(57)【要約】【課題】雰囲気中の水分と反応しやすい機能性インクの吐出において、ノズル開口での目詰まりの発生を防止し、良好な吐出を維持可能な液体吐出ヘッドのメンテナンス方法を提供する。【解決手段】水と反応性を有する機能性インクをインクジェット法により吐出口から吐出して基板上に塗布する液体吐出ヘッドのメンテナンス方法であって、前記液体吐出ヘッドの吐出面との間で密閉空間を形成するキャップ部材で前記吐出面をキャッピングするキャッピング工程と、湿度が調整された雰囲気ガスで前記キャップ部材内をパージするガスパージ工程と、キャッピングされた状態で前記液体吐出ヘッドの吐出口中の機能性インクの一部を排出する排出工程と、を備え、前記ガスパージ工程が前記排出工程より前に行われることを特徴とする液体吐出ヘッドのメンテナンス方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水と反応性を有する機能性インクをインクジェット法によりノズルから吐出して基板上に塗布する液体吐出ヘッドのメンテナンス方法において、
前記液体吐出ヘッドの吐出面との間で密閉空間を形成するキャップ部材で前記吐出面をキャッピングするキャッピング工程と、
湿度が調整された雰囲気ガスで前記キャップ部材内を満たすガスパージ工程と、
キャッピングされた状態で前記液体吐出ヘッドのノズル付近の機能性インクを吐出する空吐出工程と、を備え、
前記ガスパージ工程が前記空吐出工程より前に行われることを特徴とする液体吐出ヘッドのメンテナンス方法。
【請求項２】
前記機能性インクが、金属アルコキシドを含むことを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッドのメンテナンス方法。
【請求項３】
前記金属アルコキシドは、Ｐｂ、Ｚｒ及びＴｉから選ばれる少なくとも一種を含有することを特徴とする請求項２に記載の液体吐出ヘッドのメンテナンス方法。
【請求項４】
装置の休止中または待機中における前記キャップ部材内部の雰囲気の湿度が、１０ｇ／ｋｇ（ＤＡ）以下であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の液体吐出ヘッドのメンテナンス方法。
【請求項５】
前記キャップ部材の内部に液体を保持可能な液体保持部を備え、
前記液体保持部に保持される液体が、前記機能性インクの溶媒を構成する少なくとも一つの成分からなる液体であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の液体吐出ヘッドのメンテナンス方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気機械変換膜などの薄膜を製造するために用いられる液体吐出ヘッドのメンテナンス方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
プリンタ、ファクシミリ、複写装置等の画像形成装置として使用されるインクジェット記録装置は、塗布対象物に液滴（インク滴）を吐出する液体吐出ヘッド（以下、「インクジェットヘッド」ともいう）を備える。
液体吐出ヘッドの構成としては、インク滴を吐出するノズルと、ノズルが連通する加圧室（インク流路、加圧液室、圧力室、吐出室、液室等ともいう）と、加圧室内のインクを加圧する圧電素子等の電気機械変換素子またはヒータ等の電気熱変換素子と、インク流路の壁面を形成する振動板と、エネルギー発生手段とを備え、該エネルギー発生手段で発生したエネルギーにより加圧室内のインクが加圧されることでノズルからインク滴が吐出されるものが知られている。
【０００３】
インクジェット記録装置の待機中などに液滴吐出ヘッドが空気中に放置されると、時間の経過と共にインクの溶媒が蒸発するため、インクが乾燥してノズル孔近傍のインク粘度が増加してインクが吐出されにくくなることがある。このような吐出不良の発生を防止する方法が提案されている（例えば、特許文献１〜３参照）。
【０００４】
特許文献１には、インクジェット記録ヘッドのノズル面を封止し、負圧発生手段からの負圧を受けて、ノズルからインクを吸引排出できるキャッピング手段を有するインクジェット式記録装置が開示されている。そして特許文献１では、水分を含むインクが乾燥するのを防ぐため、ノズルから吸引排出されたインクやキャッピングの前に空吐出されたインクを保持する液体保持手段が施されており、封止された空間内部を水分で高湿度に保つことが開示されている。
【０００５】
一方、特許文献２には、キャッピング装置により液滴吐出ヘッドのノズル開口を封止したままの状態であっても、封止部内に保湿液を供給可能とすることによりノズル開口等の目詰まり等を防止できる液滴吐出装置の処理方法が開示されている。
【０００６】
特許文献３には、液体吐出ヘッドのノズル面にキャップを当接させて密閉空間を形成するキャッピング工程と、この密閉空間に保湿液を供給する保湿液供給工程を備える液滴吐出ヘッドのメンテナンス方法により、機能液の乾燥を防ぐことが開示されている。また特許文献３では、保湿液の供給を複数回行い、密閉空間に溜まった保湿液を排出することが開示されている。
【０００７】
ところで、セラミックなどを作製する方法の一つとして知られているゾルゲル法では、前駆体溶液をインクジェット方式で塗布する方法が提案されている。例えば、インクジェットヘッドの電気機械変換素子を構成する薄膜の電気機械変換膜を、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、所定のパターンに形成する技術が知られている（例えば、特許文献４参照）。
【０００８】
特許文献４には、基板に形成された第１の電極上にインクジェット法により電気機械変換膜を形成し、該電気機械変換膜上に第２の電極を形成する方法において、電気機械変換膜の形成工程でゾルゲル法が使用され、前駆体液をインクジェットで塗布する技術が開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ゾルゲル法で用いられる前駆体ゾルゲルインクなどの機能性インクは、雰囲気中の水分と反応して加水分解・重縮合反応が進行し、ノズル開口に固着してしまうことがある。
すなわち、薄膜製造装置の液体吐出ヘッドに充填された前駆体液は、装置の休止中や待機中に、ノズル開口での溶媒の揮発に加え、雰囲気中の水との反応によっても固着してノズル詰まりを起こしやすいため、特許文献１〜３などに記載の方法によりノズル開口からの乾燥を防ぐだけでは吐出不良の発生を防止する効果が得られにくいという問題がある。
【００１０】
インクジェット法によりゾルゲル前駆体液（ＰＺＴ前駆体）などの機能性インクを吐出する液体吐出ヘッドにおいて、液体吐出ヘッドのノズル開口でのインク固着による目詰まりの発生を防止し、良好な吐出を維持することができる技術が求められている。
【００１１】
そこで、本発明は上記課題を鑑み、雰囲気中の水分と反応しやすい機能性インクの吐出において、ノズル開口での目詰まりの発生を防止し、良好な吐出を維持可能な液体吐出ヘッドのメンテナンス方法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】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明に係る液体吐出ヘッドのメンテナンス方法は、水と反応性を有する機能性インクをインクジェット法によりノズルから吐出して基板上に塗布する液体吐出ヘッドのメンテナンス方法において、前記液体吐出ヘッドの吐出面との間で密閉空間を形成するキャップ部材で前記吐出面をキャッピングするキャッピング工程と、湿度が調整された雰囲気ガスで前記キャップ部材内を満たすガスパージ工程と、キャッピングされた状態で前記液体吐出ヘッドのノズル付近の機能性インクを吐出する空吐出工程と、を備え、前記ガスパージ工程が前記空吐出工程より前に行われることを特徴とする液体吐出ヘッドのメンテナンス方法である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、雰囲気中の水分と反応しやすい機能性インクの吐出において、ノズル開口での目詰まりの発生を防止し、良好な吐出を維持可能な液体吐出ヘッドのメンテナンス方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本実施形態の液体吐出ヘッドのメンテナンス方法の一例を示す模式図である。
【図２】本実施形態の液体吐出ヘッドのメンテナンス方法の一例を示す流れ図である。
【図３】本実施形態の液体吐出ヘッドのメンテナンス方法の他の例を示す模式図である。
【図４】本実施形態の液体吐出ヘッドのメンテナンス手段の一例を示す模式図である。
【図５】機能性インク（前駆体液）の合成方法の一例を示す流れ図である。
【図６】電気機械変換素子の形成方法の一例を示す説明図である。
【図７】薄膜製造装置の一例を示す斜視図である。
【図８】電気機械変換素子の形成方法の他の例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の液体吐出ヘッドのメンテナンス方法は、水と反応性を有する機能性インクをインクジェット法によりノズルから吐出して基板上に塗布する液体吐出ヘッドのメンテナンス方法において、前記液体吐出ヘッドの吐出面との間で密閉空間を形成するキャップ部材で前記吐出面をキャッピングするキャッピング工程と、湿度が調整された雰囲気ガスで前記キャップ部材内を満たすガスパージ工程と、キャッピングされた状態で前記液体吐出ヘッドのノズル付近の機能性インクを吐出する空吐出工程と、を備え、前記ガスパージ工程が前記空吐出工程より前に行われることを特徴としている。
【００１６】
以下、本発明に係る液体吐出ヘッドのメンテナンス方法について図面を参照して説明する。なお、本発明は以下に示す実施例の実施形態に限定されるものではなく、他の実施形態、追加、修正、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。
【００１７】
図１は、液体吐出ヘッドのメンテナンス方法の一例を示す模式図である。
図１（Ａ）は、キャッピング工程を模式的に表した図で、キャッピング工程ではキャップ部材６０を液体吐出ヘッド２０８のノズル（不図示）が形成されたノズル面２０８ａに押し当てることにより密閉空間が形成される。キャップ部材６０とノズル面２０８ａとの間にはシール部材６１が設けられ、キャップ部材６０とノズル面２０８ａとの密着性が高められる。
図１（Ｂ）は、ガスパージ工程を模式的に表した図で、パージ手段として雰囲気ガス供給手段７０と雰囲気ガス供給管７１が図示されている。ガスパージ工程ではバルブ１（符号８１）が開けられ、キャップ部材６０の内部に接続された雰囲気ガス供給管７１を介し、連通した雰囲気ガス供給手段７０から低湿度の雰囲気ガスが供給される。同時にバルブ２（符号８２）を開けることにより、余分な雰囲気ガスが排気管８０を通って排出され、キャップ部材６０の内部が正圧にならないようにされている。図１（Ｂ）中の矢印は、低湿度の雰囲気ガスが進む方向を模式的に示している。そして、十分に雰囲気ガスで置換された後、２つのバルブを閉じる。
図１（Ｃ）は、空吐出工程を模式的に表した図で、空吐出工程ではキャップ部材６０に向けて液体吐出ヘッド内部の液体を液滴８３として吐出し（空吐出）、ノズルをリフレッシュする。その後、液体吐出装置は図１（Ｄ）に模式的に表される待機状態となる。
【００１８】
上記液体吐出ヘッドのメンテナンス方法の一例について、工程のフローを図２（Ａ）に示す。図２（Ａ）では、キャッピング工程（Ｓ１０１）、ガスパージ工程（Ｓ１０２）、空吐出工程（Ｓ１０３）、待機状態（Ｓ１０３）の順となっている例が示されている。
【００１９】
機能性インクの詳細は後述するが、水と反応性を有する機能性インクは、雰囲気中の水分と反応して加水分解・重縮合反応を起こしてゲル化し、液体吐出ヘッド２０８のノズル開口で固着してノズルの目詰まりを引き起こしてしまう。そこで、図１（Ａ）及び図１（Ｂ）に示す構成とすることで、密閉されたキャップ部材内部の密閉空間の雰囲気の湿度を低くすることができ、ノズルの目詰まりを防止することができる。
【００２０】
しかし、キャッピング工程を行う前では、既にノズル開口部付近の前駆体液は空気中の水分と反応し、加水分解・重縮合反応は始まっているため、機能性インクがゲル化し、ノズルの目詰まりの原因となってしまう。キャッピング工程を行うことでキャップ部材６０内部における雰囲気の湿度が下がり、前駆体液と空気中の新たな水分との反応は抑制できるが、既に前駆体液に取りこまれた水による加水分解・重縮合反応は止めることができない。
【００２１】
そこで、図１（Ｃ）に示されるように、低湿度雰囲気に保たれたキャップ部材６０内部の密閉空間に空吐出を行うことによって、ノズル開口部付近の水を含む前駆体液をノズルの外に排出することができ、ノズル目詰まり防止の効果を高めることができる。
それに加え、密閉空間が形成されているため、ノズル開口部付近に付着した液滴や空吐出によってキャップ部材６０内部に吐出された液滴から揮発した溶媒は、密閉空間にとどまり溶媒の蒸気圧が徐々に高められる。その結果、ノズル開口からの溶媒の乾燥が抑制され、ノズルの目詰まりをより確実に防止することができる。
これにより、水分との反応が抑制された前駆体のみが液体吐出ヘッド内部に残った状態で液体吐出ヘッドを待機させておくことができ、ノズルの目詰まりをより確実に防止することができる。
【００２２】
なお、塗布装置全体を低湿度雰囲気にすれば前駆体液と水との反応は防ぐことができるとも考えられる。しかし、塗布された前駆体液によって形成された薄膜の強誘電特性などの膜質は、塗布時の湿度に大きな影響を受けることが知られている（例えば、非特許文献１：T.  Schneller,  R.  Waser,  J.  Sol−Gel  Sci.  Technol.,  42,  337(2007).）。このため、塗布時の雰囲気の湿度とキャップ部材６０内部の雰囲気の湿度とを独立に制御できることが好ましく、本発明による方法が有効である。
【００２３】
本発明において、低湿度の雰囲気ガスとしては特に限定されないが、例えば、乾燥窒素が挙げられる。また低湿度の雰囲気ガスは水分を抑えたガスを示し、機能性インクが雰囲気中の水分と反応して加水分解・重縮合反応することを抑えられるものであればよい。
装置の休止中または待機中におけるキャップ部材６０内部の雰囲気の湿度は、重量絶対湿度で１０ｇ／ｋｇ（ＤＡ：dry  airの略）以下であることが好ましく、５ｇ／ｋｇ（ＤＡ）以下であることがより好ましい。
例えば、機能性インクとして後述する前駆体液を液体吐出ヘッド２０８に充填し、湿度１０ｇ／ｋｇ（ＤＡ）の雰囲気に放置したところ、ノズルの目詰まりが発生するまでの時間は約１分であった。一方、湿度５ｇ／ｋｇ（ＤＡ）の雰囲気に放置したところ、１０分経過してもノズルの目詰まりはみられなかった。
【００２４】
本発明において、図２（Ａ）に示される工程のフローは一例であり、必要に応じて工程の順を変更することができる。例えば、気密性の影響でキャップ部材６０内部の低湿度を長時間保てない場合は、待機状態（Ｓ１０４）から必要に応じてガスパージ工程（Ｓ１０２）を行ってもよい。また、溶媒の影響によるノズルの目詰まりを防ぐため、待機状態（Ｓ１０４）から必要に応じて空吐出工程（Ｓ１０３）を行ってもよい。なお、上記空吐出工程（Ｓ１０３）におけるノズルから前駆体液の吐出は、特定の手段に限られるものではなく、例えばキャッピング部材６０内部を吸引し、負圧にすることにより吐出させてもよい。
【００２５】
ただし、ガスパージ工程（Ｓ１０２）は少なくとも一度、空吐出工程（Ｓ１０３）の前に行われていることを要する。上述したように、キャップ部材６０内部を低湿度にし、空吐出工程（Ｓ１０３）を行うことで、吐出された液滴から揮発した溶媒により、溶媒の蒸気圧が高められ、ノズルの目詰まりをより確実に防止できるからである。
これに対し、ガスパージ工程（Ｓ１０２）を行う前に空吐出工程（Ｓ１０３）を行った場合、後のキャッピング工程（Ｓ１０１）やガスパージ工程（Ｓ１０２）により、前駆体液が雰囲気中の水分と反応することは抑えられるが、既に水分と反応したノズル開口部付近の前駆体は液体吐出ヘッド内に残ったままであるため、ノズルの目詰まりをより確実に防止することができない。
【００２６】
図３は、液体吐出ヘッドのメンテナンス方法の他の例を示す模式図である。図３では、キャッピング工程に先行して、ガスパージ工程を行った場合の例が示されている。図３に該当する工程のフローは、図２（Ｂ）に示されている。
【００２７】
図３（Ａ）は、キャッピング工程に先行して、ガスパージ工程（Ｓ２０１）が行われた場合の模式図を示しており、あらかじめキャップ部材６０が液体吐出ヘッドのノズル面２０８ａに接触しない程度に近づけられている。そして、バルブ１（符号８１）があけられ、キャップ部材６０の内部に接続された雰囲気ガス供給管７１を介し、連通した雰囲気ガス供給手段７０から低湿度の雰囲気ガスが供給される。このとき、キャップ部材６０の内部の雰囲気は、供給される低湿度の雰囲気ガスにより押し出され、キャップ部材６０とノズル面２０８ａの隙間を通って排出される。図３（Ａ）中の矢印は、低湿度の雰囲気ガスが進む方向を模式的に示している。なお、低湿度の雰囲気ガスを供給する際には、ノズルに影響を与えない程度に、低湿度の雰囲気ガスの供給を抑えておく必要がある。
【００２８】
図３（Ｂ）は、キャッピング工程（Ｓ２０２）を模式的に表した図で、キャップ部材６０内部が十分に低湿度の雰囲気ガスで置換された後、バルブ１（符号８１）を閉じ、その直後に液体吐出ヘッドのノズル面２０８ａがキャップ部材６０に押し当てられる。
【００２９】
図３（Ｃ）は、空吐出工程（Ｓ２０３）を模式的に表した図で、上記空吐出工程（Ｓ１０３）と同様である。また、図３（Ｄ）は、待機状態（Ｓ２０４）を模式的に表した図で、上記待機状態（Ｓ１０４）と同様である。
図３に示されるように、本実施形態では図１と異なり、バルブ２や排気管を用意する必要がないため、構成が容易となる。
【００３０】
次に、液体吐出ヘッドのメンテナンス方法の他の態様を図４に示す。
図４では、キャップ部材６０の内部に液体を保持可能な液体保持部６２と、液面センサ６３とを備える構成が示されている。
液体保持部６２に保持される液体は、機能性インクの溶媒を構成する少なくとも一つの成分からなる液体である。機能性インクの溶媒については後述するが、本実施形態では例えば、ＰＺＴ前駆体液において溶媒を構成する成分である２−メトキシエタノールを選択することができる。
【００３１】
図４に示す形態では、キャップ部材６０の内部と雰囲気ガス／液体供給管６５及び雰囲気ガス／液体供給手段６４が接続されており、低湿度の雰囲気ガスを供給する手段と液体を供給する手段とは、図示しない切替弁を切り替えることにより、雰囲気ガスと液体との供給を切り替えることができる。
【００３２】
本実施形態では、まず、キャッピング前に液面センサ６３で液体保持部６２の液面が検知され、液面が低い場合、雰囲気ガス／液体供給手段６４から液体保持部６２に液体が供給される。次に雰囲気ガス／液体供給手段６４から低湿度の雰囲気ガスを供給し、キャップ部材６０内部の雰囲気を低湿度の雰囲気ガスで置換する。その後、液体吐出ヘッド２０８のノズル面２０８ａにキャップ部材６０を押し付けてキャッピングする。
【００３３】
図４の構成によれば、ノズル開口部の前駆体液からだけでなく、液体保持部６２の液体からも溶媒が揮発するため、溶媒の蒸気圧が速やかに高まり、図１や図３に示した構成よりも溶媒の乾燥が抑制され、ノズルの目詰まりを防止することができる。
【００３４】
本実施形態では、さらに液体吐出ヘッド内のインクを吐出（空吐出）することで、既に水分と反応したノズル開口部付近の前駆体液が排出され、ノズルの目詰まりをより確実に防止することができる。
【００３５】
〔機能性インク〕
本発明の液体吐出ヘッドのメンテナンス方法の対象となる液体吐出ヘッドに用いられ、水と反応性を有する機能性インクについて説明する。液体吐出ヘッドのノズルから吐出され、基板上に塗布される前記機能性インクとしては、製造する薄膜の種類に応じて適宜選択することができるが、例えば、電気機械変換膜を製造する場合における金属アルコキシドを含む機能性インクが挙げられ、前記金属アルコキシドは、Ｐｂ、Ｚｒ及びＴｉの少なくともいずれかを含有するものが挙げられる。
【００３６】
以下、機能性インクとしてＰＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛）をゾル−ゲル法で成膜する際に用いられる前駆体液を用いた例について説明する。この前駆体液の合成は、文献記載の方法（例えば、非特許文献２：T.  Iijima,  et  al.,  Int.  J.  Appl.  Ceram.  Technol.,  3,  442(2006).）に記載の方法により行うことができる。
機能性インクを合成する方法の流れの例を図５に示す。
【００３７】
ＰＺＴ前駆体液の出発材料としては、酢酸鉛三水和物Ｐｂ（ＣＨ３ＣＯＯ）２・３Ｈ２Ｏ、ジルコニウムテトラノルマルプロポキシドＺｒ（ＯＣＨ２ＣＨ２ＣＨ３）４、チタニウムテトライソプロポキシドＴｉ［ＯＣＨ（ＣＨ３）２］４を用いることができる。
これらの出発材料は、Ｐｂ（Ｚｒ０．５３，Ｔｉ０．４７）Ｏ３、一般的にはＰＺＴ（５３／４７）と示されるジルコン酸チタン酸鉛の化学両論組成に対し、鉛量が２０ｍｏｌ％過剰になる組成、即ちＰｂ１．２０（Ｚｒ０．５３，Ｔｉ０．４７）Ｏ３となるように秤量する。これは、塗布されたゾルゲル液膜の加熱処理中に発生する、いわゆる「鉛抜け」による結晶性低下を防ぐためである。
【００３８】
秤量後、まず酢酸鉛三水和物を主溶媒である２−メトキシエタノールＣＨ３ＯＣＨ２ＣＨ２ＯＨに溶解する（Ｓ３０１）。次いで、溶媒の沸点にて加熱・還流し（Ｓ３０２）、水和物の脱水および酢酸鉛のアルコール交換処理を行う（Ｓ３０３）。
【００３９】
続いて脱水・アルコ−ル交換処理した前記酢酸鉛の２−メトキシエタノール溶液に対し、ジルコニウムテトラノルマルプロポキシドおよびチタニウムテトライソプロポキシドを投入し（Ｓ３０４）、加熱・還流し（Ｓ３０５）、アルコール交換反応、重縮合反応を進行させる（Ｓ３０６）。
【００４０】
アルコキシド化合物を２−メトキシエタノール溶液に溶解させ、金属アルコキシドの加水分解を防止するために安定剤として微量の酢酸ＣＨ３ＣＯＯＨを添加し（Ｓ３０７）、固形分濃度を調整し（Ｓ３０８）、ＰＺＴ前駆体ゾルゲル液が得られる（Ｓ３０９）。ステップＳ３０８において、固形分濃度は、例えば０．５ｍｏｌ／Ｌとすることができるが、これに限定されない。
【００４１】
次に、得られた前駆体ゾルゲル液を、機能性インクとして薄膜製造装置によりインクジェット方式で塗布するためのインク化工程を行う（Ｓ３１０）。
ステップＳ３１０のインク化工程における機能性インクの調製では、インクの乾燥速度を調整するために、調製された前駆体液と相溶性があり、調製前の前駆体液で使用されている溶媒成分（主溶媒）よりも沸点の高い溶媒（以下、「副溶媒」という）を添加し、撹拌する。使用される副溶媒としては、アルコール類、グリコール類、及びエーテル類のいずれか１種類または複数種類を使用することができ、このような副溶媒を添加することでインクジェット方式により安定的に塗布可能なインク化前駆体液が得られる。
【００４２】
本実施形態においては、主溶媒として２−メトキシエタノールを用い、副溶媒として主溶媒よりも沸点が高くゾルゲル液との相溶性のよい１−ノナノール（ＣＨ３（ＣＨ２）８ＯＨ）を用いることができる。主溶媒と副溶媒の体積比を１：１とし、前駆体液の固形分濃度を希釈することにより、機能性インクが得られる。固形分濃度としては、例えば、０．３ｍｏｌ／Ｌとすることができるが、これに限定されない。
【００４３】
〔電気機械変換膜、電気機械変換素子〕
本実施形態における液体吐出ヘッドのメンテナンス方法が対象とする液体吐出ヘッドは、基板上に機能性インクを塗布し、電気機械変換膜や電気機械変換素子などを製造するものである。製造される電気機械変換膜や電気機械変換素子などは、特に制限されるものではないが、例えば、基板である第１の電極と、第１の電極に対向する第２の電極と、第１の電極及び前記第２の電極に挟持された電気機械変換膜とを備えた電気機械変換素子が挙げられる。以下に例を挙げて説明する。
【００４４】
図６及び図８に、電気機械変換膜及び電気機械変換素子の製造工程の断面図を示す。
なお、図６及び図８に示す本実施形態の製造工程は、前記薄膜製造装置を用いてインクジェット方式により基板上の所望の領域に前記機能性インクを塗布し、直接パターニングする方法に関するものである。
【００４５】
図６（Ａ）に示す工程では、基板５１の上面に、下地層５２としてＴｉＯ２を５０ｎｍ成膜し、さらに第１の電極５３，５４として、白金（Ｐｔ）およびストロンチウムルテニウム酸化物（ＳＲＯ）を順次積層して形成する。本実施形態において、第１の電極５３のＰｔの膜厚は２５０ｍｍ、第１の電極５４のＳＲＯの膜厚は６０ｎｍとするが、膜厚はこれに限定されない。
【００４６】
図６（Ｂ）に示す工程では、第１の電極５４がインクジェット方式により電気機械変換膜として形成されるパターンに合致するように、フォトリソグラフィーによりフォトレジスト５５をパターニングし、ドライエッチングにより電気機械変換素子パターン領域外の表面上に存在するＳＲＯ層をエッチングする。続いて、図６（Ｃ）に示す工程において、電気機械変換素子パターン上に残ったフォトレジスト５５を剥離する。
【００４７】
本実施形態の電気機械変換膜パターンとしては、幅４５μｍ、長さ１０００μｍの長尺パターンであり、幅方向に１：１ピッチ（パターン幅＝スペース幅＝４５μｍ）で配列させたものとすることができる。
図６（Ｂ）のパターニング工程後の電気機械変換素子パターン領域外の表面は、第１の電極５３下層のＰｔが存在する状態とする。
【００４８】
図６（Ｄ）に示す工程では、基板５１の表面全体に表面処理を実施し、電気機械変換素子パターン領域外にＳＡＭ膜（Ｓｅｌｆ  Ａｓｓｅｍｂｌｅｄ  Ｍｏｎｏ−Ｌａｙｅｒ）５６を形成する。ＳＡＭ膜５６は、アルカンチオール希釈液に基板を浸漬してチオール基を自己配列させることで得られる。ここでアルカンチオールは、ドデカンチオールＣＨ３（ＣＨ２）１１−ＳＨを使用し、モル濃度０．１ｍｍｏｌ／Ｌのエタノール希釈液とする。また基板５１のアルカンチオール液への浸漬時間は１０秒間とし、浸漬後はエタノール浴中で５分間超音波洗浄を施す。
【００４９】
この結果、基板における電気機械変換素子パターン領域内／外における対純水接触角は、パターン領域外では１００度以上となり十分な疎水性が得られ、パターン領域内では４０度以下となり親水性となる。上記工程によりパターン領域内／外の接触角コントラストを大きく確保することができる。
【００５０】
続いて、図６（Ｅ）に示す工程では、機能性インク（前駆体液）２０７を液体吐出ヘッド２０８を具備した薄膜製造装置により基板上の親水性領域５９、即ち所望の電気機械変換膜パターン形成領域に塗布する。
なお、塗布に用いる薄膜製造装置は、図７に示すようにメンテナンス手段２０９を備え、メンテナンス手段２０９は図１や図３に示されている各工程を実施し得るものである。
機能性インク（前駆体液）２０７は、上述のように電気機械変換膜パターンの形成領域内／外における接触角のコントラストのため、ゾルゲル液５７ａは親水部のみに広がり、図６（Ｆ）に示すようにパターンが形成される。
【００５１】
これを第一の加熱工程、すなわち溶媒を乾燥させる工程において、ホットプレートによる基板下面加熱により、昇温速度３０℃／ｍｉｎとして室温から１２０℃まで温度上昇させ、１２０℃到達後も引き続きゾル膜パターン５７ａが乾燥するまで熱処理を行う。
【００５２】
本工程でゾル膜を乾燥させた後は、第二の加熱工程、すなわち有機物の熱分解処理を温度５００℃で実施し、図６（Ｇ）に示すような電気機械変換膜パターンのＰＺＴ膜５７ｂを形成する。形成された電気機械変換膜の膜厚は、パターン中央部で８０ｎｍとなる。
【００５３】
引き続き、図８（Ｈ）に示す工程では、繰返し処理としてイソプロピルアルコール洗浄を行った後、図６（Ｄ）の工程と同様にチオール希釈液への浸漬により基板の表面処理を実施し、ＳＡＭ膜５６を形成する。
２回目以降、ＳＡＭ膜５６は酸化膜上、すなわちＰＺＴ膜５７ｂ上には形成されないので、図８（Ｈ）に示すようなＳＡＭ膜５６のパターンが容易に得られる。
このときの対純水接触角は、電気機械変換膜パターン領域外（ＳＡＭ膜５６上）は１００度以上、ＰＺＴ膜５７ｂ上は２５度以下となる。
【００５４】
次に、図８（Ｉ）、図８（Ｊ）、図８（Ｋ）に示すように、１回目に形成した電気機械変換膜パターンに位置合わせを行い、再度薄膜製造装置を用い液体吐出ヘッド２０８により機能性インク２０７を塗布する。
塗布後は、１回目の塗布後と同様に、昇温速度３０℃／ｍｉｎによる室温から１２０℃までの温度上昇による乾燥工程、温度５００℃による有機物の熱分解処理工程を経た後、結晶化処理（温度７５０℃）をＲＴＡ（急速熱処理）にて行い、重ね塗りされたＰＺＴ膜５７ｂが得られる。このような工程によれば、膜にクラックなどの不良を生じることがない。
【００５５】
引き続き、表面処理によるＳＡＭ膜５６の形成、機能性インク２０７の塗布、乾燥、熱分解、ＳＡＭ膜５６の形成、機能性インク２０７の塗布、乾燥、熱分解、及び結晶化処理までの一連の工程を、上記と同様の条件で３〜３０サイクル実施することにより、電気機械変換膜を製造することができる。サイクル数としては、例えば２１サイクルとすることができる。
【００５６】
上記の方法により得られた電気機械変換パターン膜上に、上部電極（白金）を成膜し、電気特性および電気機械変換能（圧電定数）の評価を行った。
その結果、電気機械変換膜の比誘電率は１４００、誘電損失は０．０５、耐圧は５０Ｖであり、優れた電気特性を有することが示された。
また、残留分極は１２．２μＣ/ｃｍ２、抗電界は２８．１ｋＶ／ｃｍであり、通常のセラミック焼結体と同等の特性を有していた。
さらに、電気機械変換能を電界印加による変形量をレーザードップラー振動計で計測し、シミュレーションによる合わせ込みから算出した。その結果、圧電定数ｄ３１は１４２ｐｍ／Ｖであり、セラミック焼結体と同等の値であった。以上の結果から、本実施形態の電気機械変換膜は、液体吐出ヘッドを構成する電気機械変換素子として十分に設計可能な特性を有するものである。
【００５７】
〔薄膜製造装置〕
次に、本実施形態に係る液体吐出ヘッドのメンテナンス方法を実施し得るメンテナンス手段を備えた薄膜製造装置の例を説明する。
本実施形態に係る薄膜製造装置は、例えば、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、水と反応性を有する機能性インクをインクジェット法により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等を備え、そしてメンテナンス手段を備えたものが挙げられる。
【００５８】
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。
【００５９】
以下、薄膜製造装置の液体吐出塗布機構部について説明する。
図７は、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７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（インクジェットヘッド）２０８と、ヘッドベース２０６を介して液体吐出ヘッド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、液体吐出ヘッド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、ヘッドメンテナンス手段２０９とを備える。
【００６０】
ここで、液体吐出ヘッド２０８は、特に制限されるものではないが、例えば、振動板と、振動板上に設けられた圧電素子である電気機械変換素子と、機能性インクが充填される圧力室（個別液室ともいう）と、機能性インクを吐出する液滴吐出孔であるノズルが圧力室に対応して設けられたノズル板とを有するものが挙げられる。
【００６１】
このように構成された液体吐出ヘッド２０８において、各圧力室内に機能性インクが満たされた状態で、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、吐出を行いたいノズルに対応する上部電極に対して、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、電気機械変換膜は、圧電効果により電気機械変換膜そのものが振動板と平行方向に縮むことにより、振動板が圧力室２１側に凸となるように撓むことになる。これにより、圧力室内の圧力が急激に上昇して、圧力室に連通するノズル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が元に戻ることから撓んだ振動板は、元の位置に戻り、機能性インクが図示しない共通液室から圧力室に供給される。
以上の動作制御を繰り返すことにより、液体吐出ヘッド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を経由して液体吐出ヘッド２０８に機能性インクが供給されるようになっている。
【００６２】
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。
【００６３】
ヘッドメンテナンス手段２０９は、液体吐出ヘッド２０８の吐出面をキャッピングするキャッピング手段、キャップ部材内部を低湿度の雰囲気ガスで満たすパージ手段、液体吐出ヘッドの液体を空吐出する空吐出手段を備えている。
液体吐出ヘッド２０８は、装置の休止中または待機中にはヘッドメンテナンス手段２０９側に移動されて、キャッピング手段によりキャッピングされて、吐出面を乾燥や空気中の水分との反応から防護する。
【符号の説明】
【００６４】
５１        基板
５２        下地層（ＴｉＯ２）
５３        第１の電極（Ｐｔ）
５４        第１の電極（ＳＲＯ）
５５        フォトレジスト
５６        ＳＡＭ膜
５７ａ      ゾル膜
５７ｂ      ＰＺＴ膜
５８        疎水部
５９        親水部（ＳＲＯ）
６０        キャップ部材
６１        キャップ部材内部
６２        液体保持部
６３        液面センサ
６４        雰囲気ガス／液体供給手段
６５        雰囲気ガス／液体供給管
７０        雰囲気ガス供給手段
７１        雰囲気ガス供給管
８０        排気管
８１        バルブ１
８２        バルブ２
８３        液滴
２００        架台
２０１        Ｙ軸駆動手段
２０２        基板
２０３        ステージ
２０４        Ｘ軸指示部材
２０５        Ｘ軸駆動手段
２０６        ヘッドベース
２０７        機能性インク
２０８        液体吐出ヘッド
２０８ａ      ノズル面
２０９        ヘッドメンテナンス手段
２１０        インク供給用パイプ
２１１        Ｚ軸駆動手段
【先行技術文献】
【特許文献】
【００６５】
【特許文献１】特開２００１−７１５１４号公報
【特許文献２】特許４３５２９１５号公報
【特許文献３】特開２０１０−１９４５１４号公報
【特許文献４】特開２０１１−９７２６号公報
【非特許文献】
【００６６】
【非特許文献１】T.  Schneller,  R.  Waser,  J.  Sol−Gel  Sci.  Technol.,  42,  337(2007).
【非特許文献２】T.  Iijima,  et  al.,  Int.  J.  Appl.  Ceram.  Technol.,  3,  442(2006).
【図１】
2015039645.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2015039645.tif 000006
【図５】
2015039645.tif 000007
【図７】
2015039645.tif 000008
【図６】
2015039645.tif 000009
【図８】
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