徴とする電気機械変換膜の製造方法。
(Claim 2 of the notification form)
In the manufacturing method of the electromechanical conversion film according to claim 1,
The method of manufacturing an electromechanical conversion film, wherein a thickness of the bank film excluding the bank is smaller than a thickness of the bank.
(届出書の請求項3)
請求項1〜3のいずれかに記載の電気機械変換膜の製造方法において、
前記バンクの膜厚が前記結晶化工程後の前記電気機械変換膜の膜厚と略同一であることを特徴とする電気機械変換膜の製造方法。
(Claim 3 of the notification form)
In the manufacturing method of the electromechanical conversion film according to any one of claims 1 to 3,
The method of manufacturing an electromechanical conversion film, wherein the bank has a film thickness substantially the same as the film thickness of the electromechanical conversion film after the crystallization step.
(届出書の請求項6)
請求項1〜4のいずれかに記載の電気機械変換膜の製造方法において、
前記塗布液及び前記バンク膜形成溶液は、液滴吐出方式又はディスペンサ方式により塗布されることを特徴とする電気機械変換膜の製造方法。
(Claim 6 of the notification form)
In the manufacturing method of the electromechanical conversion film according to any one of claims 1 to 4,
The method for producing an electromechanical conversion film, wherein the coating solution and the bank film forming solution are applied by a droplet discharge method or a dispenser method.
電気機械変換素子の製造方法であって、
請求項1〜5のいずれかに記載の電気機械変換膜の製造方法により、前記第1の電極上に所定膜厚の電気機械変換膜を形成した後、その第1の電極上に形成した電気機械変換膜を挟むように第2の電極を配置する第2電極配置工程を有することを特徴とする電気機械変換素子の製造方法。
A method for manufacturing an electromechanical transducer, comprising:
An electromechanical conversion film having a predetermined thickness is formed on the first electrode by the method for manufacturing an electromechanical conversion film according to any one of claims 1 to 5, and then the electric formed on the first electrode. A method of manufacturing an electromechanical conversion element, comprising a second electrode arrangement step of arranging a second electrode so as to sandwich a mechanical conversion film.
請求項6記載の電気機械変換素子の製造方法によって製造されたことを特徴とする電気機械変換素子。   An electromechanical transducer produced by the method for producing an electromechanical transducer according to claim 6. (届出書の請求項8)
請求項7の電気機械変換素子を備えたことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
(Claim 8 of the notification form)
A droplet discharge head comprising the electromechanical conversion element according to claim 7.
(届出書の請求項9)
請求項8の液滴吐出ヘッドを備えたことを特徴とする液滴吐出装置。

(発明者の方へコメント:第1、第2の電極を有する上記請求項6、7の電気機械変換素子が液滴吐出ヘッドに備わっておりますので、電気機械変換素子をクレーム化しました。そして、発明届出書の請求項4、請求項7は、クレーム化した他の請求項に比較し技術的意義を見出せないため、また貴社明細書ガイドラインの総請求項数を10項以内とする原則に伴い、クレーム化しておりませんが、クレーム化するならばご指示願います。)
(Claim 9 of the notification form)
A droplet discharge apparatus comprising the droplet discharge head according to claim 8.

(Comment to the inventor: The electromechanical conversion element according to claims 6 and 7 having the first and second electrodes is provided in the droplet discharge head, so the electromechanical conversion element was claimed. In addition, claims 4 and 7 of the Invention Notification Form cannot be found technically in comparison to other claims that have been claimed, and the principle that the total number of claims in your company specification guidelines is 10 or less. (Please note that if you make a claim, please indicate.)
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