JP5541129B2 - Inkjet device - Google Patents
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Description
本発明は、インクジェットヘッドから被記録体へインクを吐出して記録を行うインクジェット装置及び画像形成装置、並びにインクジェット装置の製造方法に関する。 The present invention relates to an inkjet apparatus and an image forming apparatus that perform recording by discharging ink from an inkjet head to a recording medium, and a method for manufacturing the inkjet apparatus.
画像形成手段として、インク液滴を吐出し、記録媒体上に着弾させることにより画像パターンを形成するインクジェット装置がある。インクジェット装置におけるインク液滴の吐出方式としては、圧電材料などからなる電気−機械変換素子（以下、圧電素子とも表記する）の変形によりインクに圧力を発生させ、発生した圧力によりインク液滴の吐出エネルギーを得る、いわゆるピエゾ方式が知られている。また、ここで用いられる電気−機械変換素子の形態の一つに、弾性変形可能な基板上に膜状の圧電素子を形成する、薄膜型と呼ばれるものがある。 As an image forming unit, there is an ink jet apparatus that forms an image pattern by ejecting ink droplets and landing them on a recording medium. As an ink droplet ejection method in an ink jet apparatus, pressure is generated in ink by deformation of an electro-mechanical conversion element (hereinafter also referred to as a piezoelectric element) made of a piezoelectric material or the like, and ink droplets are ejected by the generated pressure. A so-called piezo method for obtaining energy is known. Further, as one of the electro-mechanical conversion elements used here, there is a so-called thin film type in which a film-like piezoelectric element is formed on an elastically deformable substrate.
圧電素子を膜状に形成する方法は種々提案されているが、その中で化学溶液堆積法（以下、ＣＳＤと表記）と呼ばれる手法がある。これは、圧電材料を含む溶液（以下、ＣＳＤ液と表記）を基板上に塗布し、これを焼結することにより圧電素子膜を形成するものであるが、他の方式と比較して低温度で均一な膜が得られ、また溶液から成膜するため基板との密着性に優れるという特徴がある。さらに、ＣＳＤにてインクジェット装置に好適な素子形状を得る方法は、基板の全面に一様な圧電素子膜を形成したのち不要部分を除去する方式と、当初より必要部分のみ選択的に圧電素子膜を形成する方式とに大別される。後者のうち、圧電素子膜の塗布にインクジェット装置を利用するものがインクジェットパターニングであり、これには前者と比較して、圧電素子膜形成に供するＣＳＤ液が必要最小限で済むという利点がある。 Various methods for forming a piezoelectric element into a film shape have been proposed. Among them, there is a method called a chemical solution deposition method (hereinafter referred to as CSD). In this method, a piezoelectric element film is formed by applying a solution containing a piezoelectric material (hereinafter referred to as a CSD solution) onto a substrate and sintering the solution. A uniform film can be obtained, and since the film is formed from a solution, it has excellent characteristics of adhesion to the substrate. Furthermore, a method for obtaining an element shape suitable for an ink jet apparatus by CSD is a method in which a uniform piezoelectric element film is formed on the entire surface of a substrate and then unnecessary portions are removed, and only a necessary portion is selectively selected from the beginning. It is divided roughly into the method of forming. Among the latter, an ink jet patterning that uses an ink jet device for applying a piezoelectric element film is an ink jet patterning, which has an advantage that a CSD liquid used for forming a piezoelectric element film is minimally necessary as compared with the former.
特許文献１は、下層が親水性の膜、上層が撥水性の膜から構成されたバンク層の中に、インクジェットパターニングによりＣＳＤ液を塗布して圧電素子膜を形成している。
しかしながら、特許文献１の方法では、ＣＳＤ液が撥水性の上層に達したときに、ＣＳＤ液の乾燥過程で端部が盛り上がるコーヒーステイン現象が起きるので、厚さが均一な圧電素子膜を得ることができない。
In Patent Document 1, a piezoelectric element film is formed by applying a CSD solution by inkjet patterning in a bank layer composed of a hydrophilic film in the lower layer and a water-repellent film in the upper layer.
However, in the method of Patent Document 1, when the CSD liquid reaches the upper layer of water repellency, a coffee stain phenomenon occurs in which the end portion swells during the drying process of the CSD liquid, so that a piezoelectric element film having a uniform thickness is obtained. I can't.
本発明は、以上の従来技術における問題に鑑みてなされたものであり、コーヒーステイン現象を起こさずに、厚さが均一な圧電素子膜を有するインクジェット装置及び画像形成装置、並びにインクジェット装置の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems in the prior art, and includes an inkjet apparatus and an image forming apparatus having a piezoelectric element film having a uniform thickness without causing a coffee stain phenomenon, and a method for manufacturing the inkjet apparatus. The purpose is to provide.
上記課題を解決するために本発明に係るインクジェット装置及び画像形成装置、並びにインクジェット装置の製造方法は、具体的には下記（Ｉ）〜（VII）に記載の技術的特徴を有する。
（Ｉ）：基板と、該基板上に設けられた電極と、該電極上に設けられた突起部及び電気−機械変換膜と、を含む積層構成を有し、前記電気−機械変換膜の変形によりインクを吐出するインクジェット装置であって、前記電気−機械変換膜は、前記電極表面または前記突起部表面を部分的に表面改質する工程（１）と、前記電極上に化学溶液堆積法液をインクジェット方式により部分的に塗布する工程（２）と、当該部分的に塗布された化学溶液堆積法液を乾燥・熱分解・結晶化する工程（３）とにより、或いはさらに、前記工程（２）及び前記工程（３）を繰り返す工程（４）とにより、形成されてなり、前記突起部は、絶縁材料からなると共に何れの面も親水性であり、且つ、前記化学溶液堆積法液を塗布する塗工箇所を囲繞するように形成されてなり、前記突起部の基板と反対側の面は、撥水膜が形成されてなり、前記突起部の囲繞方向に対する垂直方向断面における当該突起部の形状は、前記基板と反対側の面の幅が、前記基板側の面の幅よりも長い形状であり、前記工程（２）は、前記突起部の囲繞内面に接するように前記化学溶液堆積法液を塗布することを特徴とするインクジェット装置である。
（II）：前記突起部は、多層構成であることを特徴とする上記（Ｉ）に記載のインクジェット装置である。
（III）：前記突起部の囲繞方向に対する垂直方向断面における当該突起部の高さは、前記電気−機械変換膜の膜厚よりも高いことを特徴とする上記（Ｉ）または（II）に記載のインクジェット装置である。
（IV）：前記突起部の囲繞方向に対する垂直方向断面における、当該突起部の高さに対する当該突起部の前記基板側の面の幅の比率（幅／高さ）は、０．８以上であることを特徴とする上記（Ｉ）乃至（III）のいずれか１項に記載のインクジェット装置である。
（Ｖ）：前記電気−機械変換膜の前記突起部の囲繞方向に対する垂直方向断面における前記基板と反対側の面の幅は、当該突起部の前記基板と反対側の面の幅よりも広いことを特徴とする上記（Ｉ）乃至（IV）のいずれか１項に記載のインクジェット装置である。
（VI）：基板と、該基板上に設けられた電極と、該電極上に設けられた突起部及び電気−機械変換膜と、を含む積層構成を有し、前記電気−機械変換膜の変形によりインクを吐出するインクジェット装置の製造方法であって、前記電気−機械変換膜は、前記電極表面または前記突起部表面を部分的に表面改質する工程（１）と、前記電極上に化学溶液堆積法液をインクジェット方式により部分的に塗布する工程（２）と、当該部分的に塗布された化学溶液堆積法液を乾燥・熱分解・結晶化する工程（３）とにより、或いはさらに、前記工程（２）及び前記工程（３）を繰り返す工程（４）とにより、形成されてなり、前記突起部は、絶縁材料からなると共に何れの面も親水性であり、且つ、前記化学溶液堆積法液を塗布する塗工箇所を囲繞するように形成されてなり、前記突起部の基板と反対側の面は、撥水膜が形成されてなり、前記突起部の囲繞方向に対する垂直方向断面における当該突起部の形状は、前記基板と反対側の面の幅が、前記基板側の面の幅よりも長い形状であり、前記工程（２）は、前記突起部の囲繞内面に接するように前記化学溶液堆積法液を塗布することを特徴とするインクジェット装置の製造方法である。
（VII）：上記（Ｉ）乃至（Ｖ）のいずれか１項に記載のインクジェット装置を搭載したことを特徴とする画像形成装置である。
In order to solve the above-described problems, the ink jet apparatus, the image forming apparatus, and the method for manufacturing the ink jet apparatus according to the present invention specifically have the technical features described in the following (I) to (VII).
(I): a layered structure including a substrate, an electrode provided on the substrate, a protrusion and an electro-mechanical conversion film provided on the electrode, and deformation of the electro-mechanical conversion film The electro-mechanical conversion film includes a step (1) of partially modifying the surface of the electrode or the surface of the protrusion, and a chemical solution deposition method liquid on the electrode. Or a step (2) of partially applying the ink by an inkjet method and a step (3) of drying, pyrolyzing, and crystallizing the partially applied chemical solution deposition method liquid, or in addition, the step (2) ) And the step (4) repeating the step (3), the protrusions are made of an insulating material, both surfaces are hydrophilic, and the chemical solution deposition solution is applied. Shaped to surround the coating location The surface of the projection opposite to the substrate is formed with a water-repellent film, and the shape of the projection in the cross section perpendicular to the surrounding direction of the projection is the surface opposite to the substrate. And the step (2) applies the chemical solution deposition method so as to be in contact with the inner surface of the protrusion. Device.
(II): In the ink jet apparatus according to (I), the protrusion has a multilayer structure.
(III): The height of the projection in the cross section perpendicular to the surrounding direction of the projection is higher than the film thickness of the electro-mechanical conversion film, described in (I) or (II) above Inkjet apparatus.
(IV): The ratio (width / height) of the width of the projection-side surface to the height of the projection in the cross section in the direction perpendicular to the surrounding direction of the projection is 0.8 or more. The inkjet apparatus according to any one of (I) to (III) above.
(V): The width of the surface of the electro-mechanical conversion film on the side opposite to the substrate in the cross section perpendicular to the surrounding direction of the protrusion is wider than the width of the surface of the protrusion opposite to the substrate. The inkjet apparatus according to any one of (I) to (IV) above.
(VI): a layered structure including a substrate, an electrode provided on the substrate, a protrusion and an electro-mechanical conversion film provided on the electrode, and the deformation of the electro-mechanical conversion film A method of manufacturing an ink jet apparatus that discharges ink according to claim 1, wherein the electro-mechanical conversion film includes a step (1) of partially modifying the surface of the electrode or the surface of the protrusion, and a chemical solution on the electrode. A step (2) of partially applying a deposition method liquid by an ink jet method, and a step (3) of drying, pyrolyzing and crystallizing the partially applied chemical solution deposition method liquid, or The step (2) and the step (4) that repeats the step (3) are formed, the protrusions are made of an insulating material, and both surfaces are hydrophilic, and the chemical solution deposition method is used. Surround the coating area where the liquid is applied The surface of the protrusion opposite to the substrate is formed with a water repellent film, and the shape of the protrusion in the cross section perpendicular to the surrounding direction of the protrusion is opposite to the substrate. The width of the surface on the side is longer than the width of the surface on the substrate side, and the step (2) applies the chemical solution deposition method solution so as to contact the surrounding inner surface of the protrusion. This is a method for manufacturing an inkjet apparatus.
(VII): An image forming apparatus comprising the ink jet apparatus according to any one of (I) to (V).
本発明によれば、圧電素子膜の厚さが均一なインクジェット装置及びインクジェット装置の製造方法を提供することができ、また、高い印刷品質の画像形成装置を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the manufacturing method of an inkjet apparatus and an inkjet apparatus with the uniform thickness of a piezoelectric element film | membrane can be provided, and an image forming apparatus of high print quality can be provided.
本発明に係るインクジェット装置は、基板と、該基板上に設けられた電極と、該電極上に設けられた突起部及び電気−機械変換膜と、を含む積層構成を有し、前記電気−機械変換膜の変形によりインクを吐出するインクジェット装置であって、前記電気−機械変換膜は、前記電極表面または前記突起部表面を部分的に表面改質する工程（１）と、前記電極上に化学溶液堆積法液をインクジェット方式により部分的に塗布する工程（２）と、当該部分的に塗布された化学溶液堆積法液を乾燥・熱分解・結晶化する工程（３）とにより、或いはさらに、前記工程（２）及び前記工程（３）を繰り返す工程（４）とにより、形成されてなり、前記突起部は、絶縁材料からなると共に何れの面も親水性であり、且つ、前記化学溶液堆積法液を塗布する塗工箇所を囲繞するように形成されてなり、前記突起部の基板と反対側の面は、撥水膜が形成されてなり、前記突起部の囲繞方向に対する垂直方向断面における当該突起部の形状は、前記基板と反対側の面の幅が、前記基板側の面の幅よりも長い形状であり、前記工程（２）は、前記突起部の囲繞内面に接するように前記化学溶液堆積法液を塗布することを特徴とする。
次に、本発明に係るインクジェット装置についてさらに詳細に説明する。
尚、以下に述べる実施の形態は、本発明の好適な実施の形態であるから技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は以下の説明において本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。
An inkjet apparatus according to the present invention has a laminated structure including a substrate, an electrode provided on the substrate, a protrusion and an electro-mechanical conversion film provided on the electrode, and the electro-mechanical device. An ink jet apparatus that ejects ink by deformation of a conversion film, wherein the electro-mechanical conversion film includes a step (1) of partially modifying the surface of the electrode or the surface of the protrusion, and a chemical on the electrode. A step (2) of partially applying the solution deposition method liquid by an ink jet method, and a step (3) of drying, pyrolyzing and crystallizing the partially applied chemical solution deposition method solution, or The step (2) and the step (4) of repeating the step (3) are formed, the protrusions are made of an insulating material, both surfaces are hydrophilic, and the chemical solution deposition is performed. Apply method solution It is formed so as to surround the work place, the surface of the protrusion opposite to the substrate is formed with a water repellent film, and the shape of the protrusion in the cross section perpendicular to the surrounding direction of the protrusion is The width of the surface opposite to the substrate is longer than the width of the surface on the substrate side, and in the step (2), the chemical solution deposition method liquid is applied so as to contact the surrounding inner surface of the protrusion. It is characterized by applying.
Next, the ink jet apparatus according to the present invention will be described in more detail.
Although the embodiments described below are preferred embodiments of the present invention, various technically preferable limitations are attached thereto, but the scope of the present invention is intended to limit the present invention in the following description. Unless otherwise described, the present invention is not limited to these embodiments.
図１は、本発明に係るインクジェット装置の一実施の形態における構成を示す斜視図である。図２は、本発明のインクジェット装置の形成工程を表す断面図である。
図１、図２を用いて、本発明のインクジェット装置について説明する。
FIG. 1 is a perspective view showing the configuration of an ink jet apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a forming process of the ink jet device of the present invention.
The ink jet apparatus of the present invention will be described with reference to FIGS.
本発明のインクジェット装置は、上部電極１０３、電気−機械変換膜１０２、下部電極（基板１０５上に設けられた電極）１０４から構成される電気−機械変換素子１０６、電気−機械変換膜１０２の原液である化学溶液堆積法（以下、ＣＳＤと称する。）液を塗布する塗工箇所の周囲を囲むように（塗工箇所を囲繞するように）形成された突起部１０１、電気−機械変換素子１０６を形成するための土台となる基板１０５から構成されている。ＣＳＤ液は、金属酸化物前駆体の固形分と金属酸化物前駆体溶液とを混合したものである。 The ink jet apparatus according to the present invention includes an upper electrode 103, an electro-mechanical conversion film 102, an electro-mechanical conversion element 106 composed of a lower electrode (an electrode provided on the substrate 105) 104, and a stock solution of the electro-mechanical conversion film 102. A protrusion 101 formed so as to surround the periphery of the coating portion to which the chemical solution deposition method (hereinafter referred to as CSD) solution is applied (so as to surround the coating portion), and the electromechanical conversion element 106 It is comprised from the board | substrate 105 used as the foundation for forming. The CSD liquid is a mixture of a solid content of a metal oxide precursor and a metal oxide precursor solution.
図２の（ａ）は、電気−機械変換素子１０６を形成するための土台となるシリコンなどから成る基板１０５上に、電気−機械変換膜１０２に電圧を印加するための下部電極１０４を成膜し、さらに、その上に、後に電気−機械変換膜１０２の原液であるＣＳＤ液を塗布する塗工箇所の周囲を囲むように（囲繞するように）形成される突起部１０１となる突起部素材１００を成膜している。突起部素材１００の材質は、アルミナやＳｉＯ２などの親水性の絶縁体である。親水性である理由は、突起部１０１の内側の側面にＣＳＤ液をムラなく塗布するためである。また、絶縁体である理由は、突起部１０１が、上部電極１０３と下部電極１０４間のショート（短絡）を防止する絶縁膜としての機能を兼ねるためである。 In FIG. 2A, a lower electrode 104 for applying a voltage to the electro-mechanical conversion film 102 is formed on a substrate 105 made of silicon or the like as a base for forming the electro-mechanical conversion element 106. Furthermore, a protrusion material that becomes a protrusion 101 formed on the periphery of the coating portion to be coated with a CSD solution that is a raw solution of the electro-mechanical conversion film 102 later (to be surrounded). 100 is deposited. The material of the protrusion material 100 is a hydrophilic insulator such as alumina or SiO 2 . The reason why it is hydrophilic is to apply the CSD solution uniformly to the inner side surface of the protrusion 101. In addition, the reason for being an insulator is that the protruding portion 101 also functions as an insulating film that prevents a short circuit between the upper electrode 103 and the lower electrode 104.
次に（ｂ）では、電気−機械変換膜１０２の原液であるＣＳＤ液を塗布する塗工箇所の周囲を囲むように形成された突起部１０１を、ドライエッチングによるフォトリソグラフィー法により、オーバーエッチング処理することで、突起部１０１の上面（基板１０５と反対側）の幅が下面（基板１０５側）の幅よりも長い形状に形成している。
尚、以下において突起部１０１の上面とは、当該突起部１０１の囲繞方向に対する垂直方向断面における基板１０５と反対側の面を意味し、突起部１０１の下面とは、当該突起部１０１の囲繞方向に対する垂直方向断面における基板１０５側の面を意味する。
Next, in (b), the protrusion 101 formed so as to surround the periphery of the coating portion to which the CSD solution that is the stock solution of the electromechanical conversion film 102 is applied is overetched by a photolithography method using dry etching. Thus, the width of the upper surface (opposite side of the substrate 105) of the protrusion 101 is formed to be longer than the width of the lower surface (substrate 105 side).
In the following description, the upper surface of the protruding portion 101 means a surface opposite to the substrate 105 in a cross section perpendicular to the surrounding direction of the protruding portion 101, and the lower surface of the protruding portion 101 means the surrounding direction of the protruding portion 101. It means the surface on the substrate 105 side in the vertical cross section relative to.
次に（ｃ）では、（ｂ）で形成した突起部１０１の上面に撥水膜１０９を形成している（工程１）。撥水膜１０９は、ドデカンチオール等のチオール基の溶剤やテトラヒドロデシルトリエトキシシラン等のシランカップリング剤などで形成する。
一般的に、撥水膜と親水膜が連続している膜上の、撥水膜と親水膜の境目に液滴が塗布されると、表面張力により撥水膜側から親水膜側へ液滴が移動することが知られている。
従って、突起部１０１または下部電極１０４を、親水処理または撥水処理の表面改質を行うことで撥水膜側から親水膜側への液滴の移動を促し、後述する電気−機械変換膜１０２の原液であるＣＳＤ液１０８を所望の位置に塗布せしめることができる。
なお、本実施の形態における表面改質では、突起部１０１の上面を撥水処理する表面改質を行ったが、本発明では下部電極１０４を親水処理する表面改質を行う等、電気−機械変換膜１０２の原液であるＣＳＤ液１０８を所望の位置に塗布せしめることができる限り表面改質の態様に制限はない。
Next, in (c), a water repellent film 109 is formed on the upper surface of the protrusion 101 formed in (b) (step 1). The water repellent film 109 is formed of a thiol group solvent such as dodecane thiol or a silane coupling agent such as tetrahydrodecyltriethoxysilane.
In general, when a droplet is applied to the boundary between a water-repellent film and a hydrophilic film on a film where the water-repellent film and the hydrophilic film are continuous, the liquid droplets are transferred from the water-repellent film side to the hydrophilic film side due to surface tension. Is known to move.
Accordingly, the surface of the protrusion 101 or the lower electrode 104 is modified by hydrophilic treatment or water repellent treatment to promote the movement of droplets from the water repellent film side to the hydrophilic film side, and an electro-mechanical conversion film 102 to be described later. The CSD solution 108, which is a stock solution, can be applied to a desired position.
In the surface modification in the present embodiment, the surface modification is performed by performing the water repellent treatment on the upper surface of the protruding portion 101. However, in the present invention, the surface modification by performing the hydrophilic treatment on the lower electrode 104 is performed. As long as the CSD solution 108 which is the stock solution of the conversion film 102 can be applied to a desired position, there is no limitation on the surface modification mode.
次に（ｄ）では、電気−機械変換膜１０２の原液であるＣＳＤ液１０８を塗布する塗工箇所の周囲を囲むように形成された突起部１０１の内側の側面（囲繞内面）に接するように、ＣＳＤ液１０８をインクジェットヘッド１０７で塗布している。（ｃ）で撥水膜を設けた理由は、ＣＳＤ液１０８が突起部１０１の上面と側面の境目に塗布されても、突起部１０１の上面に撥水膜が形成されていることで、突起部１０１の親水面である内側にＣＳＤ液１０８が流れ込み、任意の場所にＣＳＤ液１０８を配置できるからである。
即ち、表面改質された突起部１０１を有する下部電極１０４上にＣＳＤ液をインクジェット方式により部分的に塗布する（工程２）。
しかる後に、この部分的に塗布されたＣＳＤ液を乾燥・熱分解・結晶化する（工程３）。
なお、表面改質された突起部１０１を有する下部電極１０４上にＣＳＤ液をインクジェット方式により部分的に塗布する工程（工程２）と、この部分的に塗布されたＣＳＤ液を乾燥・熱分解・結晶化する工程（工程３）と、を繰り返し、所望の厚さの電気−機械変換膜１０２を形成（工程４）しても良い。
Next, in (d), it contacts the inner side surface (enclosure inner surface) of the protrusion 101 formed so as to surround the periphery of the coating portion where the CSD solution 108 that is the undiluted solution of the electromechanical conversion film 102 is applied. The CSD liquid 108 is applied by the inkjet head 107. The reason why the water repellent film is provided in (c) is that the water repellent film is formed on the upper surface of the protrusion 101 even when the CSD liquid 108 is applied to the boundary between the upper surface and the side surface of the protrusion 101. This is because the CSD liquid 108 flows into the inside of the portion 101 which is the hydrophilic surface, and the CSD liquid 108 can be disposed at an arbitrary place.
That is, the CSD liquid is partially applied by an inkjet method on the lower electrode 104 having the surface-modified protrusion 101 (step 2).
Thereafter, the partially applied CSD solution is dried, pyrolyzed, and crystallized (step 3).
In addition, a step (step 2) of partially applying the CSD liquid on the lower electrode 104 having the surface-modified protrusion 101 by an inkjet method, and drying, pyrolysis, The step of crystallizing (step 3) may be repeated to form the electro-mechanical conversion film 102 having a desired thickness (step 4).
次に（ｅ）では、（ｄ）で突起部１０１の内側の側面に接するように塗布されたＣＳＤ液を、乾燥・熱分解・結晶化した電気−機械変換膜１０２上に、電気−機械変換膜１０２に電圧を印加するための上部電極１０３を成膜している。 Next, in (e), the CSD solution applied so as to be in contact with the inner side surface of the protrusion 101 in (d) is subjected to electro-mechanical conversion on the electro-mechanical conversion film 102 which has been dried, pyrolyzed and crystallized. An upper electrode 103 for applying a voltage to the film 102 is formed.
図３に示す従来の電気−機械変換膜１０２の形成方法では、下部電極１０４上にＣＳＤ液１０８を塗布すると、ＣＳＤ液１０８の端部からの蒸発が中心よりも速いため、液中の外側に流れが生じ、液が端部に集まってしまうことで、乾燥後に金属酸化物前駆体の固形分が端部に集まり、端部が盛り上がるコーヒーステイン現象が起きるため、厚さが均一な電気−機械変換膜１０２を得ることができない。
上記に対して、図４に示す本発明の電気−機械変換膜１０２の形成方法は、下部電極１０４上のＣＳＤ液を塗布する塗工箇所の周囲を囲むように形成された突起部１０１の断面形状が、上面の幅が下面の幅よりも長い形状であることから、突起部１０１の端部がＣＳＤ液１０８の蒸発を規制する屋根のような働きをするため、ＣＳＤ液１０８の端部からの蒸発が遅くなってコーヒーステイン現象が起きにくくなり、厚さが均一の電気−機械変換膜１０２を得ることができる。
In the conventional method of forming the electromechanical conversion film 102 shown in FIG. 3, when the CSD liquid 108 is applied on the lower electrode 104, the evaporation from the end of the CSD liquid 108 is faster than the center, so that Since the flow is generated and the liquid collects at the end portion, the solid content of the metal oxide precursor gathers at the end portion after drying, and a coffee stain phenomenon occurs where the end portion rises. The conversion film 102 cannot be obtained.
In contrast to the above, in the method for forming the electromechanical conversion film 102 of the present invention shown in FIG. Since the shape is such that the width of the upper surface is longer than the width of the lower surface, the end of the projection 101 acts like a roof that regulates the evaporation of the CSD solution 108, and therefore from the end of the CSD solution 108. As a result, the coffee stain phenomenon is less likely to occur and the electro-mechanical conversion film 102 having a uniform thickness can be obtained.
図５は、ＣＳＤ液１０８を塗布する突起部１０１が、多層構成で形成されている断面図である。
図５の実施例は、ＣＳＤ液１０８を塗布する突起部１０１が、上層１１２と下層１１３の２層から構成されたものである。２層とも親水性の絶縁体で、上層１１２よりも下層１１３の方がエッチングされやすい材料で構成されている。そのため、上面の幅が下面の幅よりも長い断面形状の突起部１０１を形成することができる。なお、本実施例は２層の例を示したが、３層以上の構成でも下層になるに従ってエッチングしやすい材料を用いることで、上面の幅が下面の幅よりも長い断面形状の突起部１０１を形成することができる。
FIG. 5 is a cross-sectional view in which the protrusion 101 for applying the CSD liquid 108 is formed in a multilayer structure.
In the embodiment of FIG. 5, the protrusion 101 for applying the CSD solution 108 is composed of two layers, an upper layer 112 and a lower layer 113. Both layers are hydrophilic insulators, and the lower layer 113 is made of a material that is more easily etched than the upper layer 112. Therefore, it is possible to form the protrusion 101 having a cross-sectional shape in which the width of the upper surface is longer than the width of the lower surface. Although the present embodiment shows an example of two layers, a protrusion 101 having a cross-sectional shape in which the width of the upper surface is longer than the width of the lower surface by using a material that is easy to etch as it becomes a lower layer even in a configuration of three or more layers Can be formed.
図６は、ＣＳＤ液１０８を塗布する塗工箇所の周囲を囲むように形成された突起部１０１の高さと、電気−機械変換膜１０２の膜厚とを比較した断面図である。
ＣＳＤ液１０８を塗布する塗工箇所の周囲を囲むように形成された突起部１０１の高さＨ１が、電気−機械変換膜１０２の所望の膜厚Ｈ２より高くなっている。
突起部１０１の高さＨ１を、電気−機械変換膜１０２の膜厚Ｈ２よりも高くすることで、電気−機械変換膜１０２の形成過程におけるＣＳＤ液１０８の乾燥時のコーヒーステイン現象を防止することができる。
FIG. 6 is a cross-sectional view comparing the height of the protrusion 101 formed so as to surround the periphery of the coating location to which the CSD solution 108 is applied and the film thickness of the electro-mechanical conversion film 102.
The height H1 of the protrusion 101 formed so as to surround the periphery of the coating location where the CSD solution 108 is applied is higher than the desired film thickness H2 of the electro-mechanical conversion film 102.
By making the height H1 of the protrusion 101 higher than the film thickness H2 of the electro-mechanical conversion film 102, the coffee stain phenomenon at the time of drying the CSD liquid 108 in the process of forming the electro-mechanical conversion film 102 can be prevented. Can do.
図７は、ＣＳＤ液１０８を塗布する塗工箇所の周囲を囲むように形成された突起部１０１の高さと幅との関係を示す断面図である。
フォトリソグラフィー法を用いて、オーバーエッチング処理によって形成された突起部１０１は、下面の幅Ｌ１が高さＨ１に対して一般的に２割程度細く形成される。２割程度のオーバーエッチングであれば、成膜がしやすく、低コストで成膜できるため、突起部１０１の高さＨ１と下面の幅Ｌ１との関係は、高さＨ１に対する幅Ｌ１の比率（幅Ｌ１／高さＨ１）が０．８以上であることが望ましい。
FIG. 7 is a cross-sectional view showing the relationship between the height and width of the protrusion 101 formed so as to surround the periphery of the coating location where the CSD solution 108 is applied.
The protrusion 101 formed by the overetching process using the photolithography method is generally formed so that the width L1 of the lower surface is about 20% thinner than the height H1. If overetching is about 20%, film formation is easy and the film can be formed at low cost. Therefore, the relationship between the height H1 of the protrusion 101 and the width L1 of the lower surface is the ratio of the width L1 to the height H1 ( The width L1 / height H1) is preferably 0.8 or more.
例えば、解像度３００ｄｐｉのインクジェットヘッドの場合、電気−機械変換膜１０２のピッチは８５μｍであり、電気−機械変換膜１０２を幅５０μｍで形成すると、突起部１０１の下面の幅Ｌ１は３５μｍとなる。この場合、突起部１０１の高さＨ１が約２μｍであることから、高さＨ１に対する幅Ｌ１の比率は１７．５となる。また、突起部１０１の高さＨ１が２μｍで、高さＨ１に対する幅Ｌ１の比率（幅Ｌ１／高さＨ１）が０．８のときの突起部１０１の下面の幅Ｌ１の最小値は１．６μｍであり、解像度が６００ｄｐｉ、１２００ｄｐｉと高解像度になっても、高さＨ１に対する幅Ｌ１の比率（幅Ｌ１／高さＨ１）が０．８以上を満足することは明らかである。 For example, in the case of an inkjet head having a resolution of 300 dpi, the pitch of the electro-mechanical conversion film 102 is 85 μm, and when the electro-mechanical conversion film 102 is formed with a width of 50 μm, the width L1 of the lower surface of the protrusion 101 is 35 μm. In this case, since the height H1 of the protrusion 101 is about 2 μm, the ratio of the width L1 to the height H1 is 17.5. The minimum value of the width L1 of the lower surface of the protrusion 101 when the height H1 of the protrusion 101 is 2 μm and the ratio of the width L1 to the height H1 (width L1 / height H1) is 0.8 is 1. Even when the resolution is 6 μm and the resolution is as high as 600 dpi and 1200 dpi, it is clear that the ratio of the width L1 to the height H1 (width L1 / height H1) satisfies 0.8 or more.
以上から、電気−機械変換膜１０２が結晶化する際に発生する引張力Ｆで破壊しない突起部１０１を得ることができる。 From the above, it is possible to obtain the protrusion 101 that is not broken by the tensile force F generated when the electromechanical conversion film 102 is crystallized.
図８は、ＣＳＤ液１０８を塗布する塗工箇所の周囲を囲むように形成された突起部１０１の幅と電気−機械変換膜１０２の幅の関係を示す断面図である。
突起部１０１の下面の幅Ｌ１及び上面の幅Ｌ２より、電気−機械変換膜１０２の上面の幅Ｌ３及び下面の幅Ｌ４が広い構成になっている。即ち、Ｌ２＜Ｌ３が成り立つ。
電気−機械変換膜１０２の上面の幅Ｌ３及び下面の幅Ｌ４が、突起部１０１の下面の幅Ｌ１及び上面の幅Ｌ２より広いことによって、電気−機械変換膜１０２に電圧を印加した際に発生する伸縮振動による、電気−機械変換膜１０２の所望の変位を得ることができる。
FIG. 8 is a cross-sectional view showing the relationship between the width of the protrusion 101 formed so as to surround the periphery of the coating portion where the CSD solution 108 is applied and the width of the electro-mechanical conversion film 102.
The upper surface width L3 and the lower surface width L4 of the electro-mechanical conversion film 102 are wider than the lower surface width L1 and the upper surface width L2 of the protrusion 101. That is, L2 <L3 holds.
Occurs when a voltage is applied to the electro-mechanical conversion film 102 because the upper surface width L3 and the lower surface width L4 of the electro-mechanical conversion film 102 are wider than the lower surface width L1 and the upper surface width L2 of the protrusion 101. A desired displacement of the electro-mechanical conversion film 102 due to the stretching vibrations can be obtained.
図９は、本発明のインクジェット装置を搭載した画像形成装置の概念図である。この例では記録媒体２００は連続したウェブ状の用紙であり、搬送ローラ２０６の駆動力によって供給ロール２０４から繰り出され、張架ローラ２０５、記録媒体支持部材であるプラテン２０２および搬送ローラ２０６によって規定される経路上を図中矢印Ｅの方向に搬送されたのち、巻き取りロール２０７に巻き取られる。インクジェット装置２０１はプラテン２０２と対向する位置に配置されており、ここで吐出されたインク液滴によって記録媒体２００上に画像の形成が行われ、画像定着手段である輻射型ヒータ２０３によって記録媒体２００上のインクが乾燥され、画像が定着する。 FIG. 9 is a conceptual diagram of an image forming apparatus equipped with the ink jet apparatus of the present invention. In this example, the recording medium 200 is a continuous web-like sheet, and is fed from the supply roll 204 by the driving force of the conveying roller 206, and is defined by the stretching roller 205, the platen 202 that is a recording medium supporting member, and the conveying roller 206. Is taken up by a take-up roll 207 after being conveyed in the direction of arrow E in the figure. The ink jet apparatus 201 is disposed at a position facing the platen 202, and an image is formed on the recording medium 200 by the ink droplets ejected here, and the recording medium 200 is formed by the radiant heater 203 which is an image fixing unit. The upper ink is dried and the image is fixed.
以上説明した実施の形態によれば、厚さが均一な圧電素子膜を形成できた。そして、この圧電素子膜を備えたインクジェット装置を提供することができ、また、このインクジェット装置を備えることで高い印刷品質の画像形成装置を提供することができる。 According to the embodiment described above, a piezoelectric element film having a uniform thickness can be formed. An ink jet apparatus provided with the piezoelectric element film can be provided, and an image forming apparatus with high print quality can be provided by providing the ink jet apparatus.
１００ 突起部素材
１０１ 突起部
１０２ 電気−機械変換膜
１０３ 上部電極
１０４ 下部電極
１０５ 基板
１０６ 電気−機械変換素子
１０７ インクジェットヘッド
１０８ ＣＳＤ（化学溶液堆積法）液
１０９ 撥水膜
２００ 記録媒体
２０１ インクジェット装置
２０２ プラテン
２０３ 輻射型ヒータ
２０４ 供給ロール
２０５ 張架ローラ
２０６ 搬送ローラ
２０７ 巻き取りロール
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Protrusion part material 101 Protrusion part 102 Electro-mechanical conversion film 103 Upper electrode 104 Lower electrode 105 Substrate 106 Electro-mechanical conversion element 107 Inkjet head 108 CSD (chemical solution deposition method) liquid 109 Water repellent film 200 Recording medium 201 Inkjet apparatus 202 Platen 203 Radiation type heater 204 Supply roll 205 Tension roller 206 Transport roller 207 Winding roll
Claims (7)
該基板上に設けられた電極と、
該電極上に設けられた突起部及び電気−機械変換膜と、を含む積層構成を有し、
前記電気−機械変換膜の変形によりインクを吐出するインクジェット装置であって、
前記電気−機械変換膜は、前記電極表面または前記突起部表面を部分的に表面改質する工程（１）と、前記電極上に化学溶液堆積法液をインクジェット方式により部分的に塗布する工程（２）と、当該部分的に塗布された化学溶液堆積法液を乾燥・熱分解・結晶化する工程（３）とにより、或いはさらに、前記工程（２）及び前記工程（３）を繰り返す工程（４）とにより、形成されてなり、
前記突起部は、絶縁材料からなると共に何れの面も親水性であり、且つ、前記化学溶液堆積法液を塗布する塗工箇所を囲繞するように形成されてなり、
前記突起部の基板と反対側の面は、撥水膜が形成されてなり、
前記突起部の囲繞方向に対する垂直方向断面における当該突起部の形状は、前記基板と反対側の面の幅が、前記基板側の面の幅よりも長い形状であり、
前記工程（２）は、前記突起部の囲繞内面に接するように前記化学溶液堆積法液を塗布することを特徴とするインクジェット装置。 A substrate,
An electrode provided on the substrate;
Having a laminated structure including a protrusion and an electro-mechanical conversion film provided on the electrode;
An inkjet apparatus that ejects ink by deformation of the electro-mechanical conversion film,
The electro-mechanical conversion film includes a step (1) of partially modifying the surface of the electrode or the surface of the protrusion, and a step of partially applying a chemical solution deposition method liquid onto the electrode by an inkjet method ( 2) and the step (3) of drying, pyrolysis and crystallization of the partially applied chemical solution deposition method liquid, or further, the step of repeating the step (2) and the step (3) ( 4) and formed by
The protrusions are made of an insulating material and both surfaces are hydrophilic, and are formed so as to surround a coating location where the chemical solution deposition method liquid is applied,
The surface of the protrusion opposite to the substrate is formed with a water repellent film,
The shape of the protrusion in the cross section perpendicular to the surrounding direction of the protrusion is a shape in which the width of the surface opposite to the substrate is longer than the width of the surface on the substrate side,
In the step (2), the chemical solution deposition method liquid is applied so as to be in contact with the surrounding inner surface of the protrusion.
前記電気−機械変換膜は、前記電極表面または前記突起部表面を部分的に表面改質する工程（１）と、前記電極上に化学溶液堆積法液をインクジェット方式により部分的に塗布する工程（２）と、当該部分的に塗布された化学溶液堆積法液を乾燥・熱分解・結晶化する工程（３）とにより、或いはさらに、前記工程（２）及び前記工程（３）を繰り返す工程（４）とにより、形成されてなり、
前記突起部は、絶縁材料からなると共に何れの面も親水性であり、且つ、前記化学溶液堆積法液を塗布する塗工箇所を囲繞するように形成されてなり、
前記突起部の基板と反対側の面は、撥水膜が形成されてなり、
前記突起部の囲繞方向に対する垂直方向断面における当該突起部の形状は、前記基板と反対側の面の幅が、前記基板側の面の幅よりも長い形状であり、
前記工程（２）は、前記突起部の囲繞内面に接するように前記化学溶液堆積法液を塗布することを特徴とするインクジェット装置の製造方法。 It has a laminated structure including a substrate, an electrode provided on the substrate, a protrusion and an electro-mechanical conversion film provided on the electrode, and ejects ink by deformation of the electro-mechanical conversion film A method for manufacturing an inkjet device, comprising:
The electro-mechanical conversion film includes a step (1) of partially modifying the surface of the electrode or the surface of the protrusion, and a step of partially applying a chemical solution deposition method liquid onto the electrode by an inkjet method ( 2) and the step (3) of drying, pyrolysis and crystallization of the partially applied chemical solution deposition method liquid, or further, the step of repeating the step (2) and the step (3) ( 4) and formed by
The protrusions are made of an insulating material and both surfaces are hydrophilic, and are formed so as to surround a coating location where the chemical solution deposition method liquid is applied,
The surface of the protrusion opposite to the substrate is formed with a water repellent film,
The shape of the protrusion in the cross section perpendicular to the surrounding direction of the protrusion is a shape in which the width of the surface opposite to the substrate is longer than the width of the surface on the substrate side,
In the step (2), the chemical solution deposition method liquid is applied so as to be in contact with the surrounding inner surface of the protrusion.
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