JPH11240150A

JPH11240150A - インクジェットヘッド及びサーマルアクチュエータ

Info

Publication number: JPH11240150A
Application number: JP4151898A
Authority: JP
Inventors: Yoichiro Miyaguchi; 耀一郎宮口
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1998-02-24
Filing date: 1998-02-24
Publication date: 1999-09-07

Abstract

(57)【要約】【課題】インク選定の自由度が高く、高集積化を図る
こと困難である。【解決手段】Ｓi基板１のＳiＯ₂膜２上にＮｉ−Ｃｒ
膜４を成膜してダイアフラム薄膜部３に対応したマイク
ロヒータ５を形成し、ダイアフラム薄膜部３及びマイク
ロヒータ５でアクチュエータ手段６を構成した。

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ヘッ
ド及びサーマルアクチュエータに関し、特に熱膨張によ
る変形でインク滴を吐出させるインクジェットヘッド及
び機械的変位によるアクチュエータ効果を発生するサー
マルアクチュエータに関する。

【０００２】

【従来の技術】プリンタ、ファクシミリ、コピー機等の
画像形成装置として用いられるインクジェット記録装置
の記録ヘッドを構成するインクジェットヘッドとして
は、インク滴を吐出する複数のノズル孔と、各ノズル孔
に対応するインク液室（「加圧液室」ともいう。）と、
このインク液室内のインクを加圧する圧電素子等の電気
機械変換素子やヒータ等の電気熱変換素子などのアクチ
ュエータ手段（エネルギー発生手段）を備え、アクチュ
エータ手段を記録信号に応じて駆動することで所要のイ
ンク液室内のインクを加圧してノズル孔からインク滴を
吐出させるものが知られている。

【０００３】アクチュエータ手段として電気機械変換素
子を用いるピエゾアクチュエータ方式のインクジェット
ヘッドは、例えば特公昭６０−８９５３号公報、特開平
３−１０８４６号公報等に記載されているように、加圧
液室を構成する壁面を変形可能な構造として、この変形
可能な壁面の外側に圧電素子を設け、この圧電素子を用
いて加圧液室の壁面を変形させてその内容積を変化させ
ることで、インクに圧力を与えて液滴化してノズルから
飛翔させる方式である。

【０００４】アクチュエータ手段として電気熱変換素子
を用いるバブルジェット方式は、熱エネルギーによって
インク中に発生するバブルを利用するものであり、例え
ば特公昭６１−５９９１３号公報に記載されているよう
に、インク流路中にアクチュエータ手段となるヒータを
配設し、このヒータでインクを直接瞬間加熱することで
ヒータ表面にバブルを発生させ、このときのインク液室
内の圧力上昇によってインクを液滴化してノズルから飛
翔させる方式である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述したようなインク
ジェットヘッドの内、ピエゾアクチュエータ方式にあっ
ては、圧電素子がインクに直接接触せず、圧電素子の発
熱も無視できるため、使用するインク種類の制約がない
という利点がある反面、圧電素子の高熱処理（ＰＺＴ焼
成）、積層型圧電素子を用いる場合には分割化、個々の
圧電素子の位置合わせ等の機械的、熱的な技術課題が大
きく、煩雑な工程と装置によってコストが高くなる。

【０００６】また、バブルジェット方式にあっては、半
導体技術の応用によってヒータを非常に小さくできるこ
とから、ヘッドの高集積化、小型化が容易であるという
利点を有する反面、バブルを発生させるためにヒータ表
面温度が４００〜４５０℃と高くなり、インクに極端な
高熱を与えることからインク組成が変化し、ヒータのイ
ンク接触部分でのコゲーションが発生する。そのため、
インク染料の選択が重要になり、顔料インクを使用する
ことが難しく、カラー画像の高画質化に限界が生じ、ま
たコゲーションによるヒータの劣化でバブル発生が不良
になったり、高熱のためにヒータ保護膜が劣化してクラ
ックによるヒータ断線などの不良が発生し易い。

【０００７】本発明は上記の点に鑑みてなされたもので
あり、インク選定の自由度を向上し、コゲーションの問
題もなく、信頼性が高い小型、集積化の容易なインクジ
ェットヘッド及びこれに適したサーマルアクチュエータ
を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、請求項１のインクジェットヘッドは、アクチュエー
タ手段でインク液室のインクを加圧してインク滴を吐出
させるインクジェットヘッドにおいて、前記アクチュエ
ータ手段は熱膨張による変形で前記インク滴を吐出させ
るエネルギーを発生する構成とした。

【０００９】請求項２のインクジェットヘッドは、上記
請求項１のインクジェットヘッドにおいて、前記アクチ
ュエータ手段は熱膨張率の異なる材料を積層してなり、
各層の熱膨張率の差に起因して変形する構成とした。

【００１０】請求項３のインクジェットヘッドは、上記
請求項２のインクジェットヘッドにおいて、前記アクチ
ュエータ手段の各層の熱膨張率には２倍以上の差がある
構成とした。

【００１１】請求項４のインクジェットヘッドは、上記
請求項２又は３のインクジェットヘッドにおいて、前記
アクチュエータ手段の内のヒータ材料が金属又は合金か
らなる構成とした。

【００１２】請求項５のインクジェットヘッドは、上記
請求項２又は３のインクジェットヘッドにおいて、前記
アクチュエータ手段の内のヒータ材料が導電性ニューセ
ラミックスからなる構成とした。

【００１３】請求項６のインクジェットヘッドは、上記
請求項２乃至５のいずれかのインクジェットヘッドにお
いて、前記アクチュエータ手段の接インク面が熱膨張率
の大きな保護膜で覆われている構成とした。

【００１４】請求項７のインクジェットヘッドは、上記
請求項１乃至６のいずれかのインクジェットヘッドにお
いて、基板の一部に薄膜部を形成し、この薄膜部に熱膨
張率の異なる材料を１層以上積層した構成とした。

【００１５】請求項８のサーマルアクチュエータは、機
械的変位によるアクチュエータ効果を発生するサーマル
アクチュエータであって、熱膨張率の異なる２以上の材
料を積層してなり、少なくとも１層に給電されることで
熱膨張して各層の熱膨張率の差に起因して変形し、前記
アクチュエータ効果を発生する構成とした。

【００１６】

【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は本発明の第１実施形態
に係るインクジェットヘッドの要部模式的断面図、図２
は同インクジェットヘッドの要部平面図である。

【００１７】このインクジェットヘッドは、Ｓi基板１
表面に厚さ３μｍ程度のＳiＯ2膜２を一体的に形成し
て、Ｓi基板１にインク液室対応部１ａを形成すること
で、このインク液室対応部１ａに対応するＳiＯ₂膜２部
分をダイアフラム薄膜部３としている。例えば、Ｓｉ
（１１１）基板１の表面にＳiＯ₂膜２を成膜した後、裏
面からインク液室対応部１ａに異方性エッチングを施す
ことによって、このエッチャントにはＳiＯ₂膜２はイオ
ン溶出しないので、ＳiＯ₂膜２の薄膜部分がダイアフラ
ム薄膜部３として残り、インク液室対応部１ａを有する
基板１表面にＳiＯ₂膜２を一体形成した部材（振動板部
材）を形成することができる。

【００１８】そして、このＳiＯ₂膜２上にヒータ材料と
なるＮｉ−Ｃｒ膜４を厚さ１μｍ程度成膜して、ダイア
フラム薄膜部３に対応してパターン化することで、ダイ
アフラム薄膜部３上にマイクロヒータ５を形成し、これ
らのダイアフラム薄膜部３及びマイクロヒータ５で熱膨
張率の異なる材料を積層してなるアクチュエータ手段
（サーマルアクチュエータ）６を構成している。なお、
ダイアフラム薄膜部３を構成するＳiＯ₂膜２の熱膨張率
は３×１０Ｅ^-6／℃であり、Ｎｉ−Ｃｒ膜４の熱膨張係
数は１６×１０Ｅ^-6／℃である。また、マイクロヒータ
５の両側部分にはマイクロヒータ５に給電するための電
極部７，８を形成している。

【００１９】さらに、Ｎｉ−Ｃｒ膜４上にはアクチュエ
ータ手段６の周辺部分に対応してインク液室１０を画成
するためのインク液室隔壁部材１１を薄膜接着剤１２で
接合し、さらにインク液室隔壁部材１１上にはノズル１
３を形成したノズル形成部材１４を薄膜接着剤１５で接
合している。インク液室隔壁部材１１としてはＳＵＳ基
板（例えばＳＵＳ３０４）をエッチングして形成したも
の、或いは、ドライフィルムレジスト（ＤＦＲ）を１層
又は複層構造にしたものなどを用いることができる。

【００２０】このように構成したインクジェットヘッド
においては、アクチュエータ手段６のマイクロヒータ５
（ヒータ材料）に対して電極部７，８を介して給電し、
マイクロヒータ５を２００℃程度に加熱することによっ
て、マイクロヒータ５を形成しているＮｉ−Ｃｒ膜４と
ＳiＯ₂膜２との熱膨張率の差に基づいて機械的な形状変
化が生起され、図１に破線で示すように、熱膨張率の大
きな側（マイクロヒータ５側）に突出するようにアクチ
ュエータ手段６が変形するので、インク液室１０内のイ
ンクが加圧されてノズル１３からインク滴１６が吐出す
る。

【００２１】このようにマイクロヒータによる局所加熱
による材料の熱膨張の効果を利用し、材料の熱膨張を機
械的変位に変換してインク滴を吐出させるエネルギーを
発生することにより、インク滴を効率的に吐出させるこ
とができる。そして、このとき、加熱の程度（温度）を
制御することによってインク滴量を制御でき、これによ
りドット径制御ができて多値化が可能になる。

【００２２】なお、実験によれば、このインクジェット
ヘッドにおけるインク滴の量はアクチュエータ手段６の
変形量から予測されるインク滴量よりも大きく計測され
た。これは、マイクロヒータ極表面部分でインクが加熱
膨張されることによって、アクチュエータ手段６の変形
にインク膨張が相乗することで、結果的にインク滴量が
増加するものと考えられる。

【００２３】すなわち、インクの熱膨張率は２×１０Ｅ
^-4／℃程度であり、比熱は４．３Ｊ／ｇ°Ｋ程度であっ
て、金属の比熱より約１０倍大きいが、熱膨張率が１５
倍ほどである。この結果、インクはマイクロヒータ表面
の加熱であるが、体積膨張が大きいことから、加熱によ
ってインク体積が膨張し、インク液室が加圧されたのと
同様になってインク滴量が大きくなると考えられる。こ
のように、マイクロヒータの加熱膨張だけでなく、イン
ク接触面のインク自体の熱膨張も加味されることから、
相乗効果によって効率の高いインクジェットヘッド用ア
クチュエータ手段（サーマルアクチュエータ）となる。

【００２４】そして、マイクロヒータにおける熱変化領
域は３００℃以下であり、インクのコゲーションが発生
しない領域であるので、インク選定に対する制約が少な
くなり、水性インク、油性インク、サーマルインク、顔
料系インク、染料系インク、エマルジョンインク等の各
種のインクを用いることができるようになる。そして、
マイクロヒータは半導体技術を用いて形成することがで
きるので、インクジェットヘッドの小型化、高集積化を
図ることができる。

【００２５】また、上記のように、アクチュエータ手段
を熱膨張率の異なる２層以上の構成にして熱膨張率の差
に起因して変形させる構成とすることで、マイクロヒー
タ駆動時のアクチュエータ手段の機械的変位量を大きく
することができ、顔料インクやホットメルトインクなど
の高粘度インクや熱分解し易いインクでもコゲーション
などを配慮することなく吐出することができるようにな
り、高画質のインクジェットプリンタを得ることができ
る。

【００２６】さらに、アクチュエータ手段を熱膨張率の
異なる２層以上の構成にして熱膨張率の差に起因して変
形させる構成とすることで、熱変化と機械的変位変化の
追随性が向上し、材料の剛性を高く（ヤング率を大き
く）する材料の組合せを選択することができ、一部にセ
ラミックスや無機酸化物を含むことで剛性を向上するこ
とができる。また、２層以上にすることで、マイクロヒ
ータの層厚さ方向に導電性の差を持たせて熱分布を設け
ることによってヒートサイクルのサーマルショックを防
止することができ、更に金属や合金の組合せの層間に酸
化物を介在させることによって密着性を向上することが
できる。

【００２７】このようにアクチュエータ手段を熱膨張率
の異なる材料を２層以上積層した構成にする場合、熱膨
張率の差は２倍以上にすることが好ましい。すなわち、
金属材料や合金等の線膨張係数は１０×Ｅ^-6程度である
から、概略１ｍｍの長さで２００℃における変位量は
０．２μｍ程度であり、膨張率差によるアクチュエータ
変位量を確保する上では２倍以上の係数差を持たせるこ
とで大きな変位量を得ることができる。

【００２８】すなわち、サーマルアクチュエータとして
その変位量を大きくすることによってインク滴を安定し
て吐出飛翔させることができ、その変位量の適正値を得
るためには体積変化率として２５〜３０ｐｌが必要であ
るが、層構造を形成する熱膨張率の差を２倍以上とする
ことで、膨張率の大きい方に凸部変形する。この場合の
変形量は予測することができるので、面積の大きさを考
慮してダイアフラム薄膜部面積を設定することができ
る。

【００２９】さらに、基板の一部にダイアフラム薄膜部
を形成して、これをライン状にアレイ化し、各ダイアフ
ラム薄膜部にマイクロヒータを設けることによって、ラ
イン状のサーマルアクチュエータを構成することがで
き、マルチノズルインクジェットヘッドを得ることがで
きる。この場合、半導体技術を応用することができ、ま
た材料選択性が大きく、熱変形変位量を大きくすること
ができるので、低コストで信頼性の高いマルチノズルイ
ンクジェットヘッドが得られる。

【００３０】この場合、基板としては、上述したシリコ
ンウエハー基板の他、ガラス基板、セラミックス基板、
アルミニウム基板、ステンレス基板、その他の金属基板
等を利用することができる。また、ダイアフラム薄膜部
となる薄板部は、熱膨張率の小さい、Ｓi、ガラス、セ
ラミックス（２〜４×１０Ｅ^-6／℃である。）などが適
している。さらに、アルミニウム等の金属材料を基板に
用いる場合には、無機酸化物を薄膜形成するか、ポリイ
ミドや液晶ポリマーの薄膜を形成することでマイクロヒ
ータを構築することができる。

【００３１】また、ヒータ材料、すなわちマイクロヒー
タを形成して熱及び機械的アクチュエータを発現させる
ための材料としては、金属或いは合金を用いることがで
きる。金属は金属元素から選択することができ、合金も
これらの組合せから選択することができる。更に、合金
の導電性の制御や熱膨張率を増加するために非金属元素
を含む合金を選択することもできる。合金を用いること
で、金属結晶化の劣化を防止し、マイグレーションを防
止し、無機酸化物の保護膜との密着性を向上することが
できる。また、導電性セラミックスを用いることもで
き、耐久性が向上し、熱応力による履歴が小さく、保護
膜との密着性が向上する。

【００３２】次に、図３は本発明の第２実施形態に係る
インクジェットヘッドの要部模式的断面図、図４は同イ
ンクジェットヘッドの振動板基材の斜視図である。この
インクジェットヘッドは、図４に示すように、厚さ２０
〜１００μｍのＳＵＳ基板２１、例えばＳＵＳ３０４等
の金属板にエッチング等で長孔状のインク液室対応部２
１ａをアレイ状に穿設し、この基板２１上に図３に示す
ように厚さ３〜２０μｍのポリイミド（或いは液晶ポリ
マー）の薄膜２２をエポキシ・ポリイミド接着剤２３で
接合して、インク液室対応部２１ａの対応する部分にダ
イアフラム薄膜部２４を構成している。

【００３３】そして、このポリイミド薄膜２２上には、
上述した第１実施形態と同様に、例えば厚さ１μｍ程度
のＮｉ−Ｃｒ膜２５を成膜してマイクロヒータ形状でア
レイ状にパターン化することで、ダイアフラム薄膜部２
４上にマイクロヒータ２６を形成し、これらのダイアフ
ラム薄膜部２４及びマイクロヒータ２６でアクチュエー
タ手段２７を構成している。

【００３４】さらに、Ｎｉ−Ｃｒ膜２５上には、上記第
１実施形態と同様に、アクチュエータ手段６の周辺部分
に対応してインク液室１０を画成するためのＳＵＳ基板
をエッチングしたものや、ドライフィルムレジストを用
いたインク液室隔壁部材１１を薄膜接着剤１２で接合
し、さらにインク液室隔壁部材１１上にはノズル１３を
形成したノズル形成部材１４を薄膜接着剤１５で接合し
ている。

【００３５】このように構成したインクジェットヘッド
においても、アクチュエータ手段２７のマイクロヒータ
２６に給電してマイクロヒータ２６を２００℃程度に加
熱することによって、アクチュエータ手段２７が熱膨張
して機械的な形状変化が生起され、これによってインク
液室１０内のインクが加圧されてノズル１３からインク
滴が吐出し、上記第１実施形態と同様の作用効果を得る
ことができる。

【００３６】次に、図５は本発明の第３実施形態に係る
インクジェットヘッドの要部模式的断面図である。この
インクジェットヘッドは、前述した第１実施形態におい
て、ＳiＯ₂膜２上に厚さ０．５μｍ程度のＣｒ（クロ
ム）膜２５を成膜し、このＣｒ膜２５上に厚さ１μｍ程
度のＮｉ−Ｃｒ膜４を成膜してマイクロヒータ形状にパ
ターン化することで、ダイアフラム薄膜部３上にマイク
ロヒータ２８を形成し、これらのダイアフラム薄膜部３
及びマイクロヒータ２８でアクチュエータ手段２９を構
成している。

【００３７】ここで、Ｃｒ膜２５の熱膨張率は７×１０
Ｅ^-6／℃、前述したように、Ｎｉ−Ｃｒ膜４の熱膨張率
は１６×１０Ｅ^-6／℃であり、ＳiＯ₂膜２の熱膨張率は
３×１０Ｅ^-6／℃である。すなわち、マイクロヒータ２
８の熱膨張率構成が傾斜を持っているので、薄膜界面で
の剥離が起きにくくなる。また、ＳiＯ₂膜２とＮｉ−Ｃ
ｒ膜４との間にＣｒ膜２５を介在させることによって酸
化物と金属膜との密着性が向上する。これによって、ア
クチュエータ手段２９の変位がスムーズになり、変位量
を大きくできると共に、信頼性が向上する。

【００３８】このように積層材料として熱膨張率の傾斜
を考慮して選択し、更に層間の密着性の向上を図ること
によってサーマルアクチュエータの特性を向上し、信頼
性を向上することができる。

【００３９】次に、図６は本発明の第４実施形態に係る
インクジェットヘッドの要部模式的断面図である。この
インクジェットヘッドは、上述した第３実施形態におい
て、ＳiＯ₂膜２上に厚さ０．５μｍのＣｒ（クロム）膜
２５を成膜し、このＣｒ膜２５上に厚さ２μｍのＡｌ膜
３１を成膜してアレイ状にパターン化して、ダイアフラ
ム薄膜部３上にＣｒ膜２５及びＡｌ膜３１からなるマイ
クロヒータ３２を形成し、更にこのマイクロヒータ３２
を構成するＡｌ膜３１表面（接インク面）に厚さ０．３
μｍ程度の保護膜となるＰｔ（白金）膜３３を成膜し
て、これらのダイアフラム薄膜部３、マイクロヒータ３
２及び保護膜３３でアクチュエータ手段３４を構成して
いる。

【００４０】すなわち、マイクロヒータは金属材料を薄
膜蒸着（０．５μｍ〜１０μｍ程度）し、半導体技術を
用いて目的のマイクロヒータパターンに形成する。金属
材料としてのアルミニウム（Ａｌ）は線膨張率が２３×
１０Ｅ^-6／℃と大きいものの耐インク性が弱く、腐食溶
出する。そこで、Ａｌの表面のインク接触面に白金（Ｐ
ｔ）等の耐食性の高い金属膜を０．１〜０．３μｍ程度
保護膜として形成することによって、Ａｌの腐食溶出を
防止できて、信頼性を向上することができる。

【００４１】なお、合金化することによってもインクと
の接触による金属材料の腐食溶出を防止して信頼性を向
上することができる。例えば、イットリウム合金やジュ
ラルミン系（Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｎ−Ｙ）やアルミニウムブ
ロンズ系（Ａｌ−Ｃｕ−Ｚｎ）、更にマイグレーション
防止にはＡｌ−Ｃｕ−Ｍｇ等の合金を用いることもでき
る。さらに、これらの保護膜としては無機酸化物（Ｓi
Ｏ2、ＳiＯＮ、ＳiＮ、ＢＮ、Ｔａ２０５等）を蒸着す
ることで更に信頼性が向上する。

【００４２】次に、図７は本発明の第５実施形態に係る
インクジェットヘッドの要部模式的断面図である。この
インクジェットヘッドは、前述した第１実施形態におい
て、ＳiＯ₂膜２上に下地層３５を成膜し、この下地層３
５上に気相化学反応による蒸着やスパッタ蒸着法でシリ
コンカーバイト（ＳｉＣ）、ボロンカーバイト（ＢＣ）
の堆積膜を形成して厚さ２μｍの導電性セラミックス膜
３６を成膜し、これをドライエッチング等で目的の形状
にパターン化して、マイクロヒータ３７を形成し、ダイ
アフラム薄膜部３及びマイクロヒータ３７によってアク
チュエータ手段３８を構成している。

【００４３】導電性セラミックス（導電性ニューセラミ
ックス）の熱膨張率は３×１０Ｅ^-6／℃と小さいがマイ
クロヒータとしてヒートサイクルの耐久性が得られるの
で、熱膨張率の大きい金属材料を積層することで、サー
マルアクチュエータとして信頼性の高いデバイスが得ら
れる。

【００４４】次に、図８は本発明の第６実施形態に係る
インクジェットヘッドの要部模式的断面図である。この
インクジェットヘッドは、前述した第４実施形態におい
て、Ａｌ膜３１の保護膜として厚さ２μｍのポリイミド
や液晶ポリマーなどの有機材料の保護膜３９を例えば２
μｍの厚さに成膜したものである。この場合も有機材料
の保護膜によってＡｌの腐食溶出を防止できて、信頼性
を向上することができる。

【００４５】このようにマイクロヒータ上に熱膨張係数
が大きい有機材料をコートすることで、その熱変位量を
大きくし、サーマルアクチュエータとしての特性が向上
し、更にガラス転移点の高い（Ｔｇ１５０〜３００℃）
ものは化学的安定性があり、インクによる妨害もなく保
護膜として兼用することができる。また、インク液室を
形成するためにインク液室隔壁部材などを接合するとき
に、ＵＶ、プラズマ等によって改質することで容易に界
面の制御を行うことができ、接着接合力の大きな部品接
合を行うことができる。

【００４６】次に、図９は本発明の第７実施形態に係る
インクジェットヘッドの要部模式的断面図である。この
インクジェットヘッドは、Ｓi基板１上にダイアフラム
薄膜部３を形成するＳiＯ₂膜２を設けて、このＳiＯ₂膜
２上に下地層４１を成膜し、この下地層４１上に金属層
（及び／又は導電性セラミックス膜）４２を成膜し、更
に金属層４２上にポリイミド樹脂（又は液晶ポリマー）
４３をスピンコート法やロールコータ法により部分的或
いは全面的に塗布し、これを２００〜３００℃で熱キュ
ア（熟成）することで高分子化して保護膜としたもので
あり、金属層５２によってマイクロヒータ４５を形成
し、ダイアフラム薄膜部３、下地層４１、マイクロヒー
タ４４及びポリイミド樹脂（又は液晶ポリマー）４３に
よってアクチュエータ手段４６を構成している。

【００４７】ここで、金属層（及び／又は導電性セラミ
ックス膜）４２にはパルス状に駆動電圧を印加すること
になるが、通常は薄膜接着層を介してわずかのインク隔
壁との接触でインク液室−ノズル形成部材まで導通し、
腐食が促進され、パルスノイズが重畳するが、電気的絶
縁性が高い有機保護膜を使用することで、電気的ノイズ
が分離され、信頼性や安定性が向上する。

【００４８】次に、本発明に係るインクジェットヘッド
の製造方法について説明する。本発明に係るインクジェ
ットヘッドは、基板の一部に薄膜部（薄板部、ダイアフ
ラム薄膜部）をアレイ状に形成し、この基板を振動板部
材とする。薄板部は金属等の導電性の材料の場合、無機
酸化物、有機樹脂材料等の絶縁性材料で形成することが
できる。

【００４９】基板はエッチング等で目的サイズの孔のア
レイを形成し、フィルム状の金属、セラミックス、ガラ
ス、有機材料を接合して、振動板ダイアフラム薄膜部を
形成し、このダイアフラム薄膜部上にマイクロヒータの
材料蒸着そのパターン化、更に保護膜を形成することで
サーマルアクチュエータが得られる。基板に無機酸化膜
や有機材料をコーティングし、その後エッチング等で振
動板アレイを形成することも可能である。

【００５０】ここでは、金属基板の酸化膜を利用したイ
ンクジェットヘッドの製造方法の一例について図１０を
参照して説明する。先ず同図（ａ）に示すように、金属
基板としてのＡｌ基板（厚さ５０〜１５０μｍ）５１を
準備し、同図（ｂ）に示すようにこのＡｌ基板５１の表
面に厚さ５〜１０μｍ程度の陽極酸化膜５２を成長形成
して、同図（ｃ）に示すように陽極酸化膜５２に封孔
（β−Ａl₂Ｏ₃）を行って１００〜２００℃の加熱処理
を行う。

【００５１】そして、同図（ｄ）に示すようにＡｌ基板
５１の他面にレジストによる振動板パターン５３を形成
してＡｌエッチングを行うことによってＡl2Ｏ3膜５２
はストッパとして機能するので、同図（ｅ）に示すよう
にインク液室に対応する部分が除去されてアレイ状に孔
状のインク液室対応部５４が形成される。このとき、イ
ンク液室対応部５４上には厚さ５〜１０μｍのＡl₂Ｏ₃
のダイアフラム薄膜部５５が形成される。

【００５２】そこで、同図（ｆ）に示すようにＡl₂Ｏ₃
のダイアフラム薄膜部５５上に金属層（及び／又は導電
性セラミックス）５６からなるマイクロヒータ５７を設
け、更にＳＵＳ基板等からなるインク液室隔壁部１１、
ノズル１３を形成したノズル形成部材（ノズルプレー
ト）１４を薄膜接着剤１２，１５で積層接合して、イン
ク液室１０を画成し、インクジェットヘッドを構成す
る。

【００５３】なお、アクチュエータ手段を構成するダイ
アフラム薄膜部、ヒータ材料、保護膜等の層厚みは上記
実施例において述べた範囲が好ましいが、これに限るも
のではない。

【００５４】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１のインク
ジェットヘッドによれば、熱膨張による変形でインク滴
を吐出させるエネルギーを発生するアクチュエータ手段
を備えた構成としたので、インク選定の自由度が向上
し、コゲーションの問題もなく、信頼性が高く、小型
化、高集積化を図れるインクジェットヘッドを得ること
ができる。

【００５５】請求項２のインクジェットヘッドによれ
ば、上記請求項１のインクジェットヘッドにおいて、ア
クチュエータ手段は熱膨張率の異なる材料を積層してな
り、各層の熱膨張率の差に起因して変形する構成とした
ので、変位量を大きくし、しかも熱変化と機械変位変化
の追随性を向上することが可能になる。

【００５６】請求項３のインクジェットヘッドによれ
ば、上記請求項２のインクジェットヘッドにおいて、ア
クチュエータ手段の各層の熱膨張率には２倍以上の差が
ある構成としたので、変位量が大きくなり、しかも熱変
化と機械変位変化の追随性も高くなる。

【００５７】請求項４のインクジェットヘッドによれ
ば、上記請求項２又は３のインクジェットヘッドにおい
て、アクチュエータ手段の内のヒータ材料が金属又は合
金からなる構成としたので、熱膨張差による機械的変位
が可能なヒータ材料の選定が容易になる。

【００５８】請求項５のインクジェットヘッドによれ
ば、上記請求項２又は３のインクジェットヘッドにおい
て、アクチュエータ手段の内のヒータ材料が導電性ニュ
ーセラミックスからなる構成としたので、ヒートサイク
ルに対する耐久性があり、インク接触面の保護が不要に
なる。

【００５９】請求項６のインクジェットヘッドによれ
ば、上記請求項２乃至５のいずれかのインクジェットヘ
ッドにおいて、アクチュエータ手段の接インク面が熱膨
張率の大きな保護膜で覆われている構成としたので、イ
ンクに対する耐久性が向上し、変位量の増加を図ること
ができるようになる。

【００６０】請求項７のインクジェットヘッドによれ
ば、上記請求項１乃至６のいずれかのインクジェットヘ
ッドにおいて、基板の一部に薄膜部を形成し、この薄膜
部に熱膨張率の異なる材料を１層以上積層した構成とし
たので、マルチインクジェットヘッドを容易に低コスト
で得ることができる。

【００６１】請求項８のサーマルアクチュエータによれ
ば、熱膨張率の異なる２以上の材料を積層してなり、少
なくとも１層に給電されることで熱膨張して各層の熱膨
張率の差に起因して変形し、アクチュエータ効果を発生
する構成としたので、インクジェットヘッドに適したア
クチュエータを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係るインクジェットヘ
ッドの要部模式的断面図

【図２】同インクジェットヘッドの要部平面図

【図３】本発明の第２実施形態に係るインクジェットヘ
ッドの要部模式的断面図

【図４】同実施形態の基板の斜視図

【図５】本発明の第３実施形態に係るインクジェットヘ
ッドの要部模式的断面図

【図６】本発明の第４実施形態に係るインクジェットヘ
ッドの要部模式的断面図

【図７】本発明の第５実施形態に係るインクジェットヘ
ッドの要部模式的断面図

【図８】本発明の第６実施形態に係るインクジェットヘ
ッドの要部模式的断面図

【図９】本発明の第７実施形態に係るインクジェットヘ
ッドの要部模式的断面図

【図１０】本発明に係るインクジェットヘッドの製造工
程の一例を説明する説明図

【符号の説明】

１…Ｓi基板、２…ＳiＯ2膜、３…ダイアフラム薄膜
部、４…Ｎｉ−Ｃｒ膜、５…マイクロヒータ、６…アク
チュエータ手段、１０…インク液室、１１…インク液室
隔壁部材、１３…ノズル、１４…ノズル形成部材。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】アクチュエータ手段でインク液室のイン
クを加圧してインク滴を吐出させるインクジェットヘッ
ドにおいて、前記アクチュエータ手段は熱膨張による変
形で前記インク滴を吐出させるエネルギーを発生するこ
とを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項２】請求項１に記載のインクジェットヘッド
において、前記アクチュエータ手段は熱膨張率の異なる
材料を積層してなり、各層の熱膨張率の差に起因して変
形することを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項３】請求項２に記載のインクジェットヘッド
において、前記アクチュエータ手段の各層の熱膨張率に
は２倍以上の差があることを特徴とするインクジェット
ヘッド。
【請求項４】請求項２又は３に記載のインクジェット
ヘッドにおいて、前記アクチュエータ手段の内のヒータ
材料が金属又は合金からなることを特徴とするインクジ
ェットヘッド。
【請求項５】請求項２又は３に記載のインクジェット
ヘッドにおいて、前記アクチュエータ手段の内のヒータ
材料が導電性ニューセラミックスからなることを特徴と
するインクジェットヘッド。
【請求項６】請求項２乃至５のいずれかに記載のイン
クジェットヘッドにおいて、前記アクチュエータ手段の
接インク面が熱膨張率の大きな保護膜で覆われているこ
とを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項７】請求項１乃至６のいずれかに記載のイン
クジェットヘッドにおいて、基板の一部に薄膜部を形成
し、この薄膜部に熱膨張率の異なる材料を１層以上積層
したことを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項８】機械的変位によるアクチュエータ効果を
発生するサーマルアクチュエータであって、このサーマ
ルアクチュエータは熱膨張率の異なる２以上の材料を積
層してなり、少なくとも１層に給電されることで熱膨張
して各層の熱膨張率の差に起因して変形し、前記アクチ
ュエータ効果を発生することを特徴とするサーマルアク
チュエータ。