JP2000141635A - インクジェットヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 形状記憶合金を使用したインクジェットヘッ
ドにおいて、高精度の加工が行いやすく、比較的容易に
製造することができるインクジェットヘッドを提供す
る。 【解決手段】 インク液滴を吐出させるノズル１１と、
ノズル１１に連通する加圧室１２と、加圧室１２の壁面
の一部に設けられ、圧縮応力を生じる薄膜２１に形状記
憶合金２２を積層してなる加圧振動手段２０と、形状記
憶合金２２を加熱する加熱手段と、を有することを特徴
とするインクジェットヘッド。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インクジェット記
録装置に用いられるインクジェットヘッドに係り、特
に、形状記憶合金を用いたインクジェットヘッドに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】インクジェット記録装置は、記録時の騒
音が極めて小さいこと、高速印字が可能であること、イ
ンクの自由度が高く安価な普通紙を使用できることなど
多くの利点を有する。この中でも記録の必要な時にのみ
インク液滴を吐出する、いわゆるインク・オン・デマン
ド方式が、記録に不要なインク液滴の回収を必要としな
いため、現在主流となってきている。

【０００３】このようなインク・オン・デマンド方式の
インクジェットヘッドとして、例えば特開平６−９１８
６５号公報には、インク液滴を吐出させるための加圧振
動手段として形状記憶合金を用いたものが開示されてい
る。

【０００４】形状記憶合金は、加熱したときにオーステ
ナイト変態によりマルテンサイト相で起こした形状変形
を元に戻そうとする大きな力が発生するため、これをア
クチュエータとして用いた際には、ごく小さい形状のも
のであっても大きな力を得ることができる利点がある。
したがって、形状記憶合金を用いたアクチュエータをイ
ンクジェットヘッドの加圧振動手段として採用すること
は、インクジェットヘッドの小型化、高密度化に適した
ものの一つである。

【０００５】しかしながら、形状記憶合金は、冷却過程
でマルテンサイト変態を起こすときには、変形せず、力
も発生しない。したがって、加圧振動手段として形状記
憶合金を使うには、加熱過程により生じた変形を元に戻
す力が必要になる。上記公報に記載されたものでは、リ
ン青銅やステンレスの薄板を形状記憶合金に沿わせて配
置することにより、これら薄板のバネ力を利用して、形
状記憶合金が加熱過程において変形したものを元に戻す
ようにしている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、インクジェ
ットヘッドの加工には、ミクロンオーダでの加工精度が
要求されるため、上記公報のごとく、形状記憶合金を元
に戻すためのバイアスバネとしてリン青銅やステンレス
などの薄板を使用した場合、これらリン青銅やステンレ
スなどをミクロンオーダの精度で加工すること自体非常
に難しく、その製造が極めて困難であるといった問題が
ある。特にインクジェットヘッドは、ノズルの数が数千
に及ぶものがあり、その様なインクジェットヘッドでは
一つ一つの振動手段の大きさ、すなわち、形状記憶合金
と、これに対応するバイアスバネの大きさが数μｍ程度
から、ものによっては１μｍ以下となるものもあるた
め、その加工が非常に難しく、採用する製造方法によっ
ては、インクジェットヘッドの値段にも大きく影響する
ことになる。

【０００７】そこで、本発明の目的は、形状記憶合金を
使用したインクジェットヘッドにおいて、高精度の加工
が行いやすく、比較的容易に製造することができるイン
クジェットヘッドを提供することである。

【０００８】

【解決を解決するための手段】本発明の目的は、下記す
る手段により達成される。

【０００９】（１）インク液滴を吐出させるノズルと、
前記ノズルに連通する加圧室と、前記加圧室の壁面の一
部に設けられ、圧縮応力を生じる薄膜に形状記憶合金を
積層してなる加圧振動手段と、前記形状記憶合金を加熱
する加熱手段と、を有することを特徴とするインクジェ
ットヘッド。

【００１０】（２）前記圧縮応力を生じる薄膜は、シリ
コン酸化膜であることを特徴とするインクジェットヘッ
ド。

【００１１】（３）前記加熱手段は、前記形状記憶合金
に直接電流を流すことにより自己発熱させるものである
ことを特徴とするインクジェットヘッド。

【００１２】（４）前記加熱手段は、前記形状記憶合金
の上部に位置するヒータ線であることを特徴とするイン
クジェットヘッド。

【００１３】（５）前記加熱手段は、前記形状記憶合金
にレーザ光を照射するレーザ光照射手段であることを特
徴とするインクジェットヘッド。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明を、実施形態を例示
することによって具体的に説明する。

【００１５】《実施形態１》図１は、本実施形態１のイ
ンクジェットヘッドを示す斜視図であり、図２は、図１
に示したＡ−Ａ線における断面図であり、図３は同じく
Ｂ−Ｂ線に沿う断面図である。なお、図１においては、
後に詳細に説明するように、このインクジェットヘッド
の主要な部分の構成が分かりやすいように、最上層の保
護膜を省略した。

【００１６】図示するインクジェットヘッド１は、イン
ク液滴が吐出される複数のノズル１１と、ノズル１１か
らインク液滴を吐出させるために、その内圧を可変する
ための加圧振動手段２０を備え各ノズル１１ごとに分離
して設けられている加圧室１２と、加圧室１２へインク
を供給するためにインクを蓄えておく共通インク室１３
と、共通インク室１３内のインクを各加圧室１２へ導く
インレット１４と、加圧振動手段２０に設けられている
後述する形状記憶合金２２に電力を供給する共通配線１
５および個別配線１６と、インクジェットヘッド１の図
示上部全面を覆う保護膜（パシベーション）１７と、が
設けられている。

【００１７】このインクジェットヘッド１は、その製造
方法上、加圧室１２、共通インク室１３および加圧振動
手段２０が形成されている第１基板１０と、ノズル１１
およびインレット１４が形成されている第２基板３０に
よって構成されている。また、共通インク室１３には、
インクジェットヘッド１をプリンタに装備した際にプリ
ンタに設けられているインクタンクからインクを供給す
るための開口部（不図示）が設けられている。

【００１８】加圧振動手段２０は、各加圧室１２に共通
して、その壁面の一部（図示上部壁面）を構成するシリ
コン酸化膜（以下単に酸化膜と称する）２１と、各加圧
室１２ごとに分離して、酸化膜２１上に設けられている
形状記憶合金２２よりなる。なお、酸化膜２１は、共通
インク室１３の壁面の一部（図示上部壁面）にもなって
いる。

【００１９】この加圧振動手段２０の機能および動作に
ついて説明する。

【００２０】加圧振動手段２０は、１つの加圧室１２に
ついて見た場合、前記したように、酸化膜２１の図示上
部に形状記憶合金２２が積層されたものである。ここ
で、酸化膜２１の働きは、形状記憶合金２２に対して、
形状記憶合金２２が加熱されることにより記憶された形
状となった後、室温に戻したときに、加熱される前の状
態に戻すためのバイアスバネとして機能するものであ
る。

【００２１】本実施形態においては、形状記憶合金２２
に平面形状を記憶させておき、一方、室温時には、図２
に示したように、図示上部に凸に出ている形状となるよ
うにしている。そして、形状記憶合金２２は加熱される
ことでオーステナイト変態が生じ、図４に示すように、
平面形状となる。この平面形状になるときに加圧室１２
内部が加圧されるので、ノズル１１からインク液滴が吐
出する。その後、形状記憶合金２２が冷却されるとマル
テンサイト変態を起こす。このとき形状記憶合金２２だ
けでは形状変形は起きないが、酸化膜２１がバイアスバ
ネとして作用することで、元の上に凸になった状態に戻
る。

【００２２】この酸化膜２１がバイアスバネとして働く
理由について説明する。酸化膜は、シリコン基板上に形
成されると、シリコン基板に対して圧縮応力をもった層
となる。特にシリコンを熱酸化して成膜した酸化膜はシ
リコン内に酸素原子が入り込み酸化ケイ素となるので、
シリコン基板に対して大きな圧縮応力を示す。そして、
酸化膜下のシリコン基板の一部を、後に詳細に説明する
製造工程のように、異方性エッチングにより除去するこ
とで、酸化膜の層は、シリコン基板によって圧縮された
状態から解放されて広がろうとするため、上に凸の状態
となる。

【００２３】そして、酸化膜は、この上に凸となった状
態、すなわち、圧縮応力が解放された状態を保とうとす
るため、形状記憶合金が加熱されて、その変形力により
平面形状となった後、形状記憶合金が冷えてその変形力
がなくなると、上に凸の状態に戻すバイアスバネとして
作用するのである。

【００２４】このバイアスバネとして作用する力は、上
記したように酸化膜の圧縮応力が解放される力であり、
したがって、圧縮応力そのものと略同じ力となる。ちな
みに酸化膜の圧縮応力は２．３６×１０⁸ Ｐａであり、
これがバイアスバネとしての力と考えてよい。

【００２５】これに対し、形状記憶合金の力は、オース
テナイト変態を起こす１００℃前後を見ると、形状記憶
時の熱処理温度や時間などにもよるが、例えば５００〜
８００℃で５分〜１時間程度の場合、１〜４×１０⁸ Ｐ
ａ程度の引っ張り応力を示す。そして本実施形態では、
後述のように、５５０℃、１時間の熱処理を行ってお
り、これによる形状記憶合金の引っ張り応力は２．７４
×１０⁸ Ｐａとなり、前記酸化膜のバイアス力をちょう
ど打ち消す程度の力となる。したがって、形状記憶合金
に平面形状を記憶させておけば、オーステナイト変態を
起こすときに、酸化膜のバイアスバネとしての力を打ち
消して平面形状となる。一方、形状記憶合金がマルテン
サイト変態を起こすとき、およびその前駆段階であるＲ
相変態を起こすときには、上記熱処理条件（５００〜８
００℃で５分〜１時間程度）では、１０⁶ 〜１０⁷ Ｐａ
程度の引っ張り応力を示し、本実施形態の熱処理条件
（５５０℃、１時間）では、６．３８×１０⁶ Ｐａとな
るので、前記した酸化膜のバイアスバネとしての力より
２桁小さいため、酸化膜の圧縮応力が解放される力で、
十分に元の凸状態に戻ることになる。

【００２６】次に、形状記憶合金２２に配線されている
共通配線１５と個別配線１６は、形状記憶合金２２に電
力を供給して、直接発熱させるためのものである。な
お、図示してはいないが共通配線１５はアースラインに
接続され、個別配線１６は各々個別にスイッチを介して
電源と接続されるものである。これにより、各形状記憶
合金２２には、図示しないスイッチの動作によって、そ
れぞれ個別に電力が供給されて自己発熱することとな
り、この発熱作用により、前記したように記憶した形
状、すなわち平面状態に変形することで、インク液滴が
ノズル１１より飛翔する。

【００２７】したがって、本実施形態１では、この形状
記憶合金２２そのものと、これに電力を供給するための
共通配線１５、個別配線１６、およびスイッチ、電源な
どが本発明の加熱手段として機能することとなる。

【００２８】次に、このインクジェットヘッド１の製造
方法について説明する。

【００２９】このインクジェットヘッド１は、いわゆる
半導体装置製造プロセスを利用して製造することができ
る。

【００３０】インクジェットヘッド１は、上述したよう
に第１基板１０と第２基板３０とから成り立っており、
それぞれ別途に製造し、最終工程でこれらを張り合わせ
ている。そこで、まず、加圧室１２、共通インク室１３
および加圧振動手段２０が形成されている第１基板１０
の製造方法について説明する。

【００３１】図５〜７は、第１基板１０の製造方法を工
程順に説明するための図面である。なお、これらの図面
は、前記図２において示した断面と同一断面における１
つの加圧室部分を示した。

【００３２】第１基板１０として使用するものは、通常
の半導体装置に用いられているシリコン（Ｓｉ）ウェー
ハを予め２００μｍの厚さにまでラッピングしたもので
ある。また、Ｓｉウェーハは、ウェーハ表面の面方位が
（１１０）のものを使用する。

【００３３】まず、図５Ａに示すように、２００μｍ程
度にラップしたウェーハ１０１の両面に熱酸化法により
酸化膜１０２ａおよび１０２ｂを１μｍ成膜する。ここ
で、ウェーハ１０１表面（図示上側の面、以下同様）の
酸化膜１０２ａは、前述した加圧振動手段２０における
酸化膜２１となるものである。また、ウェーハ１０１裏
面の酸化膜１０２ｂは後の工程において、ウェーハ１０
１を裏面側からエッチングして加圧室１２や共通インク
室１３を形成する際のエッチングマスクに利用されるも
のである。また、ここでウェーハ１０１の両面に酸化膜
１０２ａ，ｂを成膜することにより、後の工程におい
て、ＴｉＮｉ膜のアニール処理後、ウェーハ全体のそり
を防止することができる。

【００３４】次に図５Ｂに示すように、スパッタ法によ
りＴｉＮｉ膜１０３を、ウェーハ１０１表面、酸化膜１
０２ａ上に７μｍ成膜する。このときＴｉＮｉ膜の組成
は、Ｔｉ：Ｎｉ＝５０．１：４９．９とした。

【００３５】続いて、５５０℃、１時間のアニール処理
を行う。これにより、ＴｉＮｉ膜１０３に平坦な状態を
形状記憶する。ただし、この段階では、酸化膜１０２ａ
の下にはＳｉウェーハ１０１が残っているので、上方に
突出するようなことはない。

【００３６】次に、レジスト塗布、フォトリソグラフィ
ー工程により加圧室１２上部の領域を特定して、ＴｉＮ
ｉ膜１０３が加圧室１２の上部にのみ残るようにレジス
トエッチングマスクを形成し、フッ酸と硝酸の混合液に
よりＴｉＮｉ膜１０３をパターニングする。これにより
図５Ｃに示すように、ウェーハ１０１表面の酸化膜１０
２ａ上の、特定した加圧室１２となる部分の上部にのみ
ＴｉＮｉ膜が残り、加圧振動手段２０の形状記憶合金２
２となる。

【００３７】次に、ウェーハ１０１表面上には、図５Ｄ
に示すように、形状記憶合金２２を含む全面上にＡｌ膜
１０４をスパッタ法により成膜する。

【００３８】そして、成膜したＡｌ膜１０４を、レジス
ト塗布、フォトリソグラフィーおよびＲＩＥ（またはＣ
ＤＥ）によってパターニングして、Ａｌによる共通電極
１５および個別電極１６を形成する（図１参照）。

【００３９】次に、図６Ｅに示すように、ウェーハ１０
１表面上全体に、保護膜（パシベーション）１７として
シリコン窒化膜（以下、単に窒化膜と称する）または酸
化膜をプラズマＣＶＤ法またはスパッタ法などの低温で
成膜できる方法により成膜する。ここで低温で成膜する
のは、形状記憶合金２２とこの保護膜１７との間で、保
護膜１７の成膜時温度から冷却する過程で余計な応力を
発生させないようにするためである。因みにプラズマＣ
ＶＤ法では、３００℃程度で成膜することができ、スパ
ッタ法では略常温で成膜が可能である。なお、絶縁膜と
しては窒化膜や酸化膜に限らず、例えばポリイミド膜な
どでもよく、ポリイミド膜は応力の発生が少ないので好
ましい。

【００４０】次に、図６Ｆに示すように、ウェーハ１０
１表面上全体に、ワックス材１０５を塗布する。このワ
ックス材１０５は、後のウェーハ１０１の裏面からのエ
ッチングの際に表面全体を保護するためのマスクとな
る。

【００４１】次に、図６Ｇに示すように、ウェーハ１０
１裏面側の酸化膜１０２ｂ上に、レジストを塗布し、フ
ォトリソグラフィーによりレジストエッチングマスク１
０６を形成して、ＲＩＥにより酸化膜１０２ｂをエッチ
ングして、加圧室１２と共通インク室１３を特定するた
めの領域のみウェーハ１０１裏面側のＳｉ面を露出す
る。

【００４２】続いて、レジスト剥離後、ＫＯＨ溶液を用
いたＳｉの異方性エッチングにより、ウェーハ１０１裏
面側から加圧室１２と共通インク室１３部分を形成す
る。このとき、ウェーハ１０１にその表面が（１１０）
面のものを用いていることから、側壁は（１１１）面が
出ることで横方向にエッチングが広がることはない。ま
た、エッチングの最後は、ウェーハ１０１表面に最初に
形成した酸化膜１０２ａが露出した時点で停止する。こ
れにより、加圧室１２と共通インク室１３となる部分の
みエッチングされる。そして、加圧室１２を形成した部
分では、酸化膜１０２ａの応力が解放されるため、図７
Ｈに示すように、酸化膜１０２ａと形状記憶合金２２、
すなわち、加圧振動手段２０となる部分が上に凸の形状
となる。

【００４３】その後、図７Ｉに示すように、ウェーハ１
０１裏面の酸化膜１０２ｂおよびウェーハ１０１表面上
のワックス材１０５を除去して、この第１基板１０の製
造は終了する。

【００４４】次に、第２基板３０の製造方法について説
明する。図８は、第２基板３０の製造方法を工程順に示
す図面で、ノズル１１となる部分の断面を示す。

【００４５】第２基板３０の製造には、表面が（１０
０）面のＳｉウェーハ２０１を、予め１００μｍ程度に
ラッピングしたものを使用し、まず、図８Ａに示すよう
に、ウェーハ２０１の表裏面に熱酸化法により酸化膜２
０２ａ，２０２ｂを成膜する。

【００４６】続いて、図８Ｂに示すように、ウェーハ２
０１表面側の酸化膜２０２ａ上にレジスト２０３を塗布
し、フォトリソグラフィーおよびＲＩＥ（またはＣＤ
Ｅ）により、酸化膜２０２ａにノズル１１およびインレ
ット１４となる部分を特定するための開口２０４を形成
する。

【００４７】そして、レジスト除去後、ウェーハ２０１
をＫＯＨ溶液によって異方性エッチングする。これによ
り、図８Ｃに示すように、ウェーハ２０１には、断面が
三角形状の溝２０５が形成され、これがノズル１１およ
びインレット１４となる。このときＳｉのエッチング
は、ウェーハ表面の面方位を（１００）にしたことで、
ＫＯＨ溶液によるＳｉの異方性エッチングの特性とし
て、Ｓｉの（１１１）面が左右に完全に出た時点で、図
示したように断面形状が三角形の溝２０５が形成され
る。このとき、エッチングレートが極端に遅くなること
から自動停止の状態となる。なお、この溝２０５の深さ
は前記酸化膜２０２ａの開口２０４の大きさによって異
なるので、ノズル１１とインレット１４でそれぞれの大
きさを変える場合には、適宜、酸化膜２０２ａの、それ
ぞれの開口２０４の大ききを変えるとよい。

【００４８】次に、ウェーハ２０１表裏面の酸化膜２０
２ａ、２０２ｂをエッチング（フッ酸によるウエットエ
ッチング）して除去する。これにより図８Ｄおよび図９
に示すように、第２基板３０が完成する。なお、裏面側
の酸化膜２０２ｂは残しておいてもよい。

【００４９】そして、以上のようにして製造された第１
基板１０と第２基板３０とを陽極接合法により接合する
ことで、インクジェットヘッド１が完成する。

【００５０】このように本実施形態１では、加圧振動手
段を酸化膜上に形状記憶合金を積層しただけの単純な構
造としたので、インクジェットヘッドを通常の半導体装
置製造プロセスを利用して比較的容易に製作することが
可能となる。

【００５１】《実施形態２》次に、本発明を適用したイ
ンクジェットヘッドの他の実施形態について説明する。
本実施形態２は、インク液滴を吐出させるヘッド部と、
このヘッド部に備えられている形状記憶合金を加熱する
ための加熱手段とを分離したものである。

【００５２】図１０は本実施形態２におけるヘッド部５
０を示す斜視図である。このヘッド部５０の構成は、図
示するように、前述の実施形態１のインクジェットヘッ
ド１の構成から共通配線１５および個別配線１６を省い
たもので、その他の構成は実施形態１のインクジェット
ヘッド１と同じである。なお、図１０においても最上部
の保護膜については省略した。

【００５３】一方、ヘッド部５０に備えられている加圧
振動手段２０を構成する形状記憶合金２２を加熱する加
熱手段としては、図１１に示すように、レーザ光照射手
段であるレーザスキャンユニット（以下レーザユニット
と称する）６０を用いて、レーザ光を各加圧室１２ごと
に設けられた形状記憶合金２２に照射することにより行
っている。

【００５４】レーザユニット６０は、レーザ光源である
半導体レーザ６１と、半導体レーザ６１が発するレーザ
光を平行光にするコリメータレンズ６２と、レーザ光の
ビーム形状を変形するための絞り６３と、レーザ光を１
方向にだけ収束して後述のポリゴンミラー６６上に線状
に集光させるシリンドリカルレンズ６４と、モータ６５
に接続され、モータ６５によって回転するポリゴンミラ
ー６６と、ポリゴンミラー６６によって反射されて等角
速度でスキャンされているレーザ光を、等速度でヘッド
部５０の形状記憶合金２２へ照射するためのｆφレンズ
６７およびトーリックレンズ６８と、から構成され、さ
らに、スキャンしているレーザ光の非有効部７０におい
て、スキャンタイミングを検知するために、検出器７１
とこの検出器７１にレーザ光を導くためのミラー７２お
よびレンズ７３を有する。

【００５５】半導体レーザ６１は、図示しない制御装置
によってスイッチングされており、制御装置では、ポリ
ゴンミラー６６の回転に同期させて、半導体レーザ６１
をスイッチングすることで、適宜、インク液滴を吐出さ
せるノズル１１に対応した形状記憶合金２２を加熱す
る。

【００５６】これにより、本実施形態２のインクジェッ
トヘッドでは、ヘッド部５０自体に形状記憶合金２２を
加熱するための配線構造物を形成する必要がなくなるの
で、ヘッド部５０の製造がさらに簡単になる。また、ヘ
ッド部５０自体に加熱源を持たないので、連続印字した
場合でも、ヘッド部５０に加熱源としての構造物がない
分、蓄熱作用が少なく、安定したインク液滴の吐出が可
能となる。

【００５７】《実施形態３》次に、本発明を適用したさ
らに他の実施形態について説明する。

【００５８】図１２は、本実施形態３のインクジェット
ヘッド８０を示す斜視図であり、図１３は、図１２に示
したＡ−Ａ線における断面図であり、図１４は同じくＢ
−Ｂ線に沿う断面図である。なお、図１２においては、
このインクジェットヘッドの主要な部分の構成が分かり
やすいように、一部の絶縁膜と最上層の保護膜を省略し
た。

【００５９】本実施形態３は、加圧振動手段２０を構成
する形状記憶合金２２を加熱するための加熱手段とし
て、ヒータ線８４を形状記憶合金２２の上に設けたもの
である。このため、形状記憶合金２２の上部には、ヒー
タ線８４との絶縁をとるために絶縁膜８３を成膜して、
その上にヒータ線８４を設けている。また、このヒータ
線８４に電力を供給するために、共通配線８１と、個別
配線８２を設けている。なお、その他の構成は実施形態
１と同様である。

【００６０】本実施形態３のインクジェットヘッド８０
の製造工程は、前述した実施形態１と略同様の工程によ
り実施することができ、変更点としては、形状記憶合金
２２を形成するＴｉＮｉ膜の成膜後、このＴｉＮｉ膜を
パターニングする際に使用するフォトマスクとして、加
圧振動手段２０部分の形状記憶合金パターンと共通配線
８１および個別配線８２のパターンの入ったフォトマス
クを使用してＴｉＮｉ膜をパターニングし、その後、絶
縁膜８３を成膜して、共通電極８１および個別電極８２
部分の上部を開口し、その上からヒータ線８４となる、
例えばＴａＳｉＯ₂ を成膜して、これをヒータ線８４の
パターンに形成する。なお、絶縁膜８３としては、酸化
膜や窒化膜、あるいはポリイミド膜などを使用すること
ができ、酸化膜や窒化膜の場合にはプラズマＣＶＤ法や
スパッタ法など低温で成膜できる手法を用い、ポリイミ
ド膜の場合にはスピンコート法により成膜するとよい。

【００６１】本実施形態３では、このようにヒータ線８
４を別途形状記憶合金２２の上に設けることで、形状記
憶合金２２を加熱するために使用する配線における発熱
を少なくするものである。これは、前述した実施形態１
のように、形状記憶合金２２に直接電流を流す場合、そ
の構造は単純なものとなるが、形状記憶合金２２に電流
を供給するための配線と、形状記憶合金とのシート抵抗
の差が少なく、十分な発熱量を得ようとすると、ある程
度の電流量を必要とし、配線も発熱してしまう。例えば
配線をＡｌとすると、Ａｌのシート抵抗は数ｍΩ／□、
ＴｉＮｉは１０〜１０００ｍΩ／□であり、その差が少
ない。これに対し、配線に対して高い抵抗値を有するヒ
ータ線（発熱抵抗体）を設けることで、同じ発熱量を得
ようとした場合、配線に流れる電流量は、相対的に少な
くなるため、配線からの発熱を抑えることができるので
ある。なお、ヒータ線として用いたＴａＳｉＯ₂ のシー
ト抵抗は１００〜３０００ｍΩ／□である。したがっ
て、本実施形態３のようにヒータ線２２へ電力を供給す
る配線に形状記憶合金を用いたとしてもその抵抗値の差
が十分に大きいため、配線部分の形状記憶合金は発熱す
ることはない。

【００６２】《実施形態４》次に、本発明を適用したさ
らに他の実施形態について説明する。

【００６３】図１５は、本実施形態４のインクジェット
ヘッド８５を示す断面図であり、前記実施形態３におけ
る図１２に示したＡ−Ａ線に沿う断面と同位置によるも
のである。

【００６４】本実施形態４のインクジェットヘッド８５
は、図示するように、加圧振動手段２０を構成する酸化
膜２１を各加圧室１２ごとに分断したものである。な
お、その他の構成は、実施形態３のインクジェットヘッ
ド８０と同じである。

【００６５】このように、本実施形態４では、各加圧室
１２ごとにその上部にある酸化膜２１を分断すること
で、インクジェットヘッド８５全体にかかる応力を少な
くすることができ、インクジェットヘッド８５自体が酸
化膜２１の圧縮応力によってそるのを防止することがで
きる。

【００６６】これは、インクジェットヘッド８５に用い
ている第１基板１０が通常の半導体装置に使用している
ものより薄くしているため、基板全体にかかる応力は同
じでも、その影響が大きく、基板上に酸化膜などの応力
発生膜を成膜すると、どうしても基板がそりやすい傾向
にある。そこで、上記のように、酸化膜２１を各加圧室
１２ごとに分断することで、この酸化膜２１による応力
を基板全体に及ぼさないようにしたものである。

【００６７】なお、本実施形態４では、酸化膜２１と同
時に、形状記憶合金２２とヒータ線８４とを絶縁するた
めの絶縁膜８３も分断している。したがって、本実施形
態４によるインクジェットヘッド８５の製造において
は、絶縁膜８３を成膜後、レジストによるエッチングマ
スクのパターンを、各加圧室１２ごとに絶縁膜８３と酸
化膜２１がエッチングされるように形成し、これをＲＩ
Ｅなどによって絶縁膜８３と共に酸化膜２１をエッチン
グして分断している。これは、絶縁膜８３に酸化膜を用
いた場合に特に有効であるが、絶縁膜に、比較的応力の
少ない窒化膜やポリイミド膜を用いた場合や、酸化膜を
用いた場合でも、絶縁膜として基板にかかる応力が小さ
い場合には、絶縁膜８３は分断しなくてもよい。

【００６８】このように各加圧室１２ごとに絶縁膜２１
を分断することによる効果は、ラインプリントタイプの
インクジェットヘッド、すなわち、印刷を行う用紙の幅
方向を１度に印字するために用紙幅全体をカバーするよ
うに、複数のノズルを１列（若しくは数列）に設けたよ
うなインクジェットヘッドの場合に、特に有効である。
これは、このように大きなインクジェットヘッドの場
合、基板にそりが発生すると、インクジェットヘッドの
中央部と端部とでノズル位置が変わってしまい、１ライ
ン上でのインク弾着位置が違ってしまうという問題が生
じるのであるが、本実施形態４のように、基板のそりを
防止することで、このような１ライン上におけるインク
弾着位置の違いを防止することが可能となる。

【００６９】《実施形態５》次に、本発明を適用したさ
らに他の実施形態について説明する。

【００７０】図１６は、本実施形態５のインクジェット
ヘッド９０を示す断面図であり、前記実施形態３におけ
る図１２に示したＡ−Ａ線に沿う断面と同位置によるも
のである。

【００７１】本実施形態５のインクジェットヘッド９０
では、図示するように、加圧振動手段２０を構成する部
材として窒化膜９１、ポリシリコン膜９２および酸化膜
９３を積層した後、形状記憶合金２２としてＴｉＮｉを
積層し、さらにその上に実施形態３同様に絶縁膜８３を
介してヒータ線８４を配置したものである。また、ヒー
タ線８４に電力を供給する配線としてはＡｌ膜を使用し
ている。なお、その他の構成は、実施形態３のインクジ
ェットヘッド８０と同じである。

【００７２】このように、本実施形態５のインクジェッ
トヘッド９０では、窒化膜９１、ポリシリコン膜９２お
よび酸化膜９３を積層して、これをバイアスバネとして
機能させている。これにより、本実施形態５におけるイ
ンクジェットヘッド９０では、バイアスバネとして機能
させる部分の強度を増すことができ、インクジェットヘ
ッド９０の耐用年数を向上することができる。

【００７３】ここで、窒化膜は、後述する製造工程にお
けるシリコンウェーハの裏面からのエッチングにおいて
エッチングストップ層として機能する。また、窒化膜は
引っ張りの内部応力を有するため、酸化膜との組み合わ
せで加圧室と反対側の、図示上部方向へ突出しやすくな
る。さらに、ポリシリコンは、その成膜条件を適宜変更
することで、圧縮にも引っ張りにも内部応力を制御する
ことができるため、バイアスバネとしてのバネ力を適宜
に変えることが可能となり、その設計の自由度が向上す
る。

【００７４】また、このインクジェットヘッド９０で
は、ヒータ線８４に電力を供給する配線（共通配線８
１、個別配線８２）にＡｌ膜を使用したことにより、配
線抵抗が少なくなり、配線での発熱やエネルギーロスを
少なくすることができる。なお、配線としてはＡｌに限
らず、銅、クロム、金など半導体装置に用いられている
各種金属材料を使用することができる。

【００７５】以下、本実施形態５におけるインクジェッ
トヘッド９０の製造方法について説明する。

【００７６】本実施形態５においても、インクジェット
ヘッド９０は、第１基板１０と第２基板３０の２つの基
板からなるものであるが、第２基板３０については、実
施形態１と同様のものであるので、ここでは第１基板１
０の製造方法についてのみ説明する。

【００７７】図１７〜１８は本実施形態５におけるイン
クジェットヘッド９０のうち、加圧振動手段２０を有す
る第１基板１０の製造方法を説明するための図面であ
る。なお、図１７〜１８は、図１６に示した断面位置と
同じ断面位置において、１つの加圧室部分のみを示した
ものである。また、ここでは、実施形態１において説明
したものと同一機能を有する部材については同一の付号
を付し、同様の工程については一部その説明を省略し
た。

【００７８】本実施形態５においても使用するＳｉウェ
ーハ１０１は、実施形態１と同様に、ウェーハを予め２
００μｍ厚さにまでラッピングしたもので、また、ウェ
ーハ表面の面方位が（１１０）のものを使用する。

【００７９】まず、図１７Ａに示すように、厚さ２００
μｍにラップしたウェーハ１０１の表面（図示上側の
面）にプラズマＣＶＤ法により窒化膜９１を０．１７μ
ｍ成膜し、続いて、ＣＶＤ法によりポリシリコン膜９２
を３μｍ成膜する。

【００８０】続いて、実施形態１において説明したのと
同様にして、ウェーハ１０１の両面（表面はポリシリコ
ン面上、裏面はウェーハ面上）に酸化膜１０２ａおよび
１０２ｂの成膜、ＴｉＮｉ膜の成膜と形状記憶のための
アニール処理（平面状態の記憶）、およびＴｉＮｉ膜の
パターニングを行う。ここで形成された酸化膜１０２ａ
はバイアスバネを構成する酸化膜９３となるものであ
り、また、パターニングされたＴｉＮｉ膜は、形状記憶
合金２２となる。

【００８１】その後、本実施形態５では、図１７Ｂに示
すように、パターニングしたＴｉＮｉ膜（形状記憶合金
２２）を含むウェーハ表面の全面に、絶縁膜３０３とし
て酸化膜を５μｍ程度、プラズマＣＶＤ法またはスパッ
タ法などの低温で成膜できる方法により成膜する。

【００８２】次に、絶縁膜３０３上からＡｌ膜をスパッ
タ法によりウェーハ表面から成膜し、成膜したＡｌ膜を
フォトリソグラフィーおよびエッチング（ＲＩＥまたは
ＣＤＥなどのドライエッチング、若しくはリン酸、硝
酸、硫酸の混合溶液によるウェットエッチング）によっ
て、共通配線８１および個別配線８２にパターニングす
る（この工程は不図示）。

【００８３】続いて、図１７Ｃに示すように、レジスト
塗布後、このレジスト３０４を、図示するように、形状
記憶合金２２の上部に当たる部分の絶縁膜３０３と、配
線にパターニングしたＡｌ膜上の一部（後述のヒータ線
とコンタクトする部分、不図示）とが露出するように、
フォトリソグラフィーによってパターニングする。

【００８４】そして、図１８Ｄに示すように、レジスト
３０４上からヒータ線８４となるＴａＳｉＯ₂ 膜３０４
を成膜する。

【００８５】続いて、レジスト３０４を除去することに
より（リフトオフ法）、図１８Ｅに示すように、形状記
憶合金２２上の絶縁膜３０３の上とＡｌ膜（共通配線８
１および個別配線８２）のコンタクト部分（不図示）
に、ＴａＳｉＯ₂ 膜よりなるヒータ線８４が形成され
る。

【００８６】その後は、また実施形態１において説明し
た工程と同様にして、ウェーハ表面上から保護膜１７を
成膜し、その上に、ワックス材を塗布後、ウェーハ裏面
側の酸化膜１０２ｂをパターニングしてエッチングマス
クを形成し、ＫＯＨ溶液によるＳｉの異方性エッチング
を行って、加圧室１２および共通インク室１３を形成す
る。このＳｉの異方性エッチングの際、本実施形態５で
は、最初にウェーハ表面側に成膜した窒化膜９１がエッ
チング阻止膜として機能するため、この窒化膜９１上の
ポリシリコン膜９２が、ＫＯＨ溶液によってエッチング
されることはない。

【００８７】Ｓｉの異方性エッチング終了後、ワックス
材および裏面の酸化膜１０２ｂを除去することで、図１
８Ｆに示すように、本実施形態５における第１基板１０
が完成する。

【００８８】この後は、完成した第１基板１０と、別途
製造した第２基板３０（実施形態１と同様に製造）とを
陽極接合法により接合して、インクジェットヘッド９０
が完成する。

【００８９】以上本発明を適用した実施形態について説
明したが、本発明はこれら各実施形態に限定されるもの
ではなく、当然に各実施形態ごとに特有の要素、例えば
実施形態４において説明した加圧振動手段を構成する酸
化膜を各加圧室ごとに分断する構成を実施形態５のよう
に加圧振動手段を窒化膜、ポリシリコン膜および酸化膜
を積層してその上に形状記憶合金を積層した構成に適用
してもよいし、また実施形態５の構成からヒータ線を省
略して実施形態２のように、別途設けたレーザユニット
で形状記憶合金を加熱するようにしてもよいなど、様々
な構成が可能である。また、バイアスバネとしては、形
状記憶合金の形状を加熱前の状態に戻すことのできる圧
縮応力が得られるものであれば酸化膜に限定されるもの
ではなく、例えばシリコン窒化膜であっても適用するこ
とが可能である。さらには、本発明の技術思想の範囲内
において、様々な変更が可能であることは言うまでもな
い。

【００９０】

【発明の効果】以上説明した本発明によれば、請求項ご
とに以下のような効果を奏する。

【００９１】請求項１記載の本発明によれば、インクを
ノズルから吐出させるための加圧室内に圧力をかける加
圧振動手段を、圧縮応力を有する薄膜と形状記憶合金を
積層しただけの単純な構造としたので、通常の半導体装
置製造プロセスを用いてインクジェットヘッドを容易に
製作することが可能となる。

【００９２】請求項２記載の本発明によれば、加圧振動
手段を構成する圧縮応力を有する薄膜としてシリコン酸
化膜を用いることとしたので、現在の半導体装置製造プ
ロセスにおいて使用されている手法をそのまま、かつ容
易に適用してインクジェットヘッドを製造することがで
きる。特に、シリコン酸化膜は、通常の半導体装置製造
プロセスにおいて非常によく使用されている部材である
ため、その制御性、例えば膜厚やパターン形成の制御性
がよく、インクジェットヘッドを製作する際にバイアス
バネとして必要な圧縮応力を発現させ、かつ、高精度で
必要なパターンに加工することができる。

【００９３】請求項３記載の本発明によれば、加熱手段
として、形状記憶合金に直接電流を流して、形状記憶合
金自体を発熱させることとしたので、配線パターンを形
成するのみで、形状記憶合金を加熱することが可能とな
り、インクジェットヘッドを製造する際の工程を極力少
なくすることが可能となる。

【００９４】請求項４記載の本発明によれば、加熱手段
として、形状記憶合金の上部にヒータ線を設けたので、
発熱源となるヒータ線に電力を供給する配線との抵抗差
を大きくすることができ、相対的に配線に流れる電流量
を少なくして、配線部分の不要な発熱を少なくすること
ができる。

【００９５】請求項５記載の本発明によれば、加熱手段
として、レーザ光を形状記憶合金に照射するレーザ光照
射手段を設けたので、インクを吐出させるヘッド部分の
構造をより簡単にすることが可能となり、ヘッド部の製
造がさらに容易になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明を適用した実施形態１におけるインク
ジェットヘッドを示す斜視図である。

【図２】 図１におけるＡ−Ａ線に沿う断面図である。

【図３】 図１におけるＢ−Ｂ線に沿う断面図である。

【図４】 加圧振動手段の動作を説明するための断面図
である。

【図５】 図１に示したインクジェットヘッドのうち第
１基板の製造方法を説明するための図面である。

【図６】 図５に続く、インクジェットヘッドのうち第
１基板の製造方法を説明するための図面である。

【図７】 図６に続く、インクジェットヘッドのうち第
１基板の製造方法を説明するための図面である。

【図８】 図１に示したインクジェットヘッドのうち第
２基板の製造方法を説明するための図面である。

【図９】 図１に示したインクジェットヘッドのうち第
２基板を示す斜視図である。

【図１０】 本発明を適用した実施形態２におけるイン
クジェットヘッドのヘッド部を示す斜視図である。

【図１１】 本発明を適用した実施形態２におけるイン
クジェットヘッドに用いるレーザユニットを説明するた
めの図面である。

【図１２】 本発明を適用した実施形態３におけるイン
クジェットヘッドを示す斜視図である。

【図１３】 図１２におけるＡ−Ａ線に沿う断面図であ
る。

【図１４】 図１３におけるＢ−Ｂ線に沿う断面図であ
る。

【図１５】 本発明を適用した実施形態４におけるイン
クジェットヘッドを示す断面図である。

【図１６】 本発明を適用した実施形態５におけるイン
クジェットヘッドを示す断面図である。

【図１７】 図１６に示したインクジェットヘッドのう
ち第１基板の製造方法を説明するための図面である。

【図１８】 図１７に続く、インクジェットヘッドのう
ち第１基板の製造方法を説明するための図面である。

【符号の説明】

１，８０，８５，９０…インクジェットヘッド、 １０…第１基板、 １１…ノズル、 １２…加圧室、 １３…共通インク室、 １４…インレット、 ２０…加圧振動手段、 ２１，９３…酸化膜、 ２２…形状記憶合金、 ３０…第２基板、 ５０…ヘッド部、 ６０…レーザユニット、 ８４…ヒータ線、 ９１…窒化膜、 ９２…ポリシリコン膜。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インク液滴を吐出させるノズルと、 前記ノズルに連通する加圧室と、 前記加圧室の壁面の一部に設けられ、圧縮応力を生じる
   薄膜に形状記憶合金を積層してなる加圧振動手段と、 前記形状記憶合金を加熱する加熱手段と、 を有することを特徴とするインクジェットヘッド。
2. 【請求項２】 前記圧縮応力を生じる薄膜は、シリコン
   酸化膜であることを特徴とする請求項１記載のインクジ
   ェットヘッド。
3. 【請求項３】 前記加熱手段は、前記形状記憶合金に直
   接電流を流すことにより自己発熱させるものであること
   を特徴とする請求項１記載のインクジェットヘッド。
4. 【請求項４】 前記加熱手段は、前記形状記憶合金の上
   部に位置するヒータ線であることを特徴とする請求項１
   記載のインクジェットヘッド。
5. 【請求項５】 前記加熱手段は、前記形状記憶合金にレ
   ーザ光を照射するレーザ光照射手段であることを特徴と
   する請求項１記載のインクジェットヘッド。