(57)【要約】      （修正有）【課題】複数のパターンに形成される機能性膜の膜厚ばらつきを抑制するパターン形成基材を提供する。【解決手段】高表面エネルギー領域が低表面エネルギー領域で囲まれた親液性パターンを表面に有し、親液性パターン上に機能性膜が形成されるパターン形成基材であって、親液性パターンは、機能性膜の機能が発現する複数の機能領域Ａ２１と、機能性膜の機能が発現しない一又は複数の非機能領域Ａ２２とを有し、複数の機能領域Ａ２１のうち最小幅が同一又は略同一の機能領域Ａ２１上に形成される機能性膜の狙いの膜厚が等しい機能領域Ａ２１は非機能領域Ａ２２によって接続されている。【選択図】図１
2016042548.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高表面エネルギー領域が低表面エネルギー領域で囲まれた親液性パターンを表面に有し、前記親液性パターンの表面に機能性膜が形成されるパターン形成基材であって、
前記親液性パターンは、前記機能性膜の機能が発現する複数の機能領域と、前記機能性膜の機能が発現しない一又は複数の非機能領域とを有し、
前記複数の機能領域のうち最小幅が同一又は略同一の機能領域上に形成される前記機能性膜の狙いの膜厚が等しい機能領域は前記非機能領域によって接続されている、
パターン形成基材。
【請求項２】
前記非機能領域の最小幅は、前記機能領域の最小幅よりも小さい、
請求項１に記載のパターン形成基材。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のパターン形成基材の表面に機能性液を塗布することによって形成された強誘電体膜。
【請求項４】
請求項３に記載の強誘電体膜の表面に電極を成膜することによって形成された電気−機械変換素子。
【請求項５】
前記電極の短手方向の幅は、前記強誘電体膜の短手方向の幅よりも小さい、
請求項４に記載の電気−機械変換素子。
【請求項６】
請求項４又は５に記載の電気−機械変換素子を備えた液体吐出ヘッド。
【請求項７】
請求項６に記載の液体吐出ヘッドを備えたインクジェット記録装置。
【請求項８】
高表面エネルギー領域が低表面エネルギー領域で囲まれた親液性パターンを表面に有するパターン形成基材に対し、前記親液性パターンの表面に塗布液を塗布して機能性膜を形成する機能性膜の形成方法であって、
前記親液性パターンは、前記機能性膜の機能が発現する複数の機能領域と、前記機能性膜の機能が発現しない一又は複数の非機能領域とを含み、前記複数の機能領域のうち最小幅が同一又は略同一の機能領域が前記非機能領域によって接続されたパターンを有し、
前記機能領域及び前記非機能領域の表面に前記塗布液を塗布し、一の機能領域の表面に塗布された塗布液を前記非機能領域を介して他の機能領域の表面に塗布された塗布液と連通させる、
機能性膜の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パターン形成基材、強誘電体膜、電気−機械変換素子、液体吐出ヘッド、インクジェット記録装置及び機能性膜の形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、配線材料、カラー液晶表示装置のカラーフィルタ、圧電素子の電気−機械変換膜等のパターンに機能性膜を形成する方法として、インクジェット方式の塗布機構を用いる方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上述した従来の技術では、複数のパターンが互いに接続されることなく孤立している場合には、複数のパターンに形成される機能性膜の膜厚にばらつきが発生することがある。
【０００４】
そこで、本発明の一つの案では、複数のパターンに形成される機能性膜の膜厚ばらつきを抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一つの案では、高表面エネルギー領域が低表面エネルギー領域で囲まれた親液性パターンを表面に有し、前記親液性パターン上に機能性膜が形成されるパターン形成基材であって、前記親液性パターンは、前記機能性膜の機能が発現する複数の機能領域と、前記機能性膜の機能が発現しない一又は複数の非機能領域とを有し、前記複数の機能領域のうち最小幅が同一又は略同一の機能領域上に形成される前記機能性膜の狙いの膜厚が等しい機能領域は前記非機能領域によって接続されている、パターン形成基材が提供される。
【発明の効果】
【０００６】
一態様によれば、複数のパターンに形成される機能性膜の膜厚ばらつきを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明に係るパターン形成基材の構成を例示する図。
【図２】本発明に係るパターン形成基材に形成された機能性膜を例示する図。
【図３】従来のパターン形成基材の構成を例示する図。
【図４】従来のパターン形成基材に形成された機能性膜を例示する図。
【図５】本発明に係るパターン形成基材の構成を例示する図。
【図６】本発明に係るパターン形成基材に形成された機能性膜を例示する図。
【図７】従来のパターン形成基材の構成を例示する図。
【図８】従来のパターン形成基材に形成された機能性膜を例示する図。
【図９】本発明に係る電気−機械変換膜の形成方法を例示するフローチャート。
【図１０】本発明に係る電気−機械変換膜の形成方法を例示する断面工程図。
【図１１】本発明に係る電気−機械変換膜の形成方法を例示する平面図。
【図１２】ゾル−ゲル液の塗布に使用可能な産業用インクジェット描画装置の構成を例示する概略図。
【図１３】本発明に係る電気−機械変換素子の構成を例示する図。
【図１４】本発明に係る液体吐出ヘッドの構成を例示する概略図。
【図１５】本発明に係る液体吐出ヘッドの構成を例示する概略図。
【図１６】本発明に係るインクジェット記録装置の構成を例示する斜視説明図。
【図１７】本発明に係るインクジェット記録装置の機構部の構成を例示する側面説明図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明の実施形態について添付の図面を参照しながら説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することによって重複した説明を省く。
【０００９】
［第１の実施形態］
本実施形態では、親液性パターンを有するパターン形成基材及びパターン形成基材に機能性膜を形成する方法について説明する。
【００１０】
（パターン形成基材）
本実施形態に係るパターン形成基材は、高表面エネルギー領域が低表面エネルギー領域で囲まれ、機能性膜が形成される親液性パターンを表面に有する。また、親液性パターンは、複数の機能領域と、一又は複数の非機能領域とを有し、複数の機能領域のうち最小幅が同一又は略同一の機能領域の表面に形成される機能性膜の狙いの膜厚が等しい機能領域の各々が非機能領域によって接続されている。
【００１１】
機能性膜としては、電気−機械変換膜、カラーフィルタ等が挙げられる。
【００１２】
機能領域は、機能性膜の機能が発現する領域である。
【００１３】
非機能領域は、機能性膜の機能が発現しない領域であり、例えば機能性膜が電気−機械変換膜の場合には、電界が印加されない領域であり、例えば機能性膜がカラーフィルタの場合には、光が透過しない領域である。
【００１４】
以下、図面を参照しながら具体的に説明する。
【００１５】
まず、親液性パターンを有するパターン形成基材の一例について、図１及び図２を参照しながら説明する。
【００１６】
図１は、本発明に係るパターン形成基材の構成を例示する図である。具体的には、図１は、本発明に係るパターン形成基材とインクジェットヘッドとの位置関係を例示する図である。なお、図１における矢印は、インクジェットヘッドの走査方向を表す。
【００１７】
図２は、本発明に係るパターン形成基材に形成された機能性膜を例示する図である。具体的には、図１のパターン形成基材に形成された機能性膜の膜厚を例示する図である。なお、図２の下側に示す図は、図２の上側に示す図の断面における機能性膜の膜厚を表す。
【００１８】
パターン形成基材は、図１に示すように、高表面エネルギー領域Ａ２０が低表面エネルギー領域Ａ１０で囲まれ、後述する機能性膜４３が形成される親液性パターンを表面に有する。
【００１９】
高表面エネルギー領域Ａ２０は、機能性膜４３の機能が発現する複数の機能領域Ａ２１（Ａ２１ａ、Ａ２１ｂ、Ａ２１ｃ）と、機能性膜４３の機能が発現しない非機能領域Ａ２２とを含む。
【００２０】
機能領域Ａ２１は、インクジェットヘッドＩＨの走査方向が長手方向、インクジェットヘッドＩＨの走査方向と垂直方向が短手方向の矩形状とすることができる。
【００２１】
また、機能領域Ａ２１は、短手方向の幅Ｄが同一又は略同一で、各々の機能領域Ａ２１上に形成される機能性膜４３の狙いの膜厚が等しい複数の機能領域Ａ２１を含み、機能領域Ａ２１の短手方向に配列した領域とすることができる。そして、機能領域Ａ２１ａ、機能領域Ａ２１ｂ及び機能領域Ａ２１ｃは、非機能領域Ａ２２によって接続されている。
【００２２】
ここで、インクジェットヘッドＩＨに配置された７つのノズルＮ１〜Ｎ７のうち、ノズルＮ１、ノズルＮ３及びノズルＮ５を用いて、機能領域Ａ２１ａ、機能領域Ａ２１ｂ及び機能領域Ａ２１ｃの表面に塗布液を塗布する場合について説明する。
【００２３】
このとき、機能領域Ａ２１ａ、機能領域Ａ２１ｂ及び機能領域Ａ２１ｃが非機能領域Ａ２２によって接続されているため、機能領域Ａ２１ａに塗布される塗布液は非機能領域Ａ２２を介して機能領域Ａ２１ｂ及び機能領域Ａ２１ｃに塗布される塗布液と連通する。そして、機能領域Ａ２１ａ、機能領域Ａ２１ｂ及び機能領域Ａ２１ｃ上の塗布液の膜厚が等しくなるように自発的に塗布液が移動する。
【００２４】
以下、各々の機能領域Ａ２１上の塗布液の膜厚が等しくなるように自発的に塗布液が移動する理由を説明する。
【００２５】
一般に親液性パターンの最小幅は、数μｍ〜数十μｍである。液面の表面形状は重力と表面張力によって決定されるが、この程度の大きさのスケールでは重力が表面形状に与える影響はほぼ無視することができる。
【００２６】
表面張力が支配的の場合、表面形状は球状となるが、親液性パターン上に塗布される塗布液は表面エネルギーの境界部分で液面がピン止めされるため、球状にならない。この場合、表面エネルギーの境界部分で境界条件を満たし、かつ各々の液面でのラプラス圧が等しくなるように、すなわち、主曲率の和が等しくなるように表面形状が決定される。
【００２７】
また、図１に示すように、親液性パターンのアスペクト比（長手方向の幅と短手方向の幅との比率）が十分大きい場合、ラプラス圧は短手方向の幅でほぼ決定される。図１に示す機能領域Ａ２１ａ、機能領域Ａ２１ｂ及び機能領域Ａ２１ｃにおいては、長手方向の幅は異なるが、短手方向の幅は同一又は略同一である。このため、機能領域Ａ２１ａ、機能領域Ａ２１ｂ及び機能領域Ａ２１ｃのラプラス圧は略同一である。また、短手方向の幅が同一又は略同一の場合、膜厚が大きいほど曲率が大きくなるためラプラス圧は大きくなる。
【００２８】
したがって、機能領域Ａ２１ａ、機能領域Ａ２１ｂ及び機能領域Ａ２１ｃが非機能領域Ａ２２で接続された構成において、機能領域Ａ２１ａ、機能領域Ａ２１ｂ及び機能領域Ａ２１ｃに塗布液を塗布すると、非機能領域Ａ２２を介して塗布液が連通する。そして、機能領域Ａ２１ａと機能領域Ａ２１ｂと機能領域Ａ２１ｃとの間で塗布膜の膜厚に差があると、ラプラス圧が等しくなるように膜厚の大きな機能領域から小さな機能領域に塗布液が移動する。このため、各機能領域Ａ２１に塗布される塗布液の膜厚を均一化することができる。結果として、各機能領域Ａ２１に形成される機能性膜４３の膜厚を均一化することができる（図２）。
【００２９】
図１に係るパターン形成基材の比較のために、親液性パターンが非機能領域を有しない場合について、図３及び図４を参照しながら説明する。
【００３０】
図３は、従来のパターン形成基材の構成を例示する図である。具体的には、図３は、従来のパターン形成基材とインクジェットヘッドとの位置関係を例示する図である。なお、図３における矢印は、インクジェットヘッドの走査方向を表す。
【００３１】
図４は、従来のパターン形成基材に形成された機能性膜を例示する図である。具体的には、図３のパターン形成基材に形成された機能性膜の膜厚を例示する図である。なお、図４の下側に示す図は、図４の上側に示す図の断面における機能性膜の膜厚を表す。
【００３２】
図３に示すパターン形成基材においては、親液性パターンは、図１と同様の複数の機能領域Ａ２１（Ａ２１ａ、Ａ２１ｂ、Ａ２１ｃ）を有する。しかし、複数の機能領域Ａ２１は、非機能領域Ａ２２によって接続されていない。このため、インクジェットヘッドＩＨに配置されたノズルＮ１から吐出された液滴は、機能領域Ａ２１ａの表面を濡れ拡がる。また、インクジェットヘッドＩＨに配置されたノズルＮ３から吐出された液滴は、機能領域Ａ２１ｂの表面を濡れ拡がる。また、インクジェットヘッドＩＨに配置されたノズルＮ５から吐出された液滴は、機能領域Ａ２１ｃの表面を濡れ拡がる。
【００３３】
すなわち、各々が接続されることなく孤立している複数の機能領域Ａ２１に対して、インクジェットヘッドＩＨに配置された異なるノズルＮによって塗布液が塗布される。このため、複数の機能領域Ａ２１に塗布される塗布液の塗布量は、ノズルＮの吐出量ばらつきの影響を大きく受ける。結果として、各機能領域Ａ２１に形成される機能性膜の膜厚にばらつきが生じる（図４）。
【００３４】
次に、親液性パターンを有するパターン形成基材の他の例について、図５及び図６を参照しながら説明する。
【００３５】
図５は、本発明に係るパターン形成基材の構成を例示する図である。具体的には、図５は、本発明に係るパターン形成基材とインクジェットヘッドとの位置関係を例示する図である。なお、図５における矢印は、インクジェットヘッドの走査方向を表す。
【００３６】
図６は、本発明に係るパターン形成基材に形成された機能性膜を例示する図である。具体的には、図５のパターン形成基材に形成された機能性膜の膜厚を例示する図である。なお、図６の下側に示す図は、図６の上側に示す図の断面における機能性膜の膜厚を表す。
【００３７】
図５に示すパターン形成基材は、機能領域Ａ２１が円形状であり、複数の機能領域Ａ２１のうち最小幅Ｄが同一又は略同一の機能領域上に形成される機能性膜の狙いの膜厚が等しい機能領域が非機能領域によって接続されていることを特徴としている。なお、機能領域Ａ２１が円形状である場合には、円の直径が最小幅Ｄである。
【００３８】
このため、図１で示したパターン形成基材の場合と同様に、各機能領域Ａ２１に形成される機能性膜４３の膜厚を均一化することができる（図６）。
【００３９】
また、非機能領域Ａ２２の最小幅ｄは、機能領域Ａ２１の最小幅Ｄよりも小さいことが好ましい。すなわち、最小幅Ｄを有する機能領域Ａ２１が、最小幅Ｄよりも小さい最小幅ｄを有する非機能領域Ａ２２によって接続されていることが好ましい。これにより、非機能領域Ａ２２に形成された機能性膜４３の膜厚が機能領域Ａ２１よりも小さくなる（図６）。これは、ラプラス圧のつり合いを維持しようとするので、最小幅が小さいほど塗布液の膜厚が小さくなるためである。結果として、非機能領域Ａ２２に形成される機能性膜４３によって、機能領域Ａ２１に形成された機能性膜の機能の発現が妨げることを抑制することができる。例えば機能性膜が電気−機械変換膜の場合、機能領域上に形成された機能性膜による変形が、非機能領域上の機能性膜のもつ弾性によって小さくなることがあるが、非機能領域上の機能性膜が薄ければこの影響は小さくなる。
【００４０】
さらに、図５に係るパターン形成基材によれば、機能性膜の形成に必要な機能性液の塗布量を低減することができる。
【００４１】
なお、図５においては、機能領域Ａ２１が円形状である例について説明したが、本発明はこの点において限定されるものではなく、機能領域Ａ２１は楕円形状であってもよい。機能領域Ａ２１が楕円形状である場合には、楕円の短軸の長さ（短径）が最小幅Ｄとすることで、機能領域Ａ２１が円形状の場合と同様の効果を得ることができる。
【００４２】
図５に係るパターン形成基材の比較のために、親液性パターンが非機能領域を有しない場合について、図７及び図８を参照しながら説明する。
【００４３】
図７は、従来のパターン形成基材の構成を例示する図である。具体的には、図７は、従来のパターン形成基材とインクジェットヘッドとの位置関係を例示する図である。なお、図７における矢印は、インクジェットヘッドの走査方向を表す。
【００４４】
図８は、従来のパターン形成基材に形成された機能性膜を例示する図である。具体的には、図７のパターン形成基材に形成された機能性膜の膜厚を例示する図である。なお、図８の下側に示す図は、図８の上側に示す図の断面における機能性膜の膜厚を表す。
【００４５】
図７に示すパターン形成基材においては、親液性パターンは、図５と同様の複数の機能領域Ａ２１（Ａ２１ａ、Ａ２１ｂ、Ａ２１ｃ）を有する。しかし、複数の機能領域Ａ２１は、非機能領域Ａ２２によって接続されていない。このため、インクジェットヘッドＩＨに配置されたノズルＮ１及びノズルＮ２から吐出された液滴は、機能領域Ａ２１ａの表面を濡れ拡がる。また、インクジェットヘッドＩＨに配置されたノズルＮ３及びノズルＮ４から吐出された液滴は、機能領域Ａ２１ｂの表面を濡れ拡がる。また、インクジェットヘッドＩＨに配置されたノズルＮ５及びノズルＮ６から吐出された液滴は、機能領域Ａ２１ｃの表面を濡れ拡がる。
【００４６】
すなわち、各々が接続されることなく孤立している複数の機能領域Ａ２１に対して、インクジェットヘッドＩＨに配置された異なるノズルＮによって塗布液が塗布される。このため、複数の機能領域Ａ２１に塗布される塗布液の塗布量は、ノズルＮの吐出量ばらつきの影響を大きく受ける。結果として、各機能領域Ａ２１に形成される機能性膜の膜厚にばらつきが生じる（図８）。
【００４７】
（機能性膜の形成方法）
次に、パターン形成基材に機能性膜を形成する方法の一例として、パターン形成基材に電気−機械変換膜（強誘電体膜）を形成する方法について説明する。
【００４８】
図９は、本発明に係る電気−機械変換膜の形成方法を例示するフローチャートである。
【００４９】
電気−機械変換膜の形成方法は、図９に示すように、表面改質工程Ｓ２と、塗布工程Ｓ３と、加熱工程Ｓ４と、判定工程Ｓ５とを有する。また、表面改質工程Ｓ２に先立って下部電極形成工程Ｓ１を行い、判定工程Ｓ５の後に上部電極形成工程Ｓ６を行うことで、電気−機械変換膜を含む電気−機械変換素子を作製することができる。
【００５０】
以下、各々の工程について、図１０及び図１１を参照しながら説明する。図１０は、本発明に係る電気−機械変換膜の形成方法を例示する断面工程図である。図１１は、本発明に係る電気−機械変換膜の形成方法を例示する平面図である。なお、図１１における矢印は、インクジェットヘッドの走査方向を表す。
【００５１】
まず、下部電極形成工程Ｓ１について説明する。
【００５２】
下部電極形成工程Ｓ１は、基材上に下部電極を形成する工程である。具体的には、下部電極形成工程Ｓ１は、図１０（ａ）に示すように、基材（図示せず）上に白金電極４１を形成した後、白金電極４１の表面の一部、すなわち、図１１に示す機能領域Ａ２１及び非機能領域Ａ２２に酸化物電極４２を形成する工程である。なお、白金電極４１は、図１１における低表面エネルギー領域Ａ１０に形成されている。
【００５３】
機能領域Ａ２１は、例えば図１１に示すように、インクジェットヘッドＩＨの走査方向が長手方向、インクジェットヘッドＩＨの走査方向と垂直方向が短手方向の矩形状とすることができる。そして、複数の機能領域Ａ２１が機能領域Ａ２１の短手方向に配列した構成とすることができる。機能領域Ａ２１の長手方向の長さをＬ、短手方向の長さをＤとすると、例えばＬ＝１０００μｍ程度、Ｄ＝５０μｍ程度とすることができる。
【００５４】
非機能領域Ａ２２は、例えば図１１に示すように、インクジェットヘッドＩＨの走査方向と垂直方向が長手方向、インクジェットヘッドＩＨの走査方向が短手方向の矩形状とすることができる。そして、非機能領域Ａ２２は、複数の機能領域Ａ２１を接続している。短手方向の長さをｄとすると、例えばｄ＝５０μｍとすることができる。
【００５５】
基材としては、シリコンウエハ等を用いることができる。酸化物電極４２としては、ＳｒＲｕＯ３等の導電性酸化物を用いることができる。
【００５６】
白金電極４１及び酸化物電極４２の形成方法としては、スパッタ法により成膜した後、フォトリソグラフィ及びエッチングの工程によって所望の形状にパターニングする方法等が挙げられる。
【００５７】
次に、表面改質工程Ｓ２について説明する。
【００５８】
表面改質工程Ｓ２は、基材の表面を部分的に表面改質する工程である。具体的には、表面改質工程Ｓ２は、図１０（ｂ）に示すように、基材（図示せず）の表面のうち白金電極４１が露出している領域に自己組織化単分子（ＳＡＭ：Self-Assembled Monolayer）膜（以下「ＳＡＭ膜４５」という。）を形成する。これにより、白金電極４１が露出している領域と酸化物電極４２が露出している領域との間の表面エネルギーにコントラストを設けることができる。
【００５９】
表面エネルギーにコントラストを設ける方法としては、例えばアルカンチオールが白金族金属に自己配列する現象を用いることができる。具体的には、白金電極４１の表面に酸化物電極４２が部分的に成膜された下部電極を有する基材をアルカンチオール液にディップすると、白金電極４１の表面にＳＡＭ膜４５が形成されるのに対し、酸化物電極４２の表面にはＳＡＭ膜４５が形成されない。
【００６０】
そして、ＳＡＭ膜４５にはアルキル基が配置されることから、白金電極４１の表面は低表面エネルギー（撥液性）となり、酸化物電極４２の表面は高表面エネルギー（親液性）となる。すなわち、白金電極４１が露出している領域と酸化物電極４２が露出している領域との間に表面エネルギーのコントラストを設けることができる。
【００６１】
なお、本実施形態における表面改質工程において、表面改質された白金電極４１の表面における水の接触角は１１０°であった。
【００６２】
次に、塗布工程Ｓ３について説明する。
【００６３】
塗布工程Ｓ３は、基材の表面に電気−機械変換膜４３の前駆体であるゾル−ゲル液を塗布する工程である。具体的には、塗布工程Ｓ３は、図１０（ｃ）に示すように、酸化物電極４２の表面に、インクジェット方式により電気−機械変換膜４３の前駆体であるゾル−ゲル液を塗布し、パターン化されたゾル−ゲル膜４３ａを形成する工程である。
【００６４】
塗布工程Ｓ３では、電気−機械変換膜４３の前駆体であるゾル−ゲル液を塗布する際に、ゾル−ゲル液の着弾位置がずれることがある。しかしながら、本実施形態に係る電気−機械変換膜４３の形成方法によれば、基材の表面における電気−機械変換膜４３を形成する領域にはＳＡＭ膜４５が形成されているため、高表面エネルギーとなっている。また、基材の表面における電気−機械変換膜４３を形成しない領域にはＳＡＭ膜４５が形成されることなく、低表面エネルギーとなっている。このため、ゾル−ゲル液の着弾位置がずれた場合であってもゾル−ゲル液は高表面エネルギー領域に形成される。
【００６５】
また、塗布工程Ｓ３では、例えばインクジェットヘッドＩＨの複数のノズルＮから吐出されるゾル−ゲル液の吐出量が変動すると、複数の機能領域Ａ２１の各々に吐出されるゾル−ゲル液の吐出量が変化する。このため、各々の機能領域Ａ２１に形成されるゾル−ゲル膜４３ａの膜厚が異なることがある。しかしながら、本実施形態に係る電気−機械変換膜４３の形成方法によれば、非機能領域Ａ２２が複数の機能領域Ａ２１を接続している。このため、複数の機能領域Ａ２１の各々に吐出されるゾル−ゲル液の吐出量が異なる場合であっても、一の機能領域Ａ２１に吐出されたゾル−ゲル液が非機能領域Ａ２２を介して他の機能領域Ａ２１に移動する。結果として、複数の機能領域Ａ２１の各々に形成される電気−機械変換膜４３の膜厚ばらつきが抑制される。
【００６６】
次に、塗布工程Ｓ３に好適に用いることができる装置について、図１２を参照しながら説明する。図１２は、ゾル−ゲル液の塗布に使用可能な産業用インクジェット描画装置の構成を例示する概略図である。
【００６７】
インクジェット方式によるゾル−ゲル液の塗布には、例えば図１２に示すような産業用インクジェット描画装置を用いることができる。
【００６８】
図１２に示す産業用インクジェット描画装置は、架台２００上に、ゾル−ゲル液を塗布する対象物である基板２０２を固定するステージ２０３を備えている。ステージ２０３は、基板２０２をＹ軸方向に移動させることが可能なＹ軸駆動手段２０１を備えている。
【００６９】
そして、基板２０２に対向するようにしてヘッド２０８が設けられている。ヘッド２０８は、ゾル−ゲル液供給用パイプ２１０に接続され、図示しない制御部からの信号により、基板２０２に対してゾル−ゲル液を供給することにより、ゾル−ゲル液を基板２０２の表面に塗布する。
【００７０】
ヘッド２０８は、ヘッドベース２０９に固定されている。ヘッドベース２０９は、Ｘ軸支持部材２０４に設けられたＸ軸駆動手段２０５に接続されており、Ｘ軸方向に移動可能となっている。
【００７１】
すなわち、産業用インクジェット描画装置においては、Ｘ軸駆動手段２０５とＹ軸駆動手段２０１とによって、ヘッド２０８を基板２０２上の所望の位置に移動させることができる。
【００７２】
以上に説明したような産業用インクジェット描画装置により、予め制御部にインプットされた電気−機械変換膜４３のパターンを基に、ヘッド２０８からゾル−ゲル液を電気−機械変換膜パターン形成箇所のみに着弾させて、塗布することができる。
【００７３】
なお、本実施形態で使用するゾル−ゲル液としては、インクジェットヘッドで塗布可能なように予め粘度、表面張力を調整していることが好ましい。また、一度の成膜で得られる膜厚は５０〜１００ｎｍ程度が好ましく、ゾル−ゲル液の濃度は成膜面積とゾル−ゲル液の塗布量との関係から適正化されていることが好ましい。
【００７４】
また、ゾル−ゲル液の材料としては特に限定されるものではなく、成膜後に圧電特性を示す材料であればよい。具体的には、成膜した際にＰＺＴとなる材料、ランタン添加ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＬＺＴ）、マグネシウムニオブ酸鉛（ＰＭＮ）、ニッケルニオブ酸鉛（ＰＮＮ）、チタン酸バリウム（ＢＴ）等の様々な圧電セラミック材料となる原料溶液を用いることができる。
【００７５】
なお、ＰＺＴとは、ジルコン酸鉛（ＰｂＺｒＯ３）とチタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ３）の固溶体で、その比率により特性が異なるが、その比率についても限定されるものではなく、要求される圧電性能等に応じて選択することができる。中でもＰｂＺｒＯ３とＰｂＴｉＯ３の比率（モル比）が５３：４７の割合で、化学式で示すとＰｂ（Ｚｒ０．５３，Ｔｉ０．４７）Ｏ３で表わされるＰＺＴ（ＰＺＴ（５３／４７）とも示される。）は、特に優れた圧電特性を示すことから好適に用いることができる。
【００７６】
次に、加熱工程Ｓ４について説明する。
【００７７】
加熱工程Ｓ４は、乾燥工程と、熱分解工程と、結晶化工程とを含む。
【００７８】
乾燥工程は、ゾル−ゲル膜４３ａを加熱処理することで、ゾル−ゲル膜４３ａを乾燥する工程である。ゾル−ゲル膜４３ａの乾燥手段としては、例えばホットプレート、赤外線ランプ照射装置等の乾燥温度、昇温レート及び時間を制御できる加熱機構であることが好ましい。
【００７９】
熱分解工程は、ゾル−ゲル膜４３ａを熱分解する工程であり、溶媒成分が除去されたゾル−ゲル膜４３ａ中の有機物を除去し、図１０（ｄ）に示すように、電気−機械変換膜４３のパターンを形成する工程である。
【００８０】
結晶化工程は、ゾル−ゲル膜４３ａを結晶化する工程であり、熱分解された電気−機械変換膜４３をさらに高温で焼結、結晶化させる工程である。
【００８１】
なお、加熱工程Ｓ４では、表面改質工程Ｓ２で形成されたＳＡＭ膜４５が消失する。
【００８２】
次に、判定工程Ｓ５について説明する。
【００８３】
判定工程Ｓ５は、表面改質工程Ｓ２、塗布工程Ｓ３及び加熱工程Ｓ４の実行回数が基準回数に達したか否かを判定する工程である。具体的には、判定工程Ｓ５では、表面改質工程Ｓ２、塗布工程Ｓ３及び加熱工程Ｓ４の実行回数が基準回数に達している場合には、上部電極形成工程Ｓ６を行う。一方、表面改質工程Ｓ２、塗布工程Ｓ３及び加熱工程Ｓ４の実行回数が基準回数に達していない場合には、図１０（ｅ）及び図１０（ｆ）に示すように、表面改質工程Ｓ２、塗布工程Ｓ３及び加熱工程Ｓ４を再び行う。
【００８４】
以上に説明したように、表面改質工程Ｓ２、塗布工程Ｓ３及び加熱工程Ｓ４を基準回数、例えば２４回繰り返し行うことによって、所望の膜厚の電気−機械変換膜４３とすることができる。
【００８５】
なお、表面改質工程Ｓ２で形成されたＳＡＭ膜４５は、図１０（ｄ）に示すように、加熱工程Ｓ４で消失する。このため、表面改質工程Ｓ２、塗布工程Ｓ３及び加熱工程Ｓ４を繰り返し行う場合、２回目以降の塗布工程Ｓ３程の前にも１回目と同様の表面改質工程Ｓ２を行う必要がある。
【００８６】
また、２回目以降の表面改質工程Ｓ２においては、電気−機械変換膜４３が成膜された状態の基板に対して、酸化物電極４２の表面のみにＳＡＭ処理を行う必要があるため、１回目の表面改質工程Ｓ２とは異なる。しかし、電気−機械変換膜４３も酸化物電極４２と同様に酸化物であるため、電気−機械変換膜４３の表面にはＳＡＭ膜４５が形成されない。すなわち、白金電極４１の表面のみにＳＡＭ膜４５を形成することができる。このため、２回目以降の表面改質工程Ｓ２においても、１回目の表面改質工程Ｓ２と同様に、電気−機械変換膜４３が露出している領域と酸化物電極４２が露出している領域との間の表面エネルギーにコントラストを設けることができる。
【００８７】
また、前述した電気−機械変換膜４３の形成方法によって、１μｍ以上の膜厚を有するＰＺＴを成膜したところ、複数の機能領域Ａ２１上に形成されたＰＺＴの膜厚ばらつきは、平均値±２％以下であった。すなわち、本実施形態に係る電気−機械変換膜４３の形成方法によって、複数の機能領域Ａ２１のパターン間における膜厚ばらつきを抑制することができた。
【００８８】
なお、各々の機能領域Ａ２１上に形成されたＰＺＴの短手方向の断面形状は平坦ではなく、表面張力によって円弧状となるため、膜厚ばらつきを算出するときの膜厚としては、最大高さを用いた。
【００８９】
以上に説明したように、本実施形態に係るパターン形成基材及び機能性膜の形成方法によれば、複数のパターンに形成される機能性膜の膜厚ばらつきを抑制することができる。
【００９０】
［第２実施形態］
本実施形態では、第１実施形態で得られた電気−機械変換膜４３を備えた電気−機械変換素子の構成例について、図１３を参照しながら説明する。
【００９１】
図１３は、本発明に係る電気−機械変換素子の構成を例示する図である。
【００９２】
電気−機械変換素子は、図１３に示すように、基材の表面に形成された白金電極４１と、白金電極４１の表面に形成された第１実施形態に係る電気−機械変換膜４３と、電気−機械変換膜４３の表面に形成された上部電極４４とを有することを特徴とする。
【００９３】
上部電極４４は、図１３に示すように、電気−機械変換膜４３が形成された領域のうちの一部の領域に形成されている。そして、上部電極４４が形成された領域が機能領域Ａ２１となる。上部電極４４の材料としては、白金を好適に用いることができる。上部電極４４の形成方法としては、白金をスパッタ法で成膜した後、フォトリソグラフィ及びエッチングの工程によりパターニングする方法等を用いることができる。
【００９４】
本実施形態に係る電気−機械変換素子は、第１実施形態で説明した電気−機械変換膜４３を有するため、複数の電気−機械変換膜４３のパターン間における膜厚ばらつきを抑制することができる。結果として、電気−機械変換素子の特性ばらつきを抑制することができる。
【００９５】
なお、本実施形態に係る電気−機械変換素子は、第１実施形態で説明した電気−機械変換膜４３を用いているため、機能領域Ａ２１上に成膜された電気−機械変換膜４３は、電気−機械変換膜４３の短手方向における断面が円弧状となっている。すなわち、電気−機械変換膜４３の短手方向の外側（端部）ほど膜厚が小さい。係る電気−機械変換素子に電界を印加した場合、電気−機械変換膜４３の短手方向の端部の電界強度は、中央部の電界強度と比較して大きくなるため、電気−機械変換膜４３の端部は、中央部と比較して破壊されやすい。
【００９６】
このため、第２の電極の短手方向（図１３のＸ方向）の幅は、電気−機械変換膜４３の短手方向（図１３のＸ方向）の幅よりも小さいことが好ましく、電気−機械変換膜４３の短手方向の幅より両側各々について５μｍ以上小さいことがより好ましい。これにより、電気−機械変換膜４３の端部の電界強度を小さくすることができるため、電気−機械変換膜４３の端部の破壊を抑制することができる。
【００９７】
［第３実施形態］
本実施形態では、第２実施形態で説明した電気−機械変換素子を備えた液体吐出ヘッドの構成例について、図１４及び図１５を参照しながら説明する。
【００９８】
図１４及び図１５は、本発明に係る液体吐出ヘッドの構成を例示する概略図である。具体的には、図１４は１ノズルの液体吐出ヘッドの構成を例示する概略図であり、図１５は図１４に示した１ノズルの液体吐出ヘッドを複数個配列して形成された液体吐出ヘッドの構成を例示する概略図である。このため、以下では、図１４を参照しながら、液体吐出ヘッドについて説明する。
【００９９】
液体吐出ヘッドは、図１４に示すように、液滴を吐出するノズル１１と、ノズル１１が連通する圧力室２１と、圧力室２１の壁の一部を構成する振動板３０と、振動板３０上に形成された第２の実施形態に係る電気−機械変換素子４０とを有することを特徴とする。
【０１００】
液体吐出ヘッドの構成について、図１４を参照しながら具体的に説明する。
【０１０１】
圧力室２１内の液体を昇圧させる吐出駆動手段として、圧力室２１の壁の一部を構成する振動板３０で構成し、振動板３０に電気−機械変換素子４０が配置されている。また、電気−機械変換素子４０が形成されている基板２０をエッチングして形成されインク等の液体（以下「インク」という。）を収容するインク室である圧力室２１と、圧力室２１内のインクを液滴状に吐出するインク吐出口としてのノズル孔であるノズル１１を備えたインクノズルとしてのノズル板１０とを有している。
【０１０２】
液体吐出ヘッドが液滴を吐出するメカニズムとしては、白金電極４１と酸化物電極４２とを含む下部電極及び上部電極４４に給電されることで電気−機械変換膜４３に発生する応力によって、振動板３０を振動させる。そして、この振動に伴って、ノズル１１から圧力室２１内のインクを液滴状に吐出するようになっている。なお、圧力室２１内にインクを供給するインク供給手段である液体供給手段、インクの流路、流体抵抗についての図示及び説明は省略している。
【０１０３】
本実施形態に係る液体吐出ヘッドによれば、第２実施形態で説明した、電気−機械変換膜４３の膜厚ばらつきが抑制され、電気特性が良好な電気−機械変換素子を用いているため、インク滴吐出不良がなく、安定したインク滴吐出特性が得られる。
【０１０４】
［第４実施形態］
本実施形態では、第３実施形態で説明した液体吐出ヘッドを搭載したインクジェット記録装置の構成例について、図１６及び図１７を参照しながら説明する。
【０１０５】
図１６は、本発明に係るインクジェット記録装置の構成を例示する斜視説明図であり、図１７は、本発明に係るインクジェット記録装置の機構部の構成を例示する側面説明図である。
【０１０６】
インクジェット記録装置は、記録装置本体８１の内部に主走査方向に移動可能なキャリッジ９３、キャリッジ９３に搭載した本発明を実施した液体吐出ヘッドからなる記録ヘッド、記録ヘッドへインクを供給するインクカートリッジ９５等で構成される印字機構部８２等を収納し、記録装置本体８１の下方部には前方側から多数枚の用紙８３を積載可能な給紙カセット（或いは給紙トレイでもよい。）８４を抜き差し自在に装着することができ、また、用紙８３を手差しで給紙するための手差しトレイ８５を開倒することができ、給紙カセット８４或いは手差しトレイ８５から給送される用紙８３を取り込み、印字機構部８２によって所要の画像を記録した後、後面側に装着された排紙トレイ８６に排紙する。
【０１０７】
印字機構部８２は、図示しない左右の側板に横架したガイド部材である主ガイドロッド９１と従ガイドロッド９２とでキャリッジ９３を主走査方向に摺動自在に保持し、このキャリッジ９３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体吐出ヘッドからなる記録ヘッド９４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９３には記録ヘッド９４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９５を交換可能に装着している。
【０１０８】
インクカートリッジ９５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へインクを供給する供給口を、内部にはインクが充填された多孔質体を有しており、多孔質体の毛管力により液体吐出ヘッドへ供給されるインクをわずかな負圧に維持している。また、記録ヘッドとしてここでは各色の記録ヘッド９４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。
【０１０９】
ここで、キャリッジ９３は後方側（用紙搬送方向下流側）を主ガイドロッド９１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９２に摺動自在に載置している。そして、このキャリッジ９３を主走査方向に移動走査するため、主走査モータ９７で回転駆動される駆動プーリ９８と従動プーリ９９との間にタイミングベルト１００を張装し、このタイミングベルト１００をキャリッジ９３に固定しており、主走査モータ９７の正逆回転によりキャリッジ９３が往復駆動される。
【０１１０】
一方、給紙カセット８４にセットした用紙８３を記録ヘッド９４の下方側に搬送するために、給紙カセット８４から用紙８３を分離給装する給紙ローラ１０１及びフリクションパッド１０２と、用紙８３を案内するガイド部材１０３と、給紙された用紙８３を反転させて搬送する搬送ローラ１０４と、この搬送ローラ１０４の周面に押し付けられる搬送コロ１０５及び搬送ローラ１０４からの用紙８３の送り出し角度を規定する先端コロ１０６とを設けている。搬送ローラ１０４は副走査モータ１０７によってギヤ列を介して回転駆動される。
【０１１１】
そして、キャリッジ９３の主走査方向の移動範囲に対応して搬送ローラ１０４から送り出された用紙８３を記録ヘッド９４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１０９を設けている。この印写受け部材１０９の用紙搬送方向下流側には、用紙８３を排紙方向へ送り出すために回転駆動される搬送コロ１１１、拍車１１２を設け、さらに用紙８３を排紙トレイ８６に送り出す排紙ローラ１１３及び拍車１１４と、排紙経路を形成するガイド部材１１５，１１６とを配設している。
【０１１２】
記録時には、キャリッジ９３を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド９４を駆動することにより、停止している用紙８３にインクを吐出して１行分を記録し、用紙８３を所定量搬送後次の行の記録を行う。記録終了信号または、用紙８３の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了させ用紙８３を排紙する。
【０１１３】
また、キャリッジ９３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９４の吐出不良を回復するための回復装置１１７を配置している。回復装置１１７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９３は印字待機中にはこの回復装置１１７側に移動されてキャッピング手段で記録ヘッド９４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。
【０１１４】
吐出不良が発生した場合等には、キャッピング手段で記録ヘッド９４の吐出口（ノズル）を密封し、チューブを通して吸引手段で吐出口からインクとともに気泡等を吸い出し、吐出口面に付着したインクやゴミ等はクリーニング手段により除去され吐出不良が回復される。また、吸引されたインクは、本体下部に設置された廃インク溜（図示せず）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。
【０１１５】
そして、本実施形態に係るインクジェット記録装置は、第３実施形態で説明した液体吐出ヘッド（インクジェットヘッド）を搭載している。
【０１１６】
液体吐出ヘッドは、前述したように、液体吐出ヘッドを構成する電気−機械変換素子４０の電気−機械変換膜４３の膜厚ばらつきが抑制されており、電気特性が良好な電気−機械変換素子を用いている。このため、電気−機械変換素子４０の振動板駆動不良によるインク滴吐出不良がない。結果として、安定したインク滴吐出特性が得られ、画像品質を向上させることができる。
【０１１７】
以上、パターン形成基材、強誘電体膜、液体吐出ヘッド、インクジェット記録装置及び機能性膜の形成方法を実施形態により説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能である。
【符号の説明】
【０１１８】
Ａ１０  低表面エネルギー領域
Ａ２０  高表面エネルギー領域
Ａ２１  機能領域
Ａ２２  非機能領域
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１１９】
【特許文献１】特開２００６−１２６６９２号公報
【図１】
2016042548.tif 000003
【図２】
2016042548.tif 000004
【図３】
2016042548.tif 000005
【図４】
2016042548.tif 000006
【図５】
2016042548.tif 000007
【図６】
2016042548.tif 000008
【図７】
2016042548.tif 000009
【図８】
2016042548.tif 000010
【図９】
2016042548.tif 000011
【図１０】
2016042548.tif 000012
【図１１】
2016042548.tif 000013
【図１２】
2016042548.tif 000014
【図１３】
2016042548.tif 000015
【図１４】
2016042548.tif 000016
【図１５】
2016042548.tif 000017
【図１６】
2016042548.tif 000018
【図１７】
2016042548.tif 000019