(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を保持するステージと、前記ステージに対向して配置されインクジェット法により機能性インクをノズルから吐出して前記基板上に塗布する液体吐出ヘッドと、を有し、前記ステージ及び／又は液体吐出ヘッドを相対的に移動させて前記基板上に機能性インクを吐出し任意のパターンで塗布する液体吐出塗布機構部と、
前記基板上の機能性インクを加熱し結晶化させて機能性薄膜とする加熱機構部と、を備え、
前記液体吐出塗布機構部におけるステージは、前記液体吐出ヘッドの前記機能性インクを塗布するときの走査行路上に前記ノズルと摺擦するワイピングブレードを有し、
前記ワイピングブレードは、前記ステージ上の前記液体吐出ヘッドの走査行路における走査方向の両端部側に配置されるものであって、
少なくとも前記基板の前記走査方向に直交する方向の幅と同じ長さをもつ平板形状のブレードであることを特徴とする薄膜製造装置。
【請求項２】
前記ワイピングブレードの前記ノズルと摺擦する部分は可撓性を有することを特徴とする請求項１に記載の薄膜製造装置。
【請求項３】
前記ワイピングブレードは、前記ノズルと摺擦する部分に前記機能性インクの溶媒を供給する溶媒供給手段を有することを特徴とする請求項１または２に記載の薄膜製造装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の薄膜製造装置を用いて基板上に機能性薄膜を形成する薄膜製造方法であって、
前記ステージ及び／又は液体吐出ヘッドを相対的に走査させながら、前記液体吐出ヘッドから機能性インクを吐出させて前記基板上に任意のパターンで塗布するインクジェット塗布工程と、
前記基板上の機能性インクを加熱し結晶化させて機能性薄膜とする加熱工程と、を備え、
前記インクジェット塗布工程は、前記ステージ及び／又は液体吐出ヘッドの走査ごとの走査開始時及び／又は走査終了時に、前記ワイピングブレードが前記ノズルと摺擦するワイピング処理を有することを特徴とする薄膜製造方法。
【請求項５】
前記インクジェット塗布工程は、撥液部と親液部からなるパターンを形成した基板上に、前記機能性インクを塗布するものであることを特徴とする請求項４に記載の薄膜製造方法。
【請求項６】
電気機械変換膜を有する電気機械変換素子の製造方法であって、
前記電気機械変換膜は請求項４または５に記載の薄膜製造方法により製造され、
前記機能性インクは、強誘電体の前駆体インクであり、
前記基板である第１の電極上に、該第１の電極に対向して配置される第２の電極と、前記第１の電極及び第２の電極に狭持される前記電気機械変換膜と、を形成することを特徴とする電気機械変換素子の製造方法。
【請求項７】
前記第２の電極が請求項４または５に記載の薄膜製造方法により製造されることを特徴とする請求項６に記載の電気機械変換素子の製造方法。
【請求項８】
電気機械変換素子を備える液体吐出ヘッドの製造方法であって、
前記電気機械変換素子が請求項６または７に記載の電気機械変換素子の製造方法により製造されることを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクジェット法による薄膜製造装置及び薄膜製造方法に関するものであり、特に、電気機械変換膜を形成する場合に好適な薄膜製造装置及び薄膜製造方法に関する。さらに、該電気機械変換素子を用いた液体吐出ヘッド、インクジェットプリンタに関する。
【背景技術】
【０００２】
電気機械変換素子（圧電素子）を用いた液体吐出ヘッドを高密度化する技術として、特許文献１等に示されるように、ＭＥＭＳ（マイクロ  エレクトロ  メカニカル  システム）を応用した技術が開示されている。すなわち、半導体デバイス製造技術を応用し、アクチュエータ，液体流路を微細に形成することにより、ノズル密度を高密度にすることができるため、ヘッドの小型化，高集積化が可能になる。
【０００３】
このようなＭＥＭＳ技術を採用した液体吐出ヘッドでは、薄膜技術で形成された振動板上に、薄膜形成技術で形成した電極，電気機械変換膜（圧電体）をフォトリソグラフィでパターニングし、電気機械変換素子を形成することでアクチュエータとすることができる。
【０００４】
電気機械変換素子の形成に関して、以下のような方法が知られている。
すなわち、下部電極上に各種の真空成膜法（例えばスパッタリング法、ＭＯ-ＣＶＤ法（金属有機化合物を用いた化学的気相成長法）、真空蒸着法、イオンプレーティング法）やゾルゲル法、水熱合成法、ＡＤ（エアロゾルデポジション）法、塗布・熱分解法（ＭＯＤ）などの周知の成膜技術により電気機械変換膜を堆積させ、引き続き上部電極を形成した後、フォトリソグラフィエッチングにより、上部電極のパターニングを行い、同様に電気機械変換膜、下部電極のパターニングを行い、電気機械変換素子の形成を行うものである。
【０００５】
このうち、ゾルゲル法に関し、例えばインクジェット法によりチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）の前駆体を基材に塗布、焼成することによって電気機械変換素子を形成する技術が既に知られている。この方式は、所望の領域に選択的にＰＺＴ前駆体を塗布することが可能であり、鉛を含有するＰＺＴ前駆体の消費量を抑制することが可能であるため、環境面において有利である。
【０００６】
しかしながら、インクジェット法は、複数ノズル、非接触手段による液体の塗布方法であり、さらに液体吐出ヘッドが搭載されたキャリッジと基材間の相対移動手段の位置ばらつきによって、パターン形成精度に数μｍ〜数十μｍ程度のばらつきが発生するため、電気機械変換素子の形状がばらつき、電気機械変換素子の電気特性に不具合を生じる要因となる。
【０００７】
この不具合を解消する方法として、基材の表面に親液性の領域と撥液性の領域からなる表面エネルギーの差を有する領域をパターニング形成し、親液性の領域にインクジェット法により機能性インク（例えば、ＰＺＴ前駆体）を滴下して、所定のパターンに電気機械変換膜を形成する技術がある。
【０００８】
このパターニング方法の一つとしてマイクロコンタクトプリント(μＣＰ)法という技術が既に知られている。この技術は、ナノメートル乃至マイクロメートルオーダの凹凸パターンを形成したミリメートル乃至マイクロメートルオーダの厚みを有するＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）樹脂を印刷用版として用い、機能性インク（ＰＺＴ前駆体）に対して撥液性（あるいは親液性）を有する溶液（有機分子含有溶液）を用いて、高解像度の撥液性（あるいは親液性）パターンを接触方式により印刷することを特徴としている（特許文献２，３参照。）。
【０００９】
あるいは別のパターニング方法として、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技術が知られている（非特許文献１参照。）。すなわち、白金族金属（例えばＰｔ）の膜上にアルカンチオールを自己組織化単分子膜（ＳＡＭ；Self Assembled Mono-layer）として形成し、周知のフォトリソグラフィ技術によりこのＳＡＭ膜を所定のパターンにエッチングして、機能性インク（ＰＺＴ前駆体）に対して、パターン化ＳＡＭ膜からなる疎液性（撥液性）の領域とＰｔからなる親液性の領域を形成するものである。
【００１０】
ここで、ＰＺＴ前駆体の機能性インクはＰＺＴ前駆体を溶解する溶媒が限られているため、液体吐出ヘッドから安定吐出させるには吐出波形の工夫などが必要となる。しかしながら、吐出波形の最適化による安定吐出には限界があり、インク吐出時にメインの液滴の後にミストと呼ばれる体積が小さくまた速度が遅い液滴が発生する。このミストはステージ移動に伴う気流などによって液体吐出ヘッド側に押し戻され、ノズル付近にミストが付着することがある。また、吐出で下方に飛び出すができなかった微小液滴がノズルの縁に付着すると、ＰＺＴ前駆体溶液はゾルゲル溶液であるため、しばらくすると加水分解してゲル化し、吐出曲がりや速度ずれの原因となる。さらにノズル付近に微小液滴が溜まると、ノズル詰まりを引き起こすこともある。こうして正常な吐出ができなくなるため、パターン不良の原因となった。
【００１１】
このとき、液体吐出ヘッドにおけるノズルへのインクの付着に対して、適宜ブレード形状のワイプ部材をノズル面に押し当てて該インクを払拭する種々の技術が提案されているが（特許文献４〜６参照。）、その問題を完全に解決するには至っていなかった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、以上の従来技術における課題に鑑みてなされたものであり、機能性インクの吐出安定性を有するインクジェット法による薄膜製造装置を提供することを目的とする。また、該薄膜製造装置を用いた薄膜製造方法、該薄膜製造方法により製造される電気機械変換素子、液体吐出ヘッド、インクジェットプリンタを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記課題を解決するために提供する本発明は、基板を保持するステージと、前記ステー
ジに対向して配置されインクジェット法により機能性インクをノズルから吐出して前記基
板上に塗布する液体吐出ヘッドと、を有し、前記ステージ及び／又は液体吐出ヘッドを相
対的に移動させて前記基板上に機能性インクを吐出し任意のパターンで塗布する液体吐出
塗布機構部と、前記基板上の機能性インクを加熱し結晶化させて機能性薄膜とする加熱機
構部と、を備え、前記液体吐出塗布機構部におけるステージは、前記液体吐出ヘッドの前
記機能性インクを塗布するときの走査行路上に前記ノズルと摺擦するワイピングブレード
を有し、前記ワイピングブレードは、前記ステージ上の前記液体吐出ヘッドの走査行路における走査方向の両端部側に配置されるものであって、少なくとも前記基板の前記走査方向に直交する方向の幅と同じ長さをもつ平板形状のブレードであることを特徴とする薄膜製造装置である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の薄膜製造装置によれば、ステージが液体吐出ヘッドの機能性インクを塗布するときの走査行路上にノズルと摺擦するワイピングブレードを有することにより、機能性インクの塗布時のステージ及び／又は液体吐出ヘッドの走査ごとにノズルのワイピング処理が行われるので、機能性インクの吐出安定性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る薄膜製造装置に用いられる液体吐出塗布機構部の構成例を示す斜視図である。
【図２】図１の液体吐出塗布機構部に用いられるＩＪヘッドの構成を示す断面図である。
【図３】本発明で用いるワイピングブレードの構成例１を示す斜視図である。
【図４】図１の液体吐出塗布機構部におけるワイピング処理の構成（１）を示す断面図である。
【図５】図１の液体吐出塗布機構部におけるワイピング処理の構成（２）を示す断面図である。
【図６】図１の液体吐出塗布機構部におけるワイピング処理の構成（３）を示す断面図である。
【図７】図１の液体吐出塗布機構部におけるワイピング処理の構成（４）を示す断面図である。
【図８】図１の液体吐出塗布機構部におけるワイピング処理の構成（５）を示す断面図である。
【図９】図１の液体吐出塗布機構部におけるワイピングブレードの別の配置例を示す断面図である。
【図１０】本発明で用いるワイピングブレードの構成例２を示す斜視図である。
【図１１】本発明で用いるワイピングブレードの構成例３を示す斜視図である。
【図１２】本発明で用いるワイピングブレードの構成例４を示す斜視図である。
【図１３】本発明で用いるワイピングブレードの構成例５を示す斜視図である。
【図１４】ＳＡＭ膜のパターニング方法の説明図である。
【図１５】本発明の薄膜製造装置を用いて機能性薄膜を形成する手順を示す概略図である。
【図１６】本発明の電気機械変換膜の性能例を示すＰ−Ｅヒステリシス曲線である。
【図１７】本発明の液体吐出ヘッドにおける電気機械変換素子の製造工程図である。
【図１８】本発明に係る液体吐出ヘッドの構成を示す斜視図である。
【図１９】本発明に係る液体吐出ヘッドの幅方向の構成を示す断面概略図である。
【図２０】本発明の液体吐出ヘッドを用いた液体カートリッジの外観図である。
【図２１】本発明に係るインクジェットプリンタの外観図である。
【図２２】図２１のインクジェットプリンタの機構部の構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
〔薄膜製造装置〕
以下に、本発明に係る薄膜製造装置の構成について説明する。
まず、本発明に係る薄膜製造装置は、基板を保持するステージと、前記ステージに対向して配置されインクジェット法により機能性インクをノズルから吐出して前記基板上に塗布する液体吐出ヘッドと、を有し、前記ステージ及び／又は液体吐出ヘッドを相対的に移動させて前記基板上に機能性インクを吐出し任意のパターンで塗布する液体吐出塗布機構部と、前記基板上の機能性インクを加熱し結晶化させて機能性薄膜とする加熱機構部と、を備え、前記液体吐出塗布機構部におけるステージは、前記液体吐出ヘッドの前記機能性インクを塗布するときの走査行路上に前記ノズルと摺擦するワイピングブレードを有することを特徴とするものである。
なお、加熱機構部において機能性インクを加熱する手段としては、ホットプレート、オーブン、あるいはハロゲンランプ、キセノンランプ、赤外線ランプ等の加熱手段や、ＹＡＧレーザ、ＣＯ２レーザ、Ａｒレーザ等のレーザ照射手段を用いる。
ここで、本発明の薄膜製造装置は、液体吐出塗布機構部に特徴を有するため、以下、該液体吐出塗布機構部について説明する。
【００１７】
図１は、本発明に係る薄膜製造装置に用いられる液体吐出塗布機構部の構成例を示す斜視図である。
図１に示すように、液体吐出塗布機構部はいわゆるインクジェット塗布装置であって、装置のベースとなる架台２００と、架台２００の上に設置され、ステージ２０３をＹ軸方向に移動させるＹ軸駆動手段２０１と、該Ｙ軸駆動手段２０１の上に設置され、その上に基板２０２を保持しワイピングブレード２１２を有するステージ２０３と、ステージ２０３上に対向して配置され、機能性インクを吐出する液体吐出ヘッド（以下、ＩＪヘッド）２０８と、ヘッドベース２０６を介してＩＪヘッド２０８を支持するとともにＺ軸方向に移動させるＺ軸駆動手段２１１と、ＩＪヘッド２０８，ヘッドベース２０６及びＺ軸駆動手段２１１を支持してＸ軸方向に移動させるＸ軸駆動手段２０５と、該Ｘ軸駆動手段２０５を支持するＸ軸支持部材２０４と、を備える。
【００１８】
ここで、ＩＪヘッド２０８は、図２に示すように、振動板５４０と、振動板５４０上に密着層５００ｄを介して設けられた圧電素子である電気機械変換素子５０１と、機能性インクが充填される圧力室（個別液室ともいう）２１と、機能性インクを吐出する液滴吐出孔であるノズル５０５が圧力室５０６に対応して設けられたノズル板５０４と、を有する。
【００１９】
また、圧力室５０６は、振動板５４０と、圧力室基板５０３の壁面（隔壁部）と、ノズル板５０４と、で囲まれた空間である。
【００２０】
また、振動板５４０の圧力室５０６とは反対面側に、密着層５００ｄ，下部電極５００ａ，圧電体である電気機械変換膜５００ｂ，上部電極５００ｃが積層されてなる電気機械変換素子５０１が形成されている。また、圧力室５０６の振動板５４０に対向する板面がノズル板５０４となっている。
【００２１】
このように構成されたＩＪヘッド２０８において、各圧力室５０６内に液体、例えば機能性インクが満たされた状態で、図示しない制御部から所定のパターンデータに基づいて、発振回路により、記録性インクの吐出を行いたいノズル５０５に対応する上部電極５００ｃに対して、パルス電圧を印加する。この電圧パルスを印加することにより、電気機械変換膜５００ｂは、電歪効果により電気機械変換膜５００ｂそのものが振動板５４０と平行方向に縮むことにより、振動板５４０が圧力室５０６側に凸となるように撓むことになる。これにより、圧力室５０６内の圧力が急激に上昇して、圧力室５０６に連通するノズル５０５から機能性インクが吐出されるようになる。このとき、ノズル５０５から数十〜数百の液滴が連続的に吐出される。次に、パルス電圧印加後は、縮んだ電気機械変換膜５００ｂが元に戻ることから撓んだ振動板５４０は、元の位置に戻り、機能性インクが共通液室５３３（後述）から圧力室５０６に供給される。以上の動作制御を繰り返すことにより、ＩＪヘッド２０８は機能性インクの液滴を連続的に吐出できる。なお、不図示のインクタンクからインク供給用パイプ２１０を経由してＩＪヘッド２０８に機能性インクが供給されるようになっている。
【００２２】
ステージ２０３は、真空、静電気などを利用して基板２０２をステージ２０３の主面上に吸着して保持する吸着手段を有する。
【００２３】
また、ステージ２０３は、機能性インクを塗布するときのＩＪヘッド２０８の走査行路上にノズル５０５と摺擦するワイピングブレード２１２を有する。このワイピングブレード２１２は、ステージ２０３上のＩＪヘッド２０８の走査行路における走査方向の一方の端部側または両端部側に配置されることが好ましい。図１では、ワイピングブレード２１２は、ステージ２０３において、ＩＪヘッド２０８が塗布時にＹ軸方向に移動走査するときの移動開始位置付近と移動終了位置付近それぞれに配置されており、Ｙ軸駆動手段２０１によりステージ２０３とともにステージ２０３における配置が変わることなく移動するようになっている。また、ワイピングブレード２１２は、少なくとも基板２０２の幅（Ｘ軸方向の長さ）と同じ長さをもつ平板形状のブレードであって、その長手方向をＸ軸方向としてＺ軸方向（ステージ２０３の主面に対して垂直方向）に立設されている。このとき、ワイピングブレード２１２のＺ軸方向の高さはその先端がＩＪヘッド２０８のノズル板５０４のノズル面（基板２０２側に面する主面）にわずかに接触する程度となっている。また、ワイピングブレード２１２の少なくともＺ軸方向の先端部分、すなわちノズル５０５と摺擦する部分は可撓性を有する。
【００２４】
これにより、機能性インク塗布のための走査のとき、ＩＪヘッド２０８のＹ軸方向への走査開始時に、２つのワイピングブレード２１２の一方がＩＪヘッド２０８のノズル板５０４のノズル面と摺擦してワイピング処理が行われ、ＩＪヘッド２０８のＹ軸方向への走査終了時に、２つのワイピングブレード２１２の他方がＩＪヘッド２０８のノズル板５０４のノズル面と摺擦してワイピング処理が行われる。
【００２５】
なお、ワイピング処理とは、ワイピングブレード２１２がＩＪヘッド２０８のノズル板５０４のノズル面と摺擦して、ノズル５０５及びその近傍に付着した機能性インクを払拭する処理である。
【００２６】
図３に、ワイピングブレード２１２の構成例１を示す。
図３に示すように、ワイピングブレード２１２は、平板形状の支持部材２１３と、支持部材２１３の一端面に固設され、その先端がノズル板５０４のノズル面と接触するノズル接触部２１４とから構成されている。
【００２７】
このうち、支持部材２１３は、ステージ２０３に用いられるような金属やセラミックなどからなり、ノズル接触部２１４がノズル板５０４と摺擦しても変形しない程度の剛性を有している。
【００２８】
また、ノズル接触部２１４は、可撓性のあるシリコーン樹脂やゴム材などからなり、Ｚ軸方向の先端に向かうにつれて厚みを薄くして、Ｙ−Ｚ平面における断面形状を凸形状としている。これにより、ワイピングブレード２１２の先端（ノズル接触部２１４）をＩＪヘッド２０８のノズル板５０４のノズル面に均等な圧力で接触させることができ、ノズル板５０４に付着した機能性インクを効率的に払拭することが可能となる。
【００２９】
以上の構成の液体吐出塗布機構部により、ＩＪヘッド２０８に対向して配置された基板２０２に所定パターンで機能性インクを塗布することが可能となる。またこのとき、ＩＪヘッド２０８のＹ軸方向の走査ごとの走査開始時及び走査終了時に、ワイピングブレード２１２がノズル５０５と摺擦するワイピング処理が行われるようになる。
【００３０】
詳しくは、機能性インクの塗布時に、つぎのように処理が行われる（図４〜図８）。
（Ｓ１１）  Ｚ軸駆動手段２１１によりＩＪヘッド２０８がＺ軸方向に移動し基板２０２との距離が調整された後、Ｙ軸駆動手段２０１によりステージ２０３がＹ軸方向（図１において、例えばＹ（＋）方向、図４において右方向）に移動を開始する（図４）。
（Ｓ１２）  ステージ２０３のＹ軸方向（Ｙ（＋）方向）への移動開始直後に、２つのワイピングブレード２１２の一方（図５において右側）がＩＪヘッド２０８におけるノズル板５０４のノズル面と摺擦し、ワイピング処理を行う（図５）。なお、インク吐出前であるが、機能性インクによってはＩＪヘッド２０８を放置するとノズル面が圧力室５０６内の機能性インクで少し濡れる場合があり、このワイピング処理によりその機能性インクを払拭する。
（Ｓ１３）  さらにステージ２０３がＹ軸方向（Ｙ（＋）方向）へ移動しながら、入力されたパターンに基づきＩＪヘッド２０８から機能性インク２０９が吐出されステージ２０３とともに移動する基板２０２の所定位置に塗布を行う（図６）。このとき、前述の通り、機能性インクがノズル面においてノズル５０５及びその近傍に付着する。
（Ｓ１４）  ステージ２０３のＹ軸方向（Ｙ（＋）方向）への移動終了直前に、２つのワイピングブレード２１２の他方（図７において左側）がＩＪヘッド２０８におけるノズル板５０４のノズル面と摺擦し、ワイピング処理を行う（図７）。さらに、ステージ２０３がＹ軸方向（Ｙ（＋）方向）へ移動して、Ｙ軸方向の一走査が終了する（図８）。
（Ｓ１５）  ついで、そのＹ軸方向の一走査が終わると、Ｘ軸駆動手段２０５によりＩＪヘッド２０８がＸ軸方向のつぎのＹ軸方向走査位置に移動する。
（Ｓ１６）  ステップＳ１１〜Ｓ１５の動作が行われる。この場合、ステージ２０３はＹ軸方向において逆方向（Ｙ（−）方向）に移動する。
【００３１】
以上のステップＳ１１〜Ｓ１６が入力されたパターンが塗布されるまで繰り返し行われ、基板２０２に所定のパターンの機能性インクが塗布されることになる。このとき塗布するパターンにもよるが、通常、数十回の走査（スキャン）が行われる。なお、Ｙ軸方向の走査に関してはＩＪヘッド２０８とステージ２０３との間で相対的に移動する構成であればどのような構成でもよく、ここではＩＪヘッド２０８を固定しステージ２０３を移動させる例を示したが、ステージ２０３を固定しＩＪヘッド２０８を移動する構成としてもよい。
【００３２】
このように、機能性インクの塗布時において、ＩＪヘッド２０８のＹ軸方向の走査ごとに、特別なＩＪヘッド２０８の走査制御を行うことなく、その一走査の前後でノズル５０５及びその付近のノズル板５０４に付着した機能性インクを払拭するので、ノズル詰まりを防止し、機能性インクの吐出安定性を確保することができ、目的のパターンの機能性インクの塗膜を形成することが可能となる。なお、従来のワイピングブレード２１２を有しない液体吐出塗布機構部では、塗布時の走査数が多いほど、ノズル面に付着する機能性インクの量や面積が増えるため、塗膜のパターン不良が発生しやすくなる。
【００３３】
またここでは、ステージ２０３の両端部側にワイピングブレード２１２を有する構成を説明したが、図９に示すように、ステージ２０３上のＩＪヘッド２０８の走査行路における走査方向の一方の端部側（図９において左側）のみにワイピングブレード２１２を配置するようにしてみよい。ワイピングブレード２１２をステージ２０３の両端部側に配置するか、一方の端部側に配置するかは、機能性インクの安定性や塗布パターンを考慮して決定するとよい。
【００３４】
また、ワイピングブレード２１２は、ノズル５０５と摺擦する部分に機能性インクの溶媒を供給する溶媒供給手段を有することが好ましい。ＰＺＴ前駆体のように乾燥しやすい機能性インクを使用する場合、ノズル５０５に付着するとそのままではノズル詰まりが発生しやすくなる。そこで、溶媒供給手段によりワイピングブレード２１２におけるノズル５０５と摺擦する部分（ノズル接触部２１４の先端）に機能性インクの溶媒、例えば１−プロパノールやエタノールを供給するようにしてやると、前述のようにノズル接触部２１４の先端がノズル５０５と摺擦したときにノズル５０５に溶媒が供給され、そこに付着した機能性インクが乾燥固化することを防止することができ、その除去が容易になることからノズル詰まりを防止することが可能となる。
図１０〜図１３にその例を示す。
【００３５】
図１０は、ワイピングブレード２１２の構成例２を示す斜視図である。
図１０に示すように、支持部材２１３の底部からノズル接触部２１４の先端にかけてワイピングブレード２１２内部を通る溶媒供給チューブ２１５を設けており、ノズル接触部２１４の長手方向（Ｘ軸方向）中央部に溶媒を供給する構造となっている。
【００３６】
図１１は、ワイピングブレード２１２の構成例３を示す斜視図である。
図１１に示すように、ノズル接触部２１４の長手方向（Ｘ軸方向）端部からノズル接触部２１４の先端にかけてノズル接触部２１４内部を通る溶媒供給チューブ２１５を設けており、ノズル接触部２１４の長手方向（Ｘ軸方向）中央部に溶媒を供給する構造となっている。
【００３７】
図１２は、ワイピングブレード２１２の構成例４を示す斜視図である。
図１２に示すように、ノズル接触部２１４の先端（ワイピングブレード２１２におけるノズル５０５と摺擦する部分）にノズル接触部２１４の長手方向（Ｘ軸方向）に延びる溝部２１４ａを設け、該溝部２１４ａに図１０または図１１に示した溶媒供給チューブ２１５が接続されている。
【００３８】
これにより、溶媒供給チューブ２１５から供給された溶媒が溝部２１４ａに貯留され、ノズル接触部２１４の先端がノズル５０５と摺擦したときにノズル５０５に安定して溶媒を供給することができるので、確実にノズル詰まりを防止することが可能となる。
【００３９】
なお、図１２ではノズル接触部２１４の先端部分の平坦面の一部に溝部２１４ａを設けるようにしていたが、図１３に示すように、ノズル接触部２１４の先端部分の平坦面全面に溶媒を貯留する溝部２１４ａ’を設けるようにしてもよい。
【００４０】
また、溶媒供給チューブ２１５から供給される溶媒をノズル５０５のワイピング処理に使用するだけではなく、ワイピングブレード２１２自体の洗浄に用いてもよい。機能性インクには固化しやすいものが多いため、ワイピング処理直後に溶媒を供給してワイピングブレード２１２に付着した機能性インクを洗い流すことによって、ワイピングブレード２１２を清浄な状態に保つことができる。
【００４１】
〔薄膜製造方法〕
次に、本発明に係る薄膜製造方法について説明する。
本発明に係る薄膜製造方法は、前述した本発明の薄膜製造装置を用いて基板上に機能性薄膜を形成する薄膜製造方法であって、前記ステージ及び／又は液体吐出ヘッドを相対的に走査させながら、前記液体吐出ヘッドから機能性インクを吐出させて前記基板上に任意のパターンで塗布するインクジェット塗布工程と、前記基板上の機能性インクを加熱し結晶化させて機能性薄膜とする加熱工程と、を備え、前記インクジェット塗布工程は、前記ステージ及び／又は液体吐出ヘッドの走査ごとの走査開始時及び／又は走査終了時に、前記ワイピングブレードが前記ノズルと摺擦するワイピング処理を有することを特徴とするものである。
ここで、前記インクジェット塗布工程は、撥液部と親液部からなるパターンを形成した基板上に、前記機能性インクを塗布するものであることが好適である。
なお、機能性薄膜とは、後述する下部電極５００ａ、電気機械変換膜５００ｂ、上部電極５００ｃなどである。
【００４２】
以下、本発明の薄膜製造方法の詳細について説明する。
（ｉ）ＳＡＭ膜のパターニング
図１４に、ＳＡＭ膜のパターニング方法を示す。ここでは、図１４（ａ），（ｂ），（ｃ）に３つの方法を示す。
【００４３】
（パターニング方法１）
（Ｓ２１）  まず基板２０２を用意する。ここでは、例えば振動板５４０の表面にチオールとの反応性に優れたＰｔからなる密着層５００ｄを形成したものを基板２０２として用いる（図１４（ａ１））。
（Ｓ２２）  機能性溶液を用いて基板２０２表面に均一なＳＡＭ膜３００を形成する（図１４（ａ２））。
【００４４】
ここで用いる機能性溶液は、基板２０２に撥液性または親液性を付与するための有機分子含有溶液であり、例えばＣｎＨ２ｎ+1ＳＨ（ｎ＝６〜１８）で示されるアルカンチオール化合物やＣｎＦ２ｎ+1（ＣＨ２）２ＳＨで示されるフルオロアルキルチオール化合物等の撥液材料を用いることができる。また、所望の撥液性、あるいは基板２０２表面に対する反応性にしたがって材料種、あるいは濃度を適宜選択することができる。これらの化合物はアルコール、アセトン、トルエン、キシレン等の有機溶媒に溶解することにより、機能性溶液とする。
【００４５】
この機能性溶液中に基板２０２を所定時間浸漬し、取り出した後に余分な分子を溶媒で置換洗浄し乾燥することにより、ＳＡＭ膜３００を形成する。
【００４６】
（Ｓ２３）  ついで、従来公知のフォトリソグラフィ技術によりフォトレジスト３００ｐをパターン形成する（図１４（ａ３））
（Ｓ２４）  ステップＳ２３の材料表面から酸素プラズマなどによりドライエッチングを行って露出しているＳＡＭ膜３００を除去し、ついでフォトレジスト３００ｐを除去して撥液部（撥液性領域）３０１、親液部（親液性領域）３０２からなる所定パターンのＳＡＭ膜３００を得る（図１４（ａ４））。ここでは、ＳＡＭ膜３００が残存している領域が撥液部３０１となり、ＳＡＭ膜３００が除去された領域が親液部３０２となっている。
【００４７】
（パターニング方法２）
（Ｓ３１）  まず基板２０２を用意する。ここでは、例えば振動板５４０の表面にチオールとの反応性に優れたＰｔからなる密着層５００ｄを形成したものを基板２０２として用いる（図１４（ｂ１））。
（Ｓ３２）  基板２０２表面に所定パターンのマスク層３００ｒを形成する（図１４（ｂ２））。マスク層３００ｒは、従来公知のフォトリソグラフィ技術によりフォトレジスト膜から形成するとよい。
（Ｓ３３）  機能性溶液を用いて基板２０２表面にＳＡＭ膜３００を形成する（図１４（ｂ３））。このとき、マスク層３００ｒから露出している基板２０２表面にＳＡＭ膜３００が形成される。
（Ｓ３４）  マスク層３００ｒを除去して、撥液部（撥液性領域）３０１、親液部（親液性領域）３０２からなる所定パターンのＳＡＭ膜３００を得る（図１４（ｂ４））。
【００４８】
（パターニング方法３）
（Ｓ４１）  まず基板２０２を用意する。ここでは、例えば振動板５４０の表面にチオールとの反応性に優れたＰｔからなる密着層５００ｄを形成したものを基板２０２として用いる（図１４（ｃ１））。
（Ｓ４２）  パターニング方法１と同様に、機能性溶液を用いて基板２０２表面に均一なＳＡＭ膜３００を形成する（図１４（ｃ２））。
（Ｓ４３）  ステップＳ４２の材料の表面にフォトマスク３００ｍを配置し、その上から紫外線を露光する（図１４（ｃ３））。これにより、露光部分のＳＡＭ膜３００は消失し、未露光部分のＳＡＭ膜３００は残存し、撥液部（撥液性領域）３０１、親液部（親液性領域）３０２からなる所定パターンのＳＡＭ膜３００を得る（図１４（ｃ４））。
【００４９】
本発明では、以上の３つのパターニング方法のいずれを用いてもよい。あるいは、マイクロコンタクトプリント法により、所望の撥液部（撥液性領域）３０１、親液部（親液性領域）３０２からなる所定パターンのＳＡＭ膜３００を形成してもよい。なお、本工程により得られた基板２０２において、例えばＳＡＭ膜３００が残存している領域では純水に対する接触角が９２度と疎水性（撥水性）を示し、ＳＡＭ膜３００が除去され密着層５００ｄが露出している領域では純水に対する接触角が５４度と親水性を示す。
【００５０】
（ii）機能性薄膜の形成
本発明の薄膜製造装置を用いた機能性薄膜の形成においては、一度の成膜で得られる薄膜の厚さには限度があるため、インクジェット塗布工程及び加熱工程を繰り返し行い、積層することにより所定の膜厚の機能性薄膜を形成するとよい。
【００５１】
図１５に、本発明の薄膜製造装置を用いて機能性薄膜を形成する手順を示す。
（Ｓ５１）  前述の撥液部３０１、親液部３０２からなる所定パターンのＳＡＭ膜３００を形成した基板２０２を用意する（図１５（１））。
【００５２】
（Ｓ５２）  本発明の薄膜製造装置における液体吐出塗布機構部を用いて、ＩＪヘッド２０８から親液部３０２に機能性インク２０９を吐出し、塗膜４０１を形成する（図１５（２））。このとき、機能性インク２０９は、親液部３０２で濡れ性よく広がり、撥液部３０１ではじかれることから、親液部３０２のパターンの塗膜４０１となる。
【００５３】
機能性インク２０９は、例えばＰＺＴ前駆体溶液を用いる。このＰＺＴ駆体溶液の調製には、例えば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、まず酢酸鉛の結晶水をメトキシエタノールに溶解後、脱水する。なお、酢酸鉛に関して、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に、化学両論組成に対し鉛量が１０モル％ほど過剰になるように秤量しておく。ついで、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、前記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前駆体溶液を合成する。
【００５４】
このＰＺＴ前駆体溶液におけるＰＺＴ濃度は、成膜面積と前駆体塗布量の関係から適正化されるが、一度の塗布で形成する塗膜４０１の膜厚は１００ｎｍ程度が好ましことから例えば０．１ｍｏｌ／ｌにする。図１５の以降の説明では、このＰＺＴ前駆体溶液を用いた場合について説明する。
【００５５】
（Ｓ５３）  塗膜４０１に対して溶媒乾燥のための第一の加熱処理（例えば、１２０℃加熱）を行い、ついで有機物の熱分解処理（５００℃加熱）を行って第１層のＰＺＴ膜である機能性薄膜５００を形成する（図１５（３））。このときの膜厚は９０ｎｍとなる。
【００５６】
（Ｓ５４）  引き続き、繰返し処理として、対象物をイソプロピルアルコールで洗浄した後、図１４（ａ２）と同様の機能性溶液への浸漬処理にてＳＡＭ膜３００を形成する（図１５（４））。２回目以降の浸漬処理では、ＳＡＭ膜３００は酸化膜である機能性薄膜５００上には形成されないため、フォトリソグラフィ技術によるパターン形成工程を実施せずに撥液部３０１、親液部３０２からなる所定パターンのＳＡＭ膜３００が得られる。なおこのときの接触角は純水に対してＳＡＭ膜３００上は９２度、ＰＺＴ膜上は３４度であった。
【００５７】
（Ｓ５５）  本発明の薄膜製造装置における液体吐出塗布機構部を用いて、ＩＪヘッド２０８から第１層のＰＺＴ膜である機能性薄膜５００上に機能性インク２０９を吐出し、塗膜４０１を形成する（図１５（５））。
【００５８】
（Ｓ５６）  さらに、塗膜４０１に対して溶媒乾燥のための第二の加熱処理（例えば、１２０℃加熱）を行い、ついで有機物の熱分解処理を行って積層したＰＺＴ膜である機能性薄膜５００を形成する（図１５（６））。このときの膜厚は１８０ｎｍとなる。
【００５９】
ステップＳ５４〜Ｓ５６の工程をさらに４回繰り返し（計６回の処理で）、膜厚５４０ｎｍの機能性薄膜５００を得た後、結晶化熱処理（７００℃加熱）をＲＴＡ（急速熱処理）にて行う。このとき、機能性薄膜５００にクラックなどの不良は生じなかった。
【００６０】
ついで、さらにステップＳ５４〜Ｓ５６の工程を６回繰り返し行い、結晶化熱処理（７００℃加熱）を行う。このとき、機能性薄膜５００の膜厚は１０００ｎｍとなり、膜にクラックなどの不良は生じなかった。
【００６１】
ここで、このパターン化したＰＺＴ膜である機能性薄膜５００に上部電極（白金）を成膜し、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、機能性薄膜５００の比誘電率は１２２０、誘電損失は０．０２、残留分極は１９．３μＣ/ｃｍ2、抗電界は３６．５ｋＶ／ｃｍであり、通常のセラミック焼結体と同等の特性を示した。
【００６２】
また、図１６に、Ｐ−Ｅヒステリシス曲線を示す。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１２０ｐｍ／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る。
【００６３】
なお、膜厚１０００ｎｍの機能性薄膜５００について、上部電極を配置せずに、更なる厚膜化を試みた。すなわち、ステップＳ５４〜Ｓ５６の工程を６回繰り返し行い、結晶化熱処理（７００℃加熱）を行う処理を１０回繰り返したところ、膜厚５μｍのパターン化ＰＺＴ膜の機能性薄膜５００がクラックなどの欠陥を伴わずに得られた。
【００６４】
〔電気機械変換素子及び液体吐出ヘッド〕
つぎに、本発明に係る電気機械変換素子について説明する。
本発明に係る電気機械変換素子は、前述した本発明の薄膜製造方法により製造されてなる電気機械変換膜を有する電気機械変換素子であって、前記機能性インクは、強誘電体の前駆体インクであり、前記基板である第１の電極と、該第１の電極に対向して配置される第２の電極と、前記第１の電極及び第２の電極に狭持される前記電気機械変換膜と、を備えることを特徴とするものである。
また、前記第２の電極が本発明の薄膜製造方法により製造されてなることが好ましい。
【００６５】
図１７を参照しながら、電気機械変換素子５０１において下部電極５００ａ、電気機械変換膜５００ｂ、上部電極５００ｃすべてを本発明の薄膜製造方法で形成する場合を説明する。
（Ｓ６１）  まず、密着層５００ｄを形成した振動板５４０を用い（密着層５００ｄは図示省略）、前述したＳＡＭ膜のパターニング方法により、その表面に所望の撥液部３０１ａ、親液部３０２ａからなるパターンのＳＡＭ膜３００を形成する（図１７（Ａ１））。
（Ｓ６２）  次に、本発明の薄膜製造装置における液体吐出塗布機構部を用いて、ＩＪヘッド２０８から機能性インクである電極材料含有溶液４０１ａを親液部３０２ａに選択的に塗布する（図１７（Ａ２））。親液部３０２ａに塗布された電極材料含有溶液４０１ａは、振動板５４０（密着層５００ｄ）上の表面エネルギー差により親液部３０２ａに対して濡れ拡がり、撥液部３０１ａに対しては濡れ拡がりが抑制されるため、高解像度のパターニングを行うことができる。ここで、電極材料含有溶液４０１ａとしては、白金微粒子をエタノール溶媒中に分散させた溶液を用いているが、パラジウム、ロジウム、ルテニウム、イリジウム等の白金系金属微粒子を、アルコール等の有機溶媒中に分散させた金属微粒子分散液や、ゾルゲル法により金属アルコキシド等の金属有機化合物を溶媒中に溶解、分散した所謂ゾルゲル液を用いてもよい。
（Ｓ６３）  次に、エネルギー付与手段７００を用いて、振動板５４０（密着層５００ｄ）上の電極材料含有溶液４０１ａにエネルギーを加えて下部電極５００ａを形成する（図１７（Ａ３））。ここで、エネルギー付与手段７００としては、ホットプレート、オーブンを用いているが、ハロゲンランプ、キセノンランプ、赤外線ランプ等の加熱手段や、ＹＡＧレーザ、ＣＯ２レーザ、Ａｒレーザ等のレーザ照射手段を用いてもよい。
以上、ステップＳ６１〜Ｓ６３の工程を下部電極５００ａの膜が所望の膜厚となるまで複数回実施する。
【００６６】
なお、下部電極５００ａをスパッタリング法により形成してもよい。この場合、Ｔｉからなる密着層５００ｄを配置した熱酸化膜付きシリコンウェハである振動板５４０上に、ステップＳ６１と同様に、所望の撥液部３０１ａ、親液部３０２ａからなるパターンのＳＡＭ膜３００を形成した後に、Ｐｔ、他の白金族元素の電極材料（ルテニウム、イリジウム、ロジウム）、白金族合金（白金−ロジウム（ロジウム濃度１５ｗｔ％））のいずれかをスパッタリング成膜する。あるいは、下部電極５００ａとして、イリジウム酸化膜とイリジウム金属を積層してスパッタリング成膜してもよい。
Ｔｉからなる密着層５００ｄを形成した振動板５４０について、親液部３０２ａ（ＳＡＭ膜３００除去部位）の水の接触角は５°以下（完全濡れ）であり、撥液部３０１ａ（ＳＡＭ膜配置部位）のそれは全ての試料において９０．０°を示した。
【００６７】
（Ｓ７１）  次に、振動板５４０の下部電極５００ａ形成面について、前述したＳＡＭ膜のパターニング方法により、その表面に所望の撥液部３０１ｂ、親液部３０２ｂからなるパターンのＳＡＭ膜３００を形成する（図１７（Ｂ１））。
（Ｓ７２）  次に、本発明の薄膜製造装置における液体吐出塗布機構部を用いて、ＩＪヘッド２０８から機能性インクであるＰＺＴ前駆体溶液４０１ｂを親液部３０２ｂ（下部電極５００ａ）に選択的に塗布する（図１７（Ｂ２））。ここで、ＰＺＴ前駆体溶液４０１ｂとしては、ゾルゲル法により成膜される圧電体材料、具体的には前述したような酢酸鉛、イソプロポキシドジルコニウム、イソプロポキシドチタンを出発材料にし、共通溶媒としてメトキシエタノールに溶解させたチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系の材料を用いる。
（Ｓ７３）  次に、エネルギー付与手段７００を用いて、下部電極５００ａ上のＰＺＴ前駆体溶液４０１ｂにエネルギーを加えて電気機械変換膜５００ｂを形成する（図１７（Ｂ３））。
以上、ステップＳ７１〜Ｓ７３の工程を電気機械変換膜５００ｂの薄膜が所望の膜厚となるまで複数回実施する。
【００６８】
（Ｓ８１）  次に、振動板５４０の下部電極５００ａ及び電気機械変換膜５００ｂ形成面について、前述したＳＡＭ膜のパターニング方法により、その表面に所望の撥液部３０１ｃ、親液部３０２ｃからなるパターンのＳＡＭ膜３００を形成する（図１７（Ｃ１））。
なお、上部電極５００ｃは短絡を防止するために電気機械変換膜５００ｂのパターン領域よりも小さい領域に電極材料含有溶液４０１ｃを塗布する必要がある。そこで、図１７（Ｃ１）に示すように、電気機械変換膜５００ｂ上にも撥液部３０１ｃを形成している。
（Ｓ８２）  次に、本発明の薄膜製造装置における液体吐出塗布機構部を用いて、ＩＪヘッド２０８から機能性インクである電極材料含有溶液４０１ｃを親液部３０２ｃ（電気機械変換膜５００ｂ）に選択的に塗布する（図１７（Ｃ２））。ここでは、電極材料含有溶液４０１ｃと前述した電極材料含有溶液４０１ａは同一の材料である。
（Ｓ８３）  次に、エネルギー付与手段７００を用いて、電気機械変換膜５００ｂ上の電極材料含有溶液４０１ｃにエネルギー（乾燥処理のための１２０℃加熱と焼結のための２５０℃加熱）を加えて上部電極５００ｃを形成する（図１７（Ｃ３））。
以上、ステップＳ８１〜Ｓ８３の工程を上部電極５００ｃの膜が所望の膜厚となるまで複数回実施する。例えば、Ｐｔからなる上部電極５００ｃの膜厚は０．５μｍで、比抵抗は５×１０−６Ω・ｃｍである。
【００６９】
以上のように、本発明の薄膜製造方法を用いたステップＳ６１〜Ｓ６３，Ｓ７１〜Ｓ７３，Ｓ８１〜Ｓ８３の工程により、振動板５４０（密着層５００ｄ）上に下部電極５００ａと、電気機械変換膜５００ｂと、上部電極５００ｃからなる電気機械変換素子５０１をパターン不良を発生させることなく精度よく形成することが可能となり、引いては安定した吐出性能を有する液体吐出ヘッド１を得ることができる。
【００７０】
つぎに、本発明に係る液体吐出ヘッドの構成について説明する。
本発明の液体吐出ヘッドは、前述した本発明の電気機械変換素子５０１を備えることを特徴とする。
【００７１】
図１８に、本発明に係る液体吐出ヘッドの一部を断面にて示した分解斜視図を示す。また、本発明に係る液体吐出ヘッドの幅方向の断面概略構成は、図２に示す通りである。なお、図２では単一の圧力室５０６を示しているが、液体吐出ヘッドは図１９に示すとおり圧力室基板５０３の隔壁で区画されることにより、左右方向に圧力室５０６が配列する構造をとる。
【００７２】
液体吐出ヘッド１は、インクを吐出する液滴吐出孔であるノズル５０５を有するノズル板５０４と、複数の圧力室５０６、振動板５４０、電気機械変換素子５０１が形成され、電気機械変換膜５００ｂの駆動のための駆動回路が搭載されたフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）５７３を有する圧力室基板５０３と、電気機械変換素子保護空間５７４を配した保持基板５７２との３枚の基板を重ねた積層構造となっている。
【００７３】
圧力室基板５０３は、Ｓｉ基板上に積層膜により振動板５４０が形成されている。本実施形態における振動板５４０はＳＯＩ基板を用いてＳｉ基板の片側面にシリコン酸化膜、シリコン活性膜、シリコン酸化膜を堆積させたものである。また、その上に複数の電気機械変換素子５０１を設けており、更に該複数の電気機械変換素子５０１それぞれに対応する圧力室５０６、該圧力室５０６に液体を供給する為の流体抵抗部（供給路）５３２、共通液室５３３を形成している。
【００７４】
ノズル板５０４は、例えばニッケル高速電鋳法を用いて厚さ２０μｍに形成したニッケル基板であり、圧力室基板５０３の面部に圧力室５０６それぞれに対応して連通するように設けられたノズル５０５を有する。
【００７５】
保持基板５７２は、電気機械変換素子５０１の保護及び変位を妨げないための電気機械変換素子保護空間５７４と液滴であるインクが外部から共通液室５３３へ供給するためのインク供給部５３３ａを形成した基板である。
【００７６】
液体吐出ヘッド１は、図２に示すように、Ｓｉ基板上に形成された振動板５４０と、該振動板５４０上に、下部電極５００ａ，電気機械変換膜５００ｂ，上部電極５００ｃがこの順番で積層されてなる電気機械変換素子５０１と、を備え、電気機械変換素子５０１及び振動板５４０からなる圧電アクチュエータを用いてノズル板５０４の基板面部に設けた液滴吐出孔であるノズル５０５から液滴を吐出させるものである。
【００７７】
ここで、ノズル板５０４は、ＳＵＳ、Ｎｉ、Ｓｉなどの金属または無機材料、ＰＩ（ポリイミド）などの樹脂材料にノズル５０５を形成して構成され、図示していない接着剤または陽極接合等の他の接合手段によって圧力室基板５０３に接合されるものである。
【００７８】
圧力室基板５０３は、必要とされる機械的強度および化学的耐性を備えた加工しやすい材料であるＳｉ基板で作られる。Ｓｉ基板を用いる場合、フォトリソグラフィとエッチング法による加工に、いわゆる半導体プロセスを用いることができるため、液室配列の高集積化が可能となる。
【００７９】
振動板５４０は、電気機械変換素子５０１による変位の範囲内で弾性変形する材質とすることが必要である。材質としては、無機材料、有機材料の薄膜が用いられるが、電極との密着性を考慮すると無機材料を用いることが好ましい。無機材料としては、金属、合金、半導体、誘電体等の任意の材料を用いることができる。材料は加工方法から最適のものを選定することができ、圧力室基板５０３にＳｉを用いた場合は、ＳｉＯ２，Ｓｉ３Ｎ４，他結晶Ｓｉを用いることが好ましい。一般にはＳｉの熱酸化膜とするケースが多い。また、これらの積層膜とすることで、残留応力を相殺する構造をとることができる。また、ＳｉＯ２，Ｓｉ３Ｎ４等の誘電体材料は化学的に安定であり、吐出するインクに接触しても、インクによる腐食による振動板５４０の破壊を防止することができる。さらに、これらの薄膜の成膜技術は半導体プロセスで確立された技術であるため、安定した振動板５４０を得ることができる。
【００８０】
振動板５４０の厚さは、材料の剛性や形成方法から最適化することが好ましいが、前述の無機材料（ＳｉＯ２，Ｓｉ３Ｎ４）を用いた場合、１〜５μｍの範囲とすることが好ましい。例えばまず、Ｓｉ基板上に振動板５４０となる絶縁物を形成し、その後圧力室５０６などの液室となる空洞をエッチングにより形成後、必要な厚みに研磨される。エッチングの際は絶縁物層がストップ層となる。
【００８１】
下部電極５００ａは、複数の電気機械変換素子５０１における共通電極であり、共通電極配線（不図示）と接続している。
【００８２】
また、下部電極５００ａは、例えば電気機械変換膜５００ｂの配向性を制御するために（１１１）結晶配向した薄膜であり、下部電極５００ａを構成する材料としては、任意の導電性材料を用いることができる。導電材料としては、金属、合金、導電性化合物等を用いることができるが、電気機械変換膜５００ｂの成膜方法により耐熱性の高い電極材料を用いることが好ましい。通常電気機械変換膜５００ｂは成膜後に結晶化させるプロセスが必要であり、一般的な圧電材料であるチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を用いた場合、結晶化プロセス温度は５００℃〜８００℃となることが一般的である。そのため、電気機械変換素子に用いられる材料は高融点であると同時に高温で隣接する振動板５４０や圧電材料と化合物を形成しない安定性の高い材料であることが必要である。これらの材料としてはＰｔ，Ｉｒ，Ｐｄ，Ａｕ等の反応性が低く高融点である金属やその合金を用いることが好ましい。このうち、一般的に電気機械変換膜５００ｂを構成する代表的材料であるチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）と格子定数が近く酸化しにくい貴金属であるＰｔが最も多く使用されている。また、高温安定性の高い化合物導電材料を用いても良い。これらの化合物導電材料としては、任意の複合酸化物を用いることができる。例えば、ＩｒＯ２、ＲｕＯ２、ＳｒＯ、ＳｒＲｕＯ３、ＣａＲｕＯ３、ＢａＲｕＯ３、（ＳｒｘＣａ１−ｘ）ＲｕＯ３等の白金族金属含有導電性酸化物やＬａＮｉＯ３などが挙げられる。
【００８３】
下部電極５００ａの膜厚は電極に必要とされる電気抵抗により任意に設定することができるが、１００ｎｍから１μｍの範囲が好ましい。
【００８４】
電気機械変換膜５００ｂを構成する材料としては、ペロブスカイト型結晶構造を有し化学式ＡＢＯ３で示すことのできる複合酸化物を用いることができる。ここで、Ａサイトの元素としてはＰｂ、Ｂａ、Ｎｂ、Ｌａ、Ｌｉ、Ｓｒ、Ｂｉ、ＮａおよびＫなどである。また、Ｂサイトの元素としてはＣｄ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｍｇ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｚｎ、ＷおよびＹｂなどである。この中でも、Ａには鉛（Ｐｂ）、Ｂにジルコニウム（Ｚｒ）とチタン（Ｔｉ）の混合を適用したチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）が多く用いられている。この材料は、温度特性，圧電特性に優れているため、高信頼性、高安定性の電気機械変換素子５０１を得ることができる。ＰＺＴの他には、鉛を使用しないという環境的な利点があり変位量が大きく原料が安価であり使用実績が多いものとしては、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）を用いることができる。
【００８５】
電気機械変換膜５００ｂの膜厚は所望の特性により最適値を設定することができるが、０．１μｍから５μｍの範囲とすることが好ましい。
【００８６】
さらに電気機械変換膜５００ｂは圧力室５０６ごとに個別に形成される必要があり、個別液室幅よりも圧電体幅を狭くする必要がある。それにより、剛性の高い電気機械変換膜５００ｂの膜が形成されない部分が圧力室５０６上に形成され、振動変位する領域を確保することができる。そのため、前述した電気機械変換膜５００ｂのパターニング(圧力室５０６ごとの分離)が重要である。
【００８７】
上部電極５００ｃは、圧力室５０６ごとに形成される電気機械変換膜５００ｂの上方に形成される。また上部電極５００ｃは、複数の電気機械変換素子５０１ごとに設けられる個別電極であり、個別電極配線（不図示）と接続している。該個別電極配線は複数の電気機械変換素子５０１それぞれの上部電極５００ｃと個別に導通しており、駆動信号入力部（不図示）から個別電極配線を通じてそれぞれの電気機械変換素子５０１に駆動信号が入力される。
【００８８】
上部電極５００ｃを構成する材料としては、下部電極５００ａの場合と同じ材料群のいずれかを用いることができる。すなわち、上部電極５００ｃの材料は任意の導電性材料を用いることが可能である。導電材料としては、金属、合金、導電性化合物等が挙げられるが、金属または合金を用いることが好ましい。その際、電気機械変換膜５００ｂとの密着性を考慮した材料を選定する必要がある。また、圧電材料に含まれるＰｂ等の材料と反応・相互拡散し合金を形成する材料は好ましくない。さらに、圧電材料に含まれる酸素等と反応する材料も好ましくない。従って、反応性の低い安定した材料を用いるのが好ましい。これらの材料としては、Ａｕ，Ｐｔ，Ｉｒ，Ｐｄまたはこれらの合金，固溶体を例として挙げられる。
【００８９】
また、上部電極５００ｃの幅は電気機械変換膜５００ｂの幅より狭くすることが好ましい。電気機械変換膜５００ｂ端部まで上部電極５００ｃを形成した場合、電気機械変換膜５００ｂ端部の電界集中により、下部電極５００ａ−上部電極５００ｃ間の放電現象に繋がる可能性があり、電気機械変換素子５０１の信頼性を著しく損なう可能性がある。
【００９０】
〔インクジェットプリンタ等〕
ところで、前述した本発明の液体吐出ヘッドに対してインクなどの液体を供給する液体タンクを一体化して液体カートリッジとしてもよい。
図２０に、その液体カートリッジであるインクカートリッジの外観図を示す。このインクカートリッジ８０は、ノズル５０５等を有する前述した本発明に係る液体吐出ヘッド１と、この液体吐出ヘッド１に対してインクを供給する液体タンクであるインクタンク８２とを一体化したものである。このようにインクタンク８２が一体型の液体吐出ヘッド１の場合、アクチュエータ部を高精度化、高密度化、および高信頼化することで、インクカートリッジ８０の歩留まりや信頼性を向上することができ、インクカートリッジ８０の低コスト化を図ることができる。
【００９１】
つぎに、本発明に係るインクジェットプリンタについて説明する。
本発明に係るインクジェットプリンタは、液滴を吐出させて画像を形成する画像形成装置であって、前述した本発明の液体吐出ヘッド又は図２０の一体型液体吐出ヘッドユニットである液体カートリッジを備えていることを特徴とする。
ここでは、図２１及び図２２を用いて、本発明の液体吐出ヘッド１を搭載した画像形成装置であるインクジェットプリンタを実施例として説明する。なお、図２１は同記録装置の斜視説明図、図２２は同記録装置の機構部の側面説明図である。
【００９２】
このインクジェットプリンタは、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９８、キャリッジ９８に搭載した本発明の液体吐出ヘッド（記録ヘッド）１、液体吐出ヘッド１へインクを供給するインクカートリッジ９９等で構成される印字機構部９１等を収納し、装置本体の下方部には前方側から多数枚の用紙９２を積載可能な給紙カセット（或いは給紙トレイでもよい。）９３を抜き差し自在に装着することができる。また、用紙９２を手差しで給紙するために開かれる手差しトレイ９４を有し、給紙カセット９３あるいは手差しトレイ９４から給送される用紙９２を取り込み、印字機構部９１によって所要の画像を記録した後、後面側の装着された排紙トレイ９５に排紙する。
【００９３】
印字機構部９１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９６と従ガイドロッド９７とキャリッジ９８を主走査方向に摺動自在に保持し、このキャリッジ９８には、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンダ(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１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９８には液体吐出ヘッド１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９９を交換可能に装着している。
【００９４】
インクカートリッジ９９は、上方に大気と連通する大気口、下方には液体吐出ヘッド１へインクを供給する供給口が設けられ、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１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、液体吐出ヘッド１としては各色の液体吐出ヘッド１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個の液出ヘッドでもよい。
【００９５】
ここで、キャリッジ９８は後方側（用紙搬送下流側)を主ガイドロッド９６に摺動自在に嵌装し、前方側（用紙搬送上流側)を従ガイドロッド９７に摺動自在に載置している。そして、このキャリッジ９８を主走査方向に移動走査するため、主走査モータ１０１で回転駆動される駆動プーリ１０２と従動プーリ１０３との間にタイミングベルト１０４を張装し、このタイミングベルト１０４をキャリッジ９８に固定しており、主走査モータ１０１の正逆回転によりキャリッジ９８が往復駆動される。
【００９６】
一方、給紙カセット９３にセットした用紙９２を液体吐出ヘッド１に下方側に搬送するために、給紙カセット９３から用紙９２を分離給装する給紙ローラ１０５及びフリクションパッド１０６と、用紙９２を案内するガイド部材１０７と、給紙された用紙９２を反転させて搬送する搬送ローラ１０８と、この搬送ローラ１０８の周面に押し付けられる搬送コロ１０９及び搬送ローラ１０８からの用紙９２の送り出し角度を規定する先端コロ１１０とを有する。搬送ローラ１０８は副走査モータによってギア列を介して回転駆動される。
【００９７】
そして、キャリッジ９８の主走査方向の移動範囲に対応して搬送ローラ１０８から送り出された用紙９２を液体吐出ヘッド１の下方側で案内するため用紙ガイド部材である印写受け部材１１１を設けている。この印写受け部材１１１の用紙搬送方向下流側には、用紙９２を排紙方向へ送り出すための回転駆動される搬送コロ１１２と拍車１１３を設け、さらに用紙９２を排紙トレイ９５に送り出す排紙ローラ１１４と拍車１１５と排紙経路を形成するガイド部材１１６，１１７とを配設している。
【００９８】
このインクジェットプリンタ９０による記録時には、キャリッジ９８を移動させながら画像信号に応じて液体吐出ヘッド１を駆動することにより、停止している用紙９２にインクを吐出して１行分を記録し、その後、用紙９２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９２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９２を排紙する。
【００９９】
また、キャリッジ９８の移動方向右端側の記録領域を外れた位置には、液体吐出ヘッド１の吐出不良を回復するための回復装置１１８を配置している。回復装置１１８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９８は印字待機中にはこの回復装置１１８側に移動されてキャップ手段で液体吐出ヘッド１をキャッピングして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、安定した吐出状態を維持する。
【０１００】
また、吐出不良が発生した場合等には、キャップ手段で液体吐出ヘッド１の吐出出口(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の気泡等を吸出し、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。
【０１０１】
このように、このインクジェットプリンタ９０においては本発明の液体吐出ヘッド１を搭載しているので、電気機械変換膜のパターン不良によるインク滴吐出不良がなく、安定したインク吐出特性が得られ、画像品質が向上する。なお、ここではインクジェットプリンタ９０に液体吐出ヘッド１を使用した場合について説明したが、インク以外の液滴、例えば、パターニング用の液体レジストを吐出する装置に液体吐出ヘッド１を適用してもよい。
【０１０２】
なお、これまで本発明を図面に示した実施形態をもって説明してきたが、本発明は図面に示した実施形態に限定されるものではなく、他の実施形態、追加、変更、削除など、当業者が想到することができる範囲内で変更することができ、いずれの態様においても本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【０１０３】
１    液体吐出ヘッド
８０，９９    インクカートリッジ
８２    インクタンク
９０    インクジェットプリンタ
９１    印字機構部
９２    用紙
９３    給紙カセット
９４    手差しトレイ
９５    排紙トレイ
９６    主ガイドロッド
９７    従ガイドロッド
９８    キャリッジ
１０１    主走査モータ
１０２    駆動プーリ
１０３    従動プーリ
１０４    タイミングベルト
１０５    給紙ローラ
１０６    フリクションパッド
１０７，１１６，１１７    ガイド部材
１０８    搬送ローラ
１０９，１１２    搬送コロ
１１０    先端コロ
１１１    印写受け部材
１１３，１１５    拍車
１１４    排紙ローラ
１１８    回復装置
２００    架台
２０１    Ｙ軸駆動手段
２０２    基板
２０３    ステージ
２０４    Ｘ軸支持部材
２０５    Ｘ軸駆動手段
２０６    ヘッドベース
２０８    ＩＪヘッド
２０９    機能性インク
２１０    インク供給用パイプ
２１１    Ｚ軸駆動手段
２１２    ワイピングブレード
２１３    支持部材
２１４    ノズル接触部
２１４ａ，２１４ａ’    溝部
２１５    溶媒供給チューブ
３００    ＳＡＭ膜
３００ｍ    フォトマスク
３００ｐ    フォトレジスト
３００ｒ    マスク層
３０１，３０１ａ，３０１ｂ，３０１ｃ    撥液部
３０２，３０２ａ，３０２ｂ，３０２ｃ    親液部
４０１    塗膜
４０１ａ，４０１ｃ    電極材料含有溶液
４０１ｂ    ＰＺＴ前駆体溶液
５００    機能性薄膜
５００ａ    下部電極
５００ｂ    電気機械変換膜
５００ｃ    上部電極
５００ｄ    密着層
５０１    電気機械変換素子
５０３    圧力室基板
５０３ａ    隔壁部
５０４    ノズル板（ヘッド基板面）
５０５    ノズル
５０６    圧力室
５３２    流体抵抗部
５３３    共通液室
５３３ａ    インク供給部
５４０    振動板
５７２    保持基板
５７３    フレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）
５７４    電気機械変換素子保護空間
７００    エネルギー付与手段
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１０４】
【特許文献１】特開２０１１−０００７１４号公報
【特許文献２】特開２００５−７２４７３号公報
【特許文献３】特開２００９−２８９４７号公報
【特許文献４】特開平１１−２８６１１６号公報
【特許文献５】特開２００２−１８７２８６号公報
【特許文献６】特開２０１０−２４０５４３号公報
【非特許文献】
【０１０５】
【非特許文献１】A. Kumar and G. M. Whitesides, Appl.Phys.Lett., 63, 2002 (1993).
【図１】
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【図２】
0005906610.tif 000003
【図３】
0005906610.tif 000004
【図４】
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【図５】
0005906610.tif 000006
【図６】
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【図７】
0005906610.tif 000008
【図８】
0005906610.tif 000009
【図９】
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【図１０】
0005906610.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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