JP2003266697A - マイクロアクチュエータ及びその製造方法、液滴吐出ヘッド、インクジェット記録装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 低コストで、高い滴吐出効率で、安定した滴
吐出を行うことができない。 【解決手段】 振動板１０には絶縁膜１１を介して、振
動板１０と電気的に分離され、また、相互に電気的に互
いに分離された、Ｔｉ−Ｎｉ形状記憶合金からなる複数
の線状電極１４を形成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はマイクロアクチュエータ
及びその製造方法、液滴吐出ヘッド、インクジェット記
録装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】プリンタ、ファクシミリ、複写装置等の
画像記録装置或いは画像形成装置として用いるインクジ
ェット記録装置において使用する液滴吐出ヘッドである
インクジェットヘッドは、インク滴を吐出する単一又は
複数のノズル孔と、このノズル孔が連通する吐出室（イ
ンク室、液室、加圧液室、圧力室、インク流路等とも称
される。）と、吐出室内のインクを加圧する圧力を発生
する圧力発生手段とを備えて、圧力発生手段で発生した
圧力で吐出室内インクを加圧することによってノズル孔
からインク滴を吐出させる。

【０００３】なお、液滴吐出ヘッドとしては、例えば液
体レジストを液滴として吐出する液滴吐出ヘッド、ＤＮ
Ａの試料を液滴として吐出する液滴吐出ヘッドなどもあ
るが、以下ではインクジェットヘッドを中心に説明す
る。また、液滴吐出ヘッドのアクチュエータ部分を構成
するマイクロアクチュエータは、例えばマイクロポン
プ、マイクロ光変調デバイスなどの光学デバイス、マイ
クロスイッチ（マイクロリレー）、マルチ光学レンズの
アクチュエータ（光スイッチ）、マイクロ流量計、圧力
センサなどのマイクロデバイスにも適用することができ
る。

【０００４】ところで、液滴吐出ヘッドとしては、圧力
発生手段として圧電素子などの電気機械変換素子を用い
て吐出室の壁面を形成している振動板を変形変位させる
ことでインク滴を吐出させるピエゾ型のもの、吐出内に
配設した発熱抵抗体などの電気熱変換素子を用いてイン
クの膜沸騰でバブルを発生させてインク滴を吐出させる
サーマル型のもの、吐出室の壁面を形成する振動板を静
電力で変形させることでインク滴を吐出させる静電型の
もの、さらには機械的特性（変形力）改善を目指して形
状記憶合金を用いたものなどがある。

【０００５】近年、環境問題から鉛を含むＰＺＴ素子を
使う圧電型の改善が図られるようになってきた。なかで
も鉛フリーに加え低消費電力の観点からも環境に影響が
少ない静電型のものや、圧電型の網ひとつの欠点である
小型高密度かの改善を図った形状記憶合金を使ったもの
などが多く提案されている。

【０００６】例えば、形状記憶合金を用いたものには、
特開昭６３−５７２５１号公報に記載されているよう
に、機械的に変形の大きい形状記憶合金と加熱手段によ
って加圧部分の面積を縮小し高密度で小型のヘッドを実
現しようとするもの、特開平６−９１８６５号公報に
記載されているように、形状記憶合金と変形規制材料を
組み合わせることで応答性を良くしようとするもの、
特開２００１−８８２９２号公報に記載されているよう
に、形状記憶合金の変形規制手段として静電吸着力や電
磁力を用いたもの、さらに、特開２０００−３４３６
９２号公報に記載されているように、異なった形状を記
憶させた形状記憶合金を組み合わせて振動板の変形を制
御するものなどが挙げられる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記
のヘッドにあっては、形状記憶合金と加熱手段を持つた
めに構成が複雑になり、高密度化、小型化には十分対応
できない。また、上記のヘッドにあっては、異なる変
態温度を持つ２つの形状記憶合金を積層させる場合、各
形状記憶合金の発熱が互いに大きな影響を及ぼしあうた
め、このようなアクチュエータを制御することはきわめ
て難しく、また金属にも大きな変形負荷が加わるため塑
性変形してしまいやすいという課題がある。

【０００８】また、上記のヘッドにあっては、形状記
憶合金の変形規制手段として静電吸着力を利用している
が、静電吸着力を利用するには、０．２μｍ程度の微小
な空間を制度良く作りこまないと、駆動のための電圧が
高くなったり、静電吸着力がばらつき、噴射特性に悪影
響を及ぼすことになる。また、電磁力を持ちいた例で
は、その駆動に大電流が必要であったり、高価な磁石の
選定が必要となるので使えないという課題がある。

【０００９】さらに、上記のヘッドにあっては、２種
類の形状を記憶させた形状記憶合金をつかって変位を制
御するもので、それぞれが熱的に分離されているので、
見掛け上、効率良く駆動できそうであるが、このような
形状記憶合金層を数百μｍ程度以下のインクジェットヘ
ッドの各ビットの振動板に、接着によって精度良く形成
することは困難であり、コストの高いものになってしま
うとい課題がある。

【００１０】本発明は上記の課題に鑑みてなされたもの
であり、低コストで、動作効率が高く、安定した動作特
性が得られるマイクロアクチュエータ及びその製造方
法、このマイクロアクチュエータを備えることで吐出効
率が高く、安定した吐出特性が得られる液滴吐出ヘッ
ド、この液滴吐出ヘッドを備えることで高画質記録が可
能インクジェット記録装置を提供することを目的とす
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明に係るマイクロアクチュエータは、可動部分
に複数の形状記憶合金からなる線状電極を設け、この線
状電極を加熱することにより形状を変化させることで作
用する力によって可動部分を変形させる構成としたもの
である。

【００１２】ここで、１つの可動部分について別個に駆
動可能な複数の電極を設けることができる。また、電極
が室温時圧縮応力を持つことが好ましい。

【００１３】本発明に係るマイクロアクチュエータの製
造方法は、本発明に係るマイクロアクチュエータを製造
する方法であって、真空度が１ｍｍｔｏｒｒよりも悪い
雰囲気下で電極材料をスパッタ法で形成するものであ
る。

【００１４】本発明に係る液滴吐出ヘッドは、液滴を吐
出するノズルが連通する吐出室の少なくとも一方の壁面
を構成する薄膜である振動板を有し、この振動板を変形
させるための本発明に係るマイクロアクチュエータを備
えているものである。

【００１５】ここで、インクを供給するインクタンクが
一体に設けられている構成とすることができる。

【００１６】本発明に係るインクジェット記録装置は、
インク滴を吐出するインクジェットヘッドが本発明に係
る液滴吐出ヘッドである構成としたものである。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面を参照して説明する。図１は、本発明のマイクロア
クチュエータを含む液滴吐出ヘッドの第１実施形態に係
るインクジェットヘッドの分解斜視図で、一部断面図で
示している。図２は同ヘッドの振動板長手方向の断面説
明図、図３は同ヘッドの振動板短手方向の断面説明図、
図４は同ヘッドの電極形状及び配置パターンの平面説明
図である。

【００１８】このインクジェットヘッドは、インク液滴
を基板の面部に設けたノズル孔から吐出させるサイドシ
ュータタイプのものであり、下記に詳述する構造を持つ
３枚の第１、第２、第３基板１、２、３を重ねて接合し
た積層構造となっており、インク滴を吐出する複数のノ
ズル孔４、各ノズル孔４が連通する吐出室６、各吐出室
６に流体抵抗部７を介してインクを供給する共通液室
（共通インク室）８などを形成している。

【００１９】中間の第１基板１は、シリコン基板からな
り、吐出室６を形成するための凹部と、各々の吐出室６
にインクを供給するための共通液室８を形成するための
凹部を有する。この第１基板１の底面に吐出室６及び共
通液室８などの底壁ともなる薄膜である振動板１０を設
けている。

【００２０】この振動板１０は、第１基板１を形成する
シリコン基板に高濃度ボロンをドープして形成したボロ
ン原子を１Ｅ２０／ｃｍ^３以上含有する高濃度ボロン拡
散層で形成している。なお、振動板１０は、金属等の導
電性を有する薄膜、有機樹脂フィルムなどで形成するこ
ともできる。

【００２１】そして、振動板１０の下面にはシリコン酸
化膜、窒化膜などの絶縁膜１１を介して、振動板１０と
電気的に分離され、また、相互に電気的に互いに分離さ
れた、例えばＴｉ−Ｎｉ形状記憶合金からなる複数の線
状電極（以下、「形状記憶合金電極」という。）１４を
形成している。複数の形状記憶合金電極１４には図４に
示すように電圧を印加できる構成となっている。これら
の振動板１０と形状記憶合金電極１４によって薄膜であ
る振動板１０を形状記憶合金電極１４を加熱することに
より形状を変化させることで作用する力によって可動部
分である振動板１０を変形させる本発明に係るマイクロ
アクチュエータを構成している。

【００２２】この第１基板１の下面に接合される第２基
板２は、形状記憶合金電極１４を外部からの衝撃やホコ
リなどから保護したり、第１基板１の強度を補強したり
するための保護基板である。この第２基板２には、ガラ
ス、金属、シリコン、樹脂などからなる基板などを使用
し、この基板２には各振動板１０に対応する位置に例え
ば１ｍｍの深さの凹部１６を形成している。ただし、必
ずしも振動板１０ごとに凹部１６を形成する必要はな
く、振動板配列を囲む凹部、あるいはチップの縁のみ接
合される凹部を形成する構成でも良い。また、振動板１
０の変位を阻害するおそれがある場合には、大気に連通
する大気連通路を形成する。

【００２３】また、第１基板１の上面に接合される第３
基板３には、例えば厚さ５０μｍのニッケル基板を用
い、第３基板３の面部に、吐出室６と連通するようにそ
れぞれノズル孔４、共通液室８と吐出室６を連通させる
流体抵抗部７となる溝を設け、また共通液室８と連通す
るようにインク供給口９を設けている。

【００２４】次に、このように構成したインクジェット
ヘッドの動作について説明する。形状記憶合金電極１４
に発振回路１５により０Ｖから４０Ｖのパルス電位を印
加することで、形状記憶合金電極１４が発熱し、約６０
℃を超えると形状記憶合金層がマルテンサイト相から、
母相へと変化し、製膜時に記憶した平面形状に戻る力が
働き、振動板１０が撓み、その結果吐出室６内の圧力が
急激に上昇し、図３に示すように、ノズル孔５よりイン
ク液滴２２を記録紙２３に向けて吐出する。

【００２５】次に、形状記憶合金電極１４への電圧印加
を停止すると微小な形状に加工された形状記憶合金電極
１４は、その体積に対して表面積が大きいため急速に冷
却され、振動板１０との応力差、熱膨張差によって室温
時の形状へと復元し、振動板１０も復元する。振動板１
０が復元することにより、インクが共通インク室８より
流体抵抗７を通じて吐出室６内に補給される。

【００２６】この場合、製膜時の温度が高いと形状記憶
合金と振動板材料の熱膨張係数の違いから、常温へ冷却
した際に熱膨張差による歪みが発生することがある。本
実施形態においては、Ｔｉ−Ｎｉ形状記憶合金とシリコ
ン振動板という構成をとることで、形状記憶合金がより
大きく縮む。

【００２７】これによって、図５に示すように常温状態
（初期状態）で振動板１０が初期撓みを有する状態を作
り出すことができる。この状態で形状記憶合金電極１４
を動作させると、冷却時に熱膨張差を使ってより素早く
戻ることができるようになる。

【００２８】このように、振動板１０に形成された構造
体としての形状記憶合金電極１４自体が能動素子として
働くので、構造体に新たな駆動手段を設ける必要がな
く、低コスト化を図れる。また、線状電極とすること
で、力の働く方向がほぼ一方向に制限できるため、振動
板への力の加わり方を略均一にでき、精度の高い効率的
な、安定した駆動が可能になる。これにより、滴吐出効
率が向上し、安定した滴吐出特性が得られるヘッドを構
成できる。さらに、余分な力が働かないので、振動板を
波打たせたりすることがなくなる。

【００２９】また、振動板１０と形状記憶合金電極１４
は電気的に分離しているので形状記憶合金電極１４に印
加した電圧が振動板１０側にリークすることもなく、効
率良く形状記憶合金電極１４に電圧を印加することがで
き、効率駆動ができる。

【００３０】次に、同第２実施形態に係るインクジェッ
トヘッドについて図６を参照して説明する。なお、同図
は同ヘッドの振動板短手方向の断面説明図である。ここ
では、第２の基板２と振動板１０との間に、形状記憶合
金電極１４と同一の材料でスペーサ１２を設けている。
このスペーサ１２は形状記憶合金電極１４と同時に形成
されるものであり、振動板領域以外の形状記憶合金を除
去しないだけで形成することができる。

【００３１】このスペーサ１２を設けることにより第１
の基板１を第２の基板２に接合する前の工程において、
微小な構造体である形状記憶合金電極１４を保護する役
割を果たし、製造工程においてウェハ搬送や、プロセス
中における形状記憶合金電極１４の破損による不良を低
減できる。

【００３２】次に、同第３実施形態に係るインクジェッ
トヘッドについて図７を参照して説明する。なお、同図
は同ヘッドの振動板短手方向の断面説明図である。ここ
では、スペーサ１２の厚さを形状記憶合金電極１４の厚
さよりも大きくしている。このような構造とすることに
よって、さらに形状記憶合金電極１４はスペーサ１２の
ために接触して破損することが少なく、電極破損による
不良を低減することができる。また、第１の基板１の下
に保護基板（第２の基板）２を接合する場合、保護基板
２に凹部を形成しなくても良いという利点もある。

【００３３】次に、上述した第２実施形態に係るインク
ジェットヘッドの製造工程について図８及び図９を参照
して説明する。図８（ａ）に示すように、第１基板１と
なる（１１０）を面方位とする厚さ４００μｍのシリコ
ン基板をベース基板３１とし、酸化膜３２を介して（１
００）面方位の厚さ２μｍのシリコン基板である活性層
３３を接合したＳＯＩ（Silicon on Insulator）ウェハ
３０を用意する。なお、第１基板１となる基板として
は、（１１０）面方位のシリコン基板に代えて、（１０
０）面方位のシリコン基板を用いても良い。

【００３４】そして、同図（ｂ）に示すように、ＳＯＩ
ウエハ３０に９００℃／５分のウェット酸化により絶縁
膜１１となる熱酸化膜３４を５０ｎｍ厚みで形成する。
ここで、酸化膜の成膜方法としては、プラズマＣＶＤ、
スパッタ、ＨＴＯ、ＴＥＯＳなどがあるが、絶縁耐圧、
欠陥、残留電荷、耐久性などの点で熱酸化膜が好まし
い。

【００３５】その後、同図（ｃ）に示すように、熱酸化
膜３４の表面にＴｉ−Ｎｉ合金層３５をスパッタ法によ
って約５μｍ成膜し、上面のＴｉ−Ｎｉ層をエッチング
除去する。このとき、スパッタ温度は約４５０℃、アル
ゴンガスによるスパッタ雰囲気は３ミリｔｏｒｒとし
た。また、スパッタ終了後も加熱状態で保持し製膜時の
形状を記憶させる。

【００３６】このように、真空度が１ｍｍｔｏｒｒより
も悪い雰囲気下で電極材料である形状記憶合金をスパッ
タ法で形成することにより、圧縮応力を持つ形状記憶合
金を簡単に作製することができる。

【００３７】同図（ｄ）に示すように、フォトリソによ
りＴｉ−Ｎｉ合金層３５上にレジストパターンを形成
し、ドライエッチングによりＴｉ−Ｎｉ合金層３５を間
隔５μｍ、１μｍの線幅でエッチングし形状記憶合金電
極１４を形成する。このとき、酸化膜３４がエッチング
ストップ層をなす。形状記憶合金電極１４の形状は、例
えば図４に示したような線状となっている。

【００３８】次に、図９（ａ）に示すように、ＬＰ−Ｃ
ＶＤで水酸化カリウムエッチングのマスクとなるシリコ
ン窒化膜３６を形成する。

【００３９】そして、同図（ｂ）に示すように、シリコ
ン窒化膜３６上に吐出室６や共通液室８などの流路形状
のレジストパターンを得る。次に、レジストの開口部の
シリコン窒化膜３６と酸化膜３４をドライエッチにより
エッチング除去し、レジストを除去する。

【００４０】次いで、同図（ｃ）に示すように、８０℃
の２５ｗｔ％の水酸化カリウム水溶液でシリコン窒化膜
３６及び酸化膜３４の開口部をエッチングする。エッチ
ングが酸化膜３２に達すると酸化膜はほとんどエッチン
グされないのでエッチングは停止する。ここでは、ベー
ス基板３１には（１１０）面のシリコンウェハを用いて
いるので、水酸化カリウムによる異方性エッチングによ
って（１１１）面の垂直壁が形成される。（１１０）面
のウェハを用いることによって垂直壁が得られるので吐
出室６を高密度に並べることができる。

【００４１】なお、ここでは水酸化カリウム水溶液を用
いたが、ＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムヒドロキ
シド溶液）、ＥＤＰ（エチレンジアミンピロカテコー
ル）、水酸化リチウムなどのアルカリ液を用いることも
できる。

【００４２】その後、シリコン窒化膜３６は熱リン酸、
フッ酸などによって、熱酸化膜３４および酸化膜３２の
露出している部分をフッ酸などで除去して、２μｍの厚
さのシリコンの振動板１０および吐出室６が完成する。

【００４３】次に、同第４実施形態に係るインクジェッ
トヘッドのマイクロアクチュエータ部について図１０を
参照して説明する。なお、同図は同ヘッドのアクチュエ
ータ部の振動板短手方向の断面説明図である。このヘッ
ドでは、常温時圧縮応力性を持つ形状記憶合金を用いて
形状記憶合金電極１４を形成している。

【００４４】したがって、常温時においては、形状記憶
合金電極１４自身が持つ応力によって振動板１０を図で
下方に押し下げている。この状態で形状記憶合金電極１
４に電流を流し、加熱すると常温のマルテンサイト相か
ら母相への相変化が起こり、振動板１０を一気にフラッ
トな状態に押し戻す。これによって、例えばインク滴を
吐出させることができる。

【００４５】次に、同第５実施形態に係るインクジェッ
トヘッドのマイクロアクチュエータ部について図１１を
参照して説明する。なお、同図は同ヘッドのアクチュエ
ータ部の振動板短手方向の断面説明図である。このヘッ
ドでは、形状記憶合金電極１４を振動板１０の両面に形
成している。

【００４６】この場合、振動板１０の両面に形状記憶合
金電極１４があることで、形状記憶合金電極１４のもつ
応力が中和され、振動板１０はフラットな状態になる。
この状態で、振動板１０の下側の電極１４或いは上側の
電極１４にそれぞれ電流を流すことで、振動板１０を上
に（凸状に）も下に（凹状に）も変形させることが可能
となる。

【００４７】次に、同第６実施形態に係るインクジェッ
トヘッドのマイクロアクチュエータ部について図１２を
参照して説明する。なお、同図は同ヘッドのアクチュエ
ータ部の斜視説明図である。このヘッドでは、振動板１
０の片側に形状記憶合金電極１４を分割配置している。
すなわち、振動板１０には中央部に複数の形状記憶合金
電極１４Ａを、周辺部両側（ここでは、長手方向両端
側）に複数の形状記憶合金電極１４Ｂ、１４Ｂを配置し
ている。

【００４８】そして、中央部の形状記憶合金電極１４Ａ
には電極引出しライン１４ａ１、１４ａ２を通じて、ま
た、周辺部の各形状記憶合金電極１４Ｂには電極引出し
ライン１４ｂ１、１４ｂ２を通じて、それぞれ、別個に
独立して駆動電圧（電流）を印加できる構成としてい
る。

【００４９】これによって、中央部の電極１４Ａと周辺
部の電極１４Ｂ、１４Ｂを個別に制御することができ、
振動板１０の変形をより細かく制御することが可能とな
る。例えば、中央部の形状記憶合金電極１４Ａを変形さ
せると、振動板１０は上にフラットな状態へと変形する
が、中央部の電極１４Ａへの電流をとめ、周辺部の電極
１４Ｂ、１４Ｂに電流を流すと更に上に持ち上げること
ができる。

【００５０】なお、上記各実施形態においては、形状記
憶合金にＴｉ−Ｎｉ合金を用いた例で説明したが、これ
以外の合金、例えば、Ｔｉ−Ｎｉ合金にＰｂやＣｕを混
ぜた３相合金を用いることもできるし、或いは、Ｃｕ−
Ｚｎ−Ａｌ合金なども用いることができる。さらに、線
状電極を形成できれば、形状記憶樹脂や形状記憶繊維、
およびそれらの複合材料や、形状記憶合金との複合構成
であっても良い。

【００５１】また、上記各実施形態においては、形状記
憶合金電極自身に通電することで熱を発生させたが、別
の加熱手段を併設しても良いし、初期状態に復帰させる
ための冷却装置を併設することもできる。勿論、冷却方
法は空冷、液冷のどちらでも良いし、固体接触による伝
熱冷却であっても良い。

【００５２】さらに、線状電極を可動部分（振動板）の
長手方向に線状に配置した例で説明しているが、可動部
分（振動板）の短手方向に配置することもできる。

【００５３】また、形状記憶合金はその組成によって任
意の変位温度を決定することができるため、前述した変
態温度６０℃にかぎられず、プロセスに応じた温度を設
定することができることも言うまでもない。

【００５４】次に、本発明に係る液滴吐出ヘッドをイン
クタンクと一体にしたインクカートリッジ（インクタン
ク一体型ヘッド）について図１３を参照して説明する。
このインクカートリッジ１００は、ノズル孔１０１等を
有する上記各実施形態のいずれかのインクジェットヘッ
ド１０２と、このインクジェットヘッド１０２に対して
インクを供給するインクタンク１０３とを一体化したも
のである。

【００５５】このように本発明に係る液滴吐出ヘッドで
あるインクジェットヘッドとインクタンクとを一体化す
ることにより、滴吐出効率が高く、安定した滴吐出特性
が得られる液滴吐出ヘッドを一体化したインクカートリ
ッジ（インクタンク一体型ヘッド）が得られる。

【００５６】次に、本発明に係る液滴吐出ヘッドを搭載
したインクジェット記録装置の一例について図１４及び
図１５を参照して説明する。なお、図１４は同記録装置
の斜視説明図、図１５は同記録装置の機構部の側面説明
図である。

【００５７】このインクジェット記録装置は、記録装置
本体１１１の内部に主走査方向に移動可能なキャリッ
ジ、キャリッジに搭載した本発明に係るインクジェット
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等で構成される印字機構部１１
２等を収納し、装置本体１１１の下方部には前方側から
多数枚の用紙１１３を積載可能な給紙カセット（或いは
給紙トレイでもよい。）１１４を抜き差し自在に装着す
ることができ、また、用紙１１３を手差しで給紙するた
めの手差しトレイ１１５を開倒することができ、給紙カ
セット１１４或いは手差しトレイ１１５から給送される
用紙１１３を取り込み、印字機構部１１２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１
１６に排紙する。

【００５８】印字機構部１１２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１２１と
従ガイドロッド１２２とでキャリッジ１２３を主走査方
向（図１５で紙面垂直方向）に摺動自在に保持し、この
キャリッジ１２３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滴吐出ヘッドであるインクジェ
ットヘッドからなるヘッド１２４を複数のインク吐出口
を主走査方向と交叉する方向に配列し、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１２３
にはヘッド１２４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１２５を交換可能に装着している。な
お、本発明に係るヘッド一体型ヘッド（インクカートリ
ッジ）を搭載するようにすることもできる。

【００５９】インクカートリッジ１２５は上方に大気と
連通する大気口、下方にはインクジェットヘッドへイン
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インクジ
ェット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。

【００６０】また、記録ヘッドとしてここでは各色のヘ
ッド１２４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。

【００６１】ここで、キャリッジ１２３は後方側（用紙
搬送方向下流側）を主ガイドロッド１２１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１２２に摺動自在に載置している。そして、このキャ
リッジ１２３を主走査方向に移動走査するため、主走査
モータ１２７で回転駆動される駆動プーリ１２８と従動
プーリ１２９との間にタイミングベルト１３０を張装
し、このタイミングベルト１３０をキャリッジ１２３に
固定しており、主走査モーター１２７の正逆回転により
キャリッジ１２３が往復駆動される。

【００６２】一方、給紙カセット１１４にセットした用
紙１１３をヘッド１２４の下方側に搬送するために、給
紙カセット１１４から用紙１１３を分離給装する給紙ロ
ーラ１３１及びフリクションパッド１３２と、用紙１１
３を案内するガイド部材１３３と、給紙された用紙１１
３を反転させて搬送する搬送ローラ１３４と、この搬送
ローラ１３４の周面に押し付けられる搬送コロ１３５及
び搬送ローラ１３４からの用紙１１３の送り出し角度を
規定する先端コロ１３６とを設けている。搬送ローラ１
３４は副走査モータ１３７によってギヤ列を介して回転
駆動される。

【００６３】そして、キャリッジ１２３の主走査方向の
移動範囲に対応して搬送ローラ１３４から送り出された
用紙１１３を記録ヘッド１２４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１３９を設けている。こ
の印写受け部材１３９の用紙搬送方向下流側には、用紙
１１３を排紙方向へ送り出すために回転駆動される搬送
コロ１４１、拍車１４２を設け、さらに用紙１１３を排
紙トレイ１１６に送り出す排紙ローラ１４３及び拍車１
４４と、排紙経路を形成するガイド部材１４５，１４６
とを配設している。

【００６４】記録時には、キャリッジ１２３を移動させ
ながら画像信号に応じて記録ヘッド１２４を駆動するこ
とにより、停止している用紙１１３にインクを吐出して
１行分を記録し、用紙１１３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１１３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１１３を排紙する。この場合、ヘッド１２
４を構成する本発明に係るインクジェットヘッドはイン
ク滴噴射の制御性が向上し、特性変動が抑制されている
ので、安定して高い画像品質の画像を記録することがで
きる。

【００６５】また、キャリッジ１２３の移動方向右端側
の記録領域を外れた位置には、ヘッド１２４の吐出不良
を回復するための回復装置１４７を配置している。回復
装置１４７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１２３は印字待機中にはこ
の回復装置１４７側に移動されてキャッピング手段でヘ
ッド１２４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。

【００６６】吐出不良が発生した場合等には、キャッピ
ング手段でヘッド１２４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（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。

【００６７】このように、このインクジェット記録装置
においては本発明に係る液滴吐出ヘッドであるインクジ
ェットヘッドを搭載しているので、安定したインク滴吐
出特性が得られて、画像品質が向上する。

【００６８】次に、本発明に係るマイクロアクチュエー
タを備えたマイクロポンプについて図１６を参照して説
明する。なお、同図は同マイクロポンプの要部断面説明
図である。このマイクロポンプは、流路基板２０１と保
護基板２０２とを重ねて接合した積層構造となってお
り、流路基板２０１には流体が流れる流路２０３を形成
するとともに、流路２０３の一壁面を形成する変形可能
な可動板２０４（ヘッドの振動板に相当する。）を設
け、可動板２０４の保護基板２０２と接合固定しない部
分は可動部分２０５となっている。

【００６９】そして、可動部分２０５には絶縁膜２０６
を介して外面側に、前記インクジェットヘッドと同様
に、複数の線状の形状記憶合金電極２０７を所定の間隔
を置いて設けている。保護基板２０２は前記ヘッドの第
２基板２と同様な機能を有するものであり、電極２０７
を配置するための凹部２０８を形成している。ここで
は、保護基板２０２は平板板基板にスペーサ部２０９を
設けることで凹部２０８を形成している。

【００７０】このマイクロポンプの動作原理を説明する
と、前述したように複数の形状記憶合金電極２０７に対
して電流を流すことによって可動部分２０５が流路２０
３側に変形する。ここで、可動部分２０５を図中右側か
ら順次駆動することによって流路２０３内の流体は、矢
印方向へ流れが生じ、流体の輸送が可能となる。

【００７１】なお、この実施形態では可動部分を複数設
けた例を示したが、可動部分は１つでも良い。また、輸
送効率を上げるために、可動部分間に１又は複数の弁、
例えば逆止弁などを設けることもできる。

【００７２】次に、本発明に係るマイクロアクチュエー
タを備えた光学デバイスの実施形態について図１７を参
照して説明する。なお、同図は同デバイスの概略構成図
である。この光学デバイスは、変形可能なミラー３０１
と保護基板３０２とを重ねて接合しており、ミラー３０
１の保護基板３０２と接合固定しない部分は可動部分３
０５となっている。そして、可動部分３０５には絶縁膜
３０６を介して外面側に複数の形状記憶合金電極３０７
を所定の間隔を置いて設けている。保護基板３０２は前
記ヘッドの第２基板２と同様な機能を有するものであ
り、電極３０７を配置するための凹部３０８を形成して
いる。ここでは、保護基板３０２は平板板基板にスペー
サ部３０９を設けることで凹部３０８を形成している。
なお、ミラー３０１表面は反射率を増加させるため誘電
体多層膜や金属膜を形成すると良い。

【００７３】この光学デバイスの原理を説明すると、ミ
ラー３０１の可動部分３０５に設けた複数の形状記憶合
金電極３０７に対してパルス電位を与えることによっ
て、可動部分３０５が変形する。したがって、光源３１
０からの光がレンズ３１１を介してミラー３０１に照射
した場合、ミラー３０１を駆動しないときには、光は入
射角と同じ角度で反射するが、ミラー３０１を可動部分
３０５を駆動した場合はその可動部分３０５が凸面ミラ
ーとなるので反射光は発散光となる。これにより光変調
デバイスが実現できる。また、形状記憶合金電極３０７
の記憶形状によっては、凹面ミラーとすることもでき
る。

【００７４】そこで、この光学デバイスを応用した例を
図１８をも参照して説明する。この例は、上述した光学
デバイスを２次元に配列し、各ミラーの可動部分３０５
を独立して駆動するようにしたものである。なお、ここ
では、４×４の配列を示しているが、これ以上配列する
ことも可能である。

【００７５】したがって、前述した図１７と同様に、光
源３１０からの光はレンズ３１１を介してミラー３０１
に照射され、ミラー３０１を駆動していないところに入
射した光は、投影用レンズ３１２へ入射する。一方、形
状記憶合金電極３０７に電圧を印加してミラー３０１の
可動部分３０５を変形させているところは、光は発散し
投影用レンズ３１２にほとんど入射しない。この投影用
レンズ３１２に入射した光はスクリーン（図示しない）
などに投影され、スクリーンに画像を表示することがで
きる。

【００７６】なお、上記実施形態においては、液滴吐出
ヘッドとしてインクジェットヘッドに適用した例で説明
したが、インクジェットヘッド以外の液滴吐出ヘッドと
して、例えば、液体レジストを液滴として吐出する液滴
吐出ヘッド、ＤＮＡの試料を液滴として吐出する液滴吐
出ヘッドなどの他の液滴吐出ヘッドにも適用できる。ま
た、マイクロアクチュエータを備えるマイクロデバイス
としては、マイクロポンプ、光学デバイス（光変調デバ
イス）以外にも、マイクロスイッチ（マイクロリレ
ー）、マルチ光学レンズのアクチュエータ（光スイッ
チ）、マイクロ流量計、圧力センサなどにも適用するこ
とができる。

【００７７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るマイ
クロアクチュエータによれば、可動部分に複数の形状記
憶合金からなる線状電極を設け、この線状電極を加熱す
ることにより形状を変化させることで作用する力によっ
て可動部分を変形させるので、低コストで、動作効率が
高く、安定した動作特性が得られるアクチュエータを得
ることができる。

【００７８】本発明に係るマイクロアクチュエータの製
造方法によれば、本発明に係るマイクロアクチュエータ
を製造する方法であって、真空度が１ｍｍｔｏｒｒより
も悪い雰囲気下で電極材料をスパッタ法で形成するの
で、圧縮応力を有する形状記憶合金からなる電極を容易
に形成することができる。

【００７９】本発明に係る液滴吐出ヘッドによれば、液
滴を吐出するノズルが連通する吐出室の少なくとも一方
の壁面を構成する可動部分となる振動板を有し、この振
動板を変形させるための本発明に係るマイクロアクチュ
エータを備えているので、低コストで、液滴吐出効率の
高い、安定した滴吐出特性を有するヘッドが得られる。

【００８０】本発明に係るインクジェット記録装置は、
インク滴を吐出するインクジェットヘッドが本発明に係
る液滴吐出ヘッドである構成としたので、高画質記録を
行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液滴吐出ヘッドの第１実施形態に係る
インクジェットヘッドの分解斜視説明図

【図２】同ヘッドの振動板長手方向の断面説明図

【図３】同ヘッドの振動板短手方向の要部拡大断面説明
図

【図４】同ヘッドの電極形状及び配置パターンを説明す
る平面説明図

【図５】同ヘッドの作用説明に供する説明図

【図６】同第２実施形態に係るインクジェットヘッドの
振動板短手方向に沿う要部断面説明図

【図７】同第３実施形態に係るインクジェットヘッドの
振動板短手方向に沿う要部断面説明図

【図８】同第２実施形態に係るヘッドの製造工程の説明
に供する説明図

【図９】図８に続く工程を説明する断面説明図

【図１０】同第４実施形態に係るインクジェットヘッド
のアクチュエータ部の要部断面説明図

【図１１】同第５実施形態に係るインクジェットヘッド
のアクチュエータ部の要部断面説明図

【図１２】同第６実施形態に係るインクジェットヘッド
のアクチュエータ部の斜視説明図

【図１３】本発明に係る液滴吐出ヘッドを備えたインク
タンク一体型ヘッドの説明に供する斜視説明図

【図１４】本発明に係るインクジェット記録装置の一例
を説明する斜視説明図

【図１５】同記録装置の機構部の説明図

【図１６】本発明に係るマイクロアクチュエータを備え
たマイクロポンプの例を説明する断面説明図

【図１７】本発明に係るマイクロアクチュエータを備え
た光学デバイスの例を説明する断面説明図

【図１８】同光学デバイスを用いた光変調デバイスの一
例を説明する斜視説明図

【符号の説明】

１…第１基板、２…第２基板、３…ノズル板、４…ノズ
ル孔、６…吐出室、７…流体抵抗部、８…共通液室、１
０…振動板、１１…絶縁膜、１４、１４Ａ、１４Ｂ…形
状記憶合金電極、１００…インクカートリッジ、２０１
…流路基板、２０３…流路、２０５…可動部分、２０７
…形状記憶合金電極、３０１…ミラー、３０５…可動部
分、３０７…形状記憶合金電極。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 薄膜からなる可動部分を変形させるマイ
   クロアクチュエータにおいて、前記可動部分に複数の形
   状記憶合金からなる線状電極を設け、この線状電極を加
   熱することにより形状を変化させることで作用する力に
   よって前記可動部分を変形させることを特徴とするマイ
   クロアクチュエータ。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のマイクロアクチュエー
   タにおいて、１つの前記可動部分について別個に駆動可
   能な複数の電極を設けたことを特徴とするマイクロアク
   チュエータ。
3. 【請求項３】 請求項１又は２に記載のマイクロアクチ
   ュエータにおいて、前記電極が室温時圧縮応力を持つこ
   とを特徴とするマイクロアクチュエータ。
4. 【請求項４】 請求項１ないし３のいずれかに記載のマ
   イクロアクチュエータを製造する方法であって、真空度
   が１ｍｍｔｏｒｒよりも悪い雰囲気下で前記電極材料を
   スパッタ法で形成することを特徴とするマイクロアクチ
   ュエータ。
5. 【請求項５】 液滴を吐出するノズルが連通する吐出室
   の少なくとも一方の壁面を構成する薄膜である振動板を
   有し、この振動板を変形させることで前記液滴を吐出さ
   せる液滴吐出ヘッドにおいて、前記振動板を変形させる
   ための前記請求項１ないし３のいずれかに記載のマイク
   ロアクチュエータを備えていることを特徴とする液滴吐
   出ヘッド。
6. 【請求項６】 請求項５に記載の液滴吐出ヘッドにおい
   て、インクを供給するインクタンクが一体に設けられて
   いることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
7. 【請求項７】 インク滴を吐出するインクジェットヘッ
   ドを搭載するインクジェット記録装置において、前記イ
   ンクジェットヘッドが前記請求項６又は７に記載の液滴
   吐出ヘッドであることを特徴とするインクジェット記録
   装置。