JP4086461B2 - Inkjet head and inkjet printer - Google Patents
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Description
【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インクジェットプリンタに関し、さらに詳しくは、磁歪素子の変形を利用してインクをノズルから射出させるインクジェットヘッド、及びそのインクジェットヘッドを用いることにより、制御性良くインクを射出するオンデマンド方式のインクジェットプリンタに関する。
また、本発明はインクに限らずノズル穴から制御性良く液体を噴射する素子、及びその素子を用いた装置に応用可能である。
【0002】
【従来の技術】
従来、パソコン等の情報処理装置からの出力用プリンタとしてインパクトドットプリンタ等が多く使用されたが、その後レーザープリンタに変わり、最近では、低価格,カラー化の要求のもとにオンデマンド方式のインクジェットプリンタが多く使用されるようになっている。
オンデマンド方式のインクジェットプリンタとして代表的なものは、インクを急激に加熱し、インクの体積変化の圧力によりインクを吐き出させる方式(例えば、特公昭61−59911号公報等)と、また電圧を印加することにより変形する性質を有する圧電体を用いてインクを吐き出させる方式がある(例えば、特公平2−51734号公報等)。
【0003】
圧電方式はインクの噴出の制御性が良いことが特徴としてあげられ、そのヘッドとしては圧電材料が用いられており、その構成も種々のものが周知である。例えば、振動子円筒缶のように円筒状の圧電素子を取り付け、その圧電素子に電圧をかけたときの体積変化によりインクを噴出させる方式や、平板振動子をインク室の外側に配置し、電圧を印加した際のインク室の体積変化によりインクを吐き出させる方式等がある。
従来の圧電素子を用いたインクジェットヘッドは、先端にノズルを有するインク室があり、そのなかにインクが充填されている。インク室の外側に振動板が設けられ、その上部に圧電素子が設けられる構成となっている。圧電素子の両面には電極が設けられ、その電極に印加した電圧を入切することにより圧電素子が変形し、圧電素子と振動板とのバイメタル効果によりたわみ変形が起き、その体積変化でインクが吐き出される。
【0004】
圧電素子に代えて磁歪素子を用いた従来技術もあるが、単に圧電素子を置き換えできるというもので、詳しい具体的な報告はない。
また、静電気力を利用したものも報告されている(例えば、特開平7−81088号公報等)。この原理は、2つの平板に電圧をかけたとき、平板間に静電気力が働き、引き合ったり、反発したりする現象を利用したものである。静電気力を利用したものは構造を簡単化しやすく、半導体などの微細加工プロセスを利用して製造することができ、小型化に有利という面があるが、2つの電極間にごみがつまる等で短絡が起こり、素子が壊れてしまうという現象が起こりやすいため、電極間隔を広げたり、精密な制御が必要となるといった欠点があった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
前記のように、圧電素子や静電気力を利用したインクジェットヘッドが報告されているが、圧電素子においては一般に圧電素子の材質がセラミックであるため、素子を作製する際に高温での焼結が必要となり、振動子以外の材料に制約があるという問題点があった。また、焼結体であるため、半導体加工のような薄膜プロセスにはなじみにくく、作製が煩雑になるという問題があった。
また、静電気力を利用したインクジェットヘッドの場合、静電気力は電極間隔が狭くなるほど力が大きくなるため、電極間隔が狭いほうが有利であるが、狭くすることによりほこり等に対して弱くなり、精密な電極間隔の制御が必要となるといった問題点があった。
【0006】
以上のような従来のインクジェットヘッドが有する問題点は、駆動部に磁歪材料を用いることで解決され、大きな変形量,発生力を有する駆動部を備えたインクジェットヘッドを実現することができる。しかし、磁歪材料は励磁する必要があるため、コイルなどの励磁部が大きくなってしまうといった問題点があった。
したがって、本発明は、駆動部の変形量、発生力が大きいとともに、従来例に比較し、制御性、省消費電力性、生産性等に優れたインクジェットヘッド、及びインクジェットプリンタを実現することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その第1の技術手段は、インクを射出する駆動部に磁歪素子を用い、該磁歪素子に常時磁界を印加し該磁歪素子を変形しておき、前記変形した磁歪素子に熱を加え前記変形を戻す変形を起こさせることによりインクを射出するインクジェットヘッドであることを特徴とする。
【0008】
第2の技術手段は、第1の技術手段のインクジェットヘッドにおいて、前記磁歪素子は、Tb及びFeを含む化合物またはSm及びFeを含む化合物からなることを特徴とする。
【0009】
本発明の第3の技術手段は、第1の技術手段のインクジェットヘッドにおいて、前記磁歪素子は、磁界を印加することにより磁界と平行方向に伸びる性質を持つ材料と磁界と平行方向に縮む性質を持つ材料の積層体であることを特徴とし、第4の技術手段は、該磁歪素子が、Tb及びFeを含む化合物とSm及びFeを含む化合物の積層体からなることを特徴とする。
【0010】
本発明の第5の技術手段は、第1〜第4の技術手段のインクジェットヘッドにおいて、前記磁歪素子に磁界を印加する手段は、永久磁石であることを特徴とする。
【0011】
本発明の第6の技術手段は、第5の技術手段のインクジェットヘッドにおいて、前記永久磁石は、SmCo系合金、またはNdFeB系合金からなることを特徴とする。
【0012】
本発明の第7の技術手段は、第1〜第6の技術手段のインクジェットヘッドにおいて、前記磁歪素子と永久磁石の一方または双方を、薄膜で作製することを特徴とする。
【0013】
本発明の第8の技術手段は、第1〜第7の技術手段のインクジェットヘッドにおいて、前記磁歪素子に熱を加える手段は、発熱体であることを特徴とする。
【0014】
本発明の第9の技術手段は、第1〜第7の技術手段のインクジェットヘッドにおいて、前記磁歪素子に熱を加える手段は、光または電磁波であることを特徴とする。
【0015】
本発明の第10の技術手段は、インクを射出するインクジェットヘッドに第1〜第9の技術手段のインクジェットヘッドを用いたインクジェットプリンタであることを特徴とする。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図1〜図13に示す実施例に基づいて説明する。なお、本発明の技術的範囲は、実施例の記載によって何ら限定されて解釈されるものではない。
(第1実施例)
第1実施例は請求項1の発明に対応し、インクを射出させるための駆動部として磁歪素子を用い、その磁歪素子を励磁するために磁歪素子に磁界を印加し磁歪素子を変形させておき、磁歪素子に熱を加えることにより変形を戻す変化を起こさせることによりインクを射出するインクジェットヘッドに関する。
【0017】
ここで、磁歪とは磁性体が磁界印加されることにより伸びるまたは縮むといった変形を起こす性質であり、磁性材料は程度の差はあるが、この性質を持っている。特にその変形量が大きいものを磁歪材料と呼び、古くから超音波発生用の振動子等に用いられている。
磁歪材料の例としては、Ni,FeAl,FeCo,NiFe,NiCo,FeSi,FeB,FeSiB,FeCoSiB,FePd等の合金系のほか、Fe,Ni,Co,Cu等を1種類以上混合し焼結などで作製するNiCoフェライト、NiCuCoフェライト等のフェライト材料もある。
FeB,FeSiB,FeCoSiB等の合金は、歪み量は比較的小さな値であるが、電気的エネルギーを機械的エネルギーに変えるための変換効率の良さを示す電気機械結合係数が圧電素子よりも高い値を示すものがあり、これらの材料を用いることは効果が大きい。
フェライト材料の中でマグネタイト系の材料は、材料に強い圧力がかかった状態でも良好な動作をするという性質がある。また、磁歪材料には印加磁界と平行な方向に伸びる性質を持つ材料と縮む性質を持つ材料がある。
【0018】
図1は、本発明の第1実施例によるインクジェットヘッドの磁歪素子周辺の概略を示す断面図であり、磁界が印加することにより縮む性質を有する磁歪素子を用いた例である。
インクジェットヘッドは、基板1,振動板2,ノズル3,磁歪素子4,磁界印加手段(図示せず),加熱手段(図示せず)を主な構成要素とし、磁歪素子4に磁界を印加することにより変形することと、その変形が加熱手段による加熱により元の状態に戻る変化に基づいて、インク室5内のインクがノズル3より押し出されて射出される。
図1の状態では、磁歪素子4に磁界が印加されておらず、磁歪素子4は変形していないので、インク室5は大きな容積を占めている。第1実施例のインクジェットヘッドの使用時、磁歪素子4には常時磁界Hが印加されているので、磁歪素子4は磁界方向の長さが縮むように変形しており、それに伴い図2に示すように振動板2もインク室5の容積が小さくなるように変形している。この状態で、磁歪素子4を加熱手段により加熱しキュリー点以上の温度に加熱すると、変形がない図1の状態に戻る。
なお、加熱手段の具体例については後述する。
【0019】
次に、インクが射出される原理を説明する。
図2は、図1に示すインクジェットヘッドの状態から磁歪素子4に磁界Hを印加した状態を示す図で、磁界Hの印加に伴う磁歪素子4の変形により振動板2が変形し、インクが射出され、その直後の磁歪素子4は収縮した状態である。
次に、その状態から磁歪素子4に熱を加え、磁歪素子4をキュリー温度以上に加熱すると、磁歪素子4は変形前の状態に戻り、磁歪素子4と振動板2は図1のような変形前の平面の状態に戻る。この時インクは供給口6よりインク室5内へ供給されてインク室5はインクで満たされる。
インク室5がインクで満たされた時点で、磁歪素子4の温度が下がると磁歪素子4と振動板2は、再び図2のように変形してインク室5のインクを押し出しノズル3よりインク滴7となって射出される。
磁界の印加方法は特に限定されるものではない。
また、振動板2の代わりに磁歪素子4を単体で用いることも可能である。その場合は、変形をより大きくすることができ素子の小型化が可能となる。またその場合、磁歪素子4とインクが接する面に薄い保護層等を構成するとさらに好ましい。
【0020】
(第2実施例)
第2実施例は請求項2の発明に対応し、磁歪素子4として磁界Hを印加することにより磁界と平行方向に伸びる性質を持つ材料と磁界と平行方向に縮む性質を持つ材料とを積層して用いたインクジェットヘッドに関する。
磁界Hと平行方向に伸びる性質を持つ材料と磁界Hと平行方向に縮む性質を持つ材料とを積層することにより磁歪素子の変形量を大きくすることが可能である。
図5,図6は、第2実施例のインクジェットヘッドに用いる磁歪素子4の構成を示す図で、例えばTbFeとSmFeを積層することにより、図5のように磁界を印加しない状態では平行であるが、図6のように磁界Hを印加することによりTbFeは伸び、SmFeは縮むため変形が生じる。
それぞれの磁歪素子を単独で用いた場合に比べ大きな変形が得られるためインクの射出を制御し易くなる。
【0021】
(第3実施例)
第3実施例は請求項3の発明に対応し、磁歪素子4としてTb及びFeを含む化合物、またはSm及びFeを含む化合物を用いるインクジェットヘッドに関する。
TbFe,SmFe合金等のいわゆるレーベス相を有するTbFe2合金等では、長さLの磁性体の長さ方向に磁界を印加した場合の磁性体の伸び、または縮み量をΔLとすると、ΔL/L=2000×10-6程度とかなり大きな変位量を示すことが知られている。TbFeは磁界印加により伸びる性質を持ち、SmFeは縮む性質を持つ。
本発明の磁歪素子に用いられる化合物としてTbDyFe,TbDyHoFe,TbFeB,SmFeB等の合金系が例示できる。大きな磁歪を保ったまま結晶磁気異方性を小さくしたような材料が好ましい。
【0022】
図1,図2のインクジェットヘッドは、磁歪素子4が磁界Hの印加により磁界Hと平行方向に縮む性質の材料からなるものであったが、図3,図4の例は、磁歪素子4が磁界Hの印加により磁界Hと平行方向に伸びる性質の材料からなるものを用いたインクジェットヘッドの例を示すものである。
磁歪素子4に磁界Hを印加した図3の状態では、磁歪素子4は伸び変形しており、それに伴い振動板2も変形し、容積が大きくなったインク室5にはインクが満たされている。
インクが射出される原理は、図1,図2の第1実施例で示したものとほぼ同じであり、磁歪素子4が変形することにより振動板2が変形し、図示しない加熱手段により変形した磁歪素子4がキュリー温度以上に加熱されることにより、インク室5内のインクがノズル3より押し出されて射出される。
【0023】
Tb及びFeを含む化合物としてTbFe2合金を用いた場合、インクが射出される原理を説明する。
図3に示すようにインクを射出した直後の状態では、磁歪素子4は磁界Hを印加され伸びて変形している。この状態ではインクは供給口6より供給されてインク室5はインクで満たされている。
次に、その状態から磁歪素子4に熱を加えキュリー温度以上にすると、図4のように磁歪素子2と振動板4は変形前の平面の状態に戻る。この時インク室7のインクを押し出しノズル3よりインク滴7となって射出される。
磁界の印加方法は特に限定されるものではない。また、振動板4を無くし磁歪素子2を単体で振動板と兼用として用いることも可能である。その場合はより変形を大きくすることができ素子の小型化が可能となる。またその場合,磁歪素子2とインクが接する面に薄い保護層などを構成するとさらに好ましい。
Sm及びFeを含む化合物としてSmFeBを用いた場合は実施例1で説明したように図1と図2の変形を繰り返すことによりインクが射出される。
【0024】
(第4実施例)
第4実施例は請求項4の発明に対応し、磁歪素子に磁界を印加する手段として永久磁石を用いるインクジェットヘッドに関する。
磁歪素子4に印加する磁界Hを発生する手段としてコイルを用い磁界を発生させることができるが、より省消費電力化をするために永久磁石を用い、そこから発生する磁界を磁歪素子の駆動に利用する。
図7は磁歪素子4を上から見た平面図であるが、磁歪素子4をはさむようにその両側に永久磁石8,8を配置し磁界Hを印加する。
また、図8に示すように磁歪素子4の上面または横面等に軟磁性材料9を配置することにより磁気回路が閉じるように構成でき、効率良く磁歪素子4に磁界Hを印加することができるようになり好ましい。
【0025】
(第5実施例)
第5実施例は請求項5の発明に対応し、磁歪素子の励磁用の永久磁石8,8としてSmCo系合金、またはNdFeB系合金を用いるインクジェットヘッドに関する。
SmCo系合金は、磁石の強度が強く、キュリー温度が高いため、温度にも強いという利点がある。
また、NdFeB系合金は、磁石として磁力の強度が最強であるため、強い磁界を印加できる。
また、これらの合金に元素を添加したものも開発されている。最近ではSmFeNなどの窒化物、炭化物なども強力な磁力を有することが明らかとなり、それらの合金系も適用可能である。
また、磁石の腐食等による性能劣化を防ぐため、保護膜等で覆う等しても良い。
【0026】
ここでは、SmCo5合金を用いた例を示す。
図9は、第5実施例のインクジェットヘッドに用いる磁歪素子4の概略の平面図であるが、SmFe2からなる磁歪素子4aの両側に永久磁石8a,8aとしてSmCo5合金を配置し、永久磁石8a,8aと磁歪素子4aに効率良く磁界が印加されるように軟磁性材料9aとしてNiFe合金等を用いて閉磁路が形成されるように各素子を構成した。
【0027】
(第6実施例)
第6実施例は請求項6の発明に対応し、磁歪素子及び/または永久磁石を薄膜で作製するインクジェットヘッドに関する。
図10は、第6実施例のインクジェットヘッドの概略の断面を示す図であるが、磁歪素子4または永久磁石8b,8bを、または磁歪素子4b,永久磁石8b,8bの両方を薄膜で作製する。
磁歪素子、永久磁石を薄膜で作製することによりフォトリソグラフィ等のプロセス技術を応用することができ、作成法が容易になる。
【0028】
(第7実施例)
第7実施例は請求項7の発明に対応し、磁歪素子に熱を加える加熱手段として発熱体を用いたインクジェットヘッドに関する。
図11は、第7実施例のインクジェットヘッドに用いる磁歪素子4の概略の平面図であるが、磁歪素子4の近傍に発熱体10を設け、発熱体10に電流を流すことにより温度を上昇させ、磁歪素子4の温度をキュリー温度以上にすることにより駆動する。磁歪素子4としてTbDyFeBアモルファス合金を用いる。発熱体10はヒータ線だけで構成できるため、簡単な構成のインクジェットヘッドを形成することができる。
【0029】
(第8実施例)
第8実施例は請求項8の発明に対応し、磁歪素子に熱を加える手段として光または電磁波を用いたインクジェットヘッドに関する。
磁歪素子4にレーザ等の光を照射することにより光のエネルギーを熱に変換させ磁歪素子をキュリー温度以上にする。光により磁歪素子4の温度を制御し駆動を行う。
図12は、第8実施例のインクジェットヘッドの概略の断面を示す図であるが、磁歪素子4にレーザーダイオード11が発光したレーザ光を照射し、そのエネルギを熱に変えることにより磁歪素子4を駆動する。レーザ等の光を用いることにより、磁歪素子4から離れて駆動手段を構成することができ、また光は応答が速く、高速駆動に適する。
【0030】
(第9実施例)
第9実施例は請求項9の発明に対応し、インクを射出するインクジェットヘッドとして第1〜第9実施例のインクジェットヘッドを用いたインクジェットプリンタに関する。
図13は、インクジェットプリンタの概略の構成を示す側断面図である。
このインクジェットプリンタは、給紙カセット21から送り出した用紙22を給紙ローラ23で搬送し、更に搬送部24で用紙22を搬送しながらインクジェットヘッドからなる記録ヘッド25によって用紙22上に画像を記録して排紙トレイ26に排紙する構成である。
そして、給紙ローラ23の下流側に用紙22の有無を検知したり用紙22の種別を検出するセンサ27,センサ28を配置している。ここで、センサ27,センサ28は透過型フォトセンサを用いることができるが、これに限るものではなく、その他の光学式,メカ式等種々の検知手段を用いることができる。
【0031】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば次のような効果を奏する。
(1)請求項1の発明によれば、インクジェットヘッドの駆動部を磁歪素子により形成し、磁歪素子に磁界を印加し、また磁歪素子を加熱することにより駆動するので、従来にない新規な構成で、制御性,省消費電力性,生産性に優れたインクジェットヘッドが実現可能となる。
【0032】
(2)請求項2の発明によれば、磁歪素子として、磁界を印加することにより磁界と平行方向に伸びる磁歪素子材料と磁界と平行方向に縮む磁歪素子材料の積層体を用いるので、いずれかの磁歪素子材料を単独で用いた場合に比べ大きな変形が得られるため、インクの射出制御が容易である。
【0033】
(3)請求項3の発明によれば、磁歪素子として、Tb及びFeを含む化合物、またはSm及びFeを含む化合物を用いるので、インクジェットヘッドのインク室の体積変化が大きくでき、インクの射出量の制御性が向上する。
【0034】
(4)請求項4の発明によれば、磁歪素子に磁界を印加する手段が永久磁石であるので、省消費電力化が可能となる。
【0035】
(5)請求項5の発明によれば、永久磁石はSmCo系合金、またはNdFeB系合金からなるので、より大きな駆動力が得られる。
【0036】
(6)請求項6の発明によれば、磁歪素子,永久磁石は、薄膜で作製するので、インクジェットヘッドの作製にあたってより簡便なプロセスを適用することが可能となる。
【0037】
(7)請求項7の発明によれば、磁歪素子の加熱手段が発熱体であるので、比較的単純な素子の構成にすることができ、その簡単な構成でも大きな駆動力が得られる。
【0038】
(8)請求項8の発明によれば、磁歪素子の加熱手段が光または電磁波であるので、素子の駆動に関して制御性が良くなりインクの射出量などの制御性も向上する。
【0039】
(9)請求項9の発明によれば、駆動部が磁歪素子よりなるインクジェットヘッドを用いたので、従来とは異なる新規な構成で、制御性,省消費電力性,生産性に優れたインクジェットプリンタが実現可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 第1実施例のインクジェットヘッドにおいて、駆動部の磁歪素子が磁界を印加することにより縮む性質を持つ材料である場合の構成を示す概略断面図である。
【図2】 図1に示すインクジェットヘッドがインクを射出する時の概略断面図である。
【図3】 第1実施例のインクジェットヘッドにおいて、駆動部の磁歪素子が磁界を印加することにより伸びる性質を持つ材料である場合の構成を示す概略断面図である。
【図4】 図2に示すインクジェットヘッドがインクを射出する時の概略断面図である。
【図5】 第2及び第3実施例のインクジェットヘッドにおける、SmFeとTbFe合金の積層体からなる磁歪素子の積層状態を示す模式図である。
【図6】 図5に示す磁歪素子に磁界を印加した時のSmFeとTbFe合金の積層状態を示す模式図である。
【図7】 第4実施例のインクジェットヘッドにおける、永久磁石を用いた磁界印加手段を示す概略平面図である。
【図8】 図7に示す永久磁石に磁気回路を形成した磁界印加手段を示す概略平面図である。
【図9】 第5実施例のインクジェットヘッドにおける、SmCo系合金またはNdFeB系合金からなる永久磁石を用いた磁界印加手段を示す概略平面図である。
【図10】 第6実施例のインクジェットヘッドにおいて、薄膜で作成された磁歪素子、永久磁石を用いたインクジェットヘッドの断面の概略図である。
【図11】 第7実施例のインクジェットヘッドにおける、発熱体からなる加熱手段を備えた磁界印加手段を示す概略平面図である。
【図12】 第8実施例のインクジェットヘッドにおいて、光を用いた加熱手段を備えたインクジェットヘッドを示す概略断面図である。
【図13】 第9実施例のインクジェットプリンタの概略断面図である。
【符号の説明】
1…基板、2…振動板、3…ノズル、4,4a,4b…磁歪素子、5…インク室、6…供給口、7…インク滴、8,8a,8b…永久磁石、9,9a…軟磁性材料、10…発熱体、11…レーザーダイオード、21…給紙カセット、22…用紙、23…ローラ、24…搬送部、25…記録ヘッド、26…排紙トレイ、27…センサ、28…センサ。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an inkjet head and an inkjet printer, and more specifically, an inkjet head that ejects ink from a nozzle by utilizing deformation of a magnetostrictive element, and an on-demand system that ejects ink with good controllability by using the inkjet head. The present invention relates to an inkjet printer.
The present invention is not limited to ink, and can be applied to an element that ejects liquid from a nozzle hole with good controllability and an apparatus using the element.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, impact dot printers, etc., were often used as printers for output from information processing devices such as personal computers, but later changed to laser printers. Recently, on-demand inkjet printers have been demanded for low cost and colorization. Many printers are used.
A typical on-demand ink jet printer is a method in which ink is heated rapidly and ink is ejected by the pressure of ink volume change (for example, Japanese Patent Publication No. 61-59911), and voltage is applied. There is a method of ejecting ink using a piezoelectric body having a property of being deformed by doing so (for example, Japanese Patent Publication No. 2-51734).
[0003]
The piezoelectric system is characterized by good controllability of ink ejection, and a piezoelectric material is used for the head, and various configurations are well known. For example, a cylindrical piezoelectric element such as a vibrator cylindrical can is attached and ink is ejected by volume change when a voltage is applied to the piezoelectric element, or a flat vibrator is arranged outside the ink chamber and the voltage is There is a method of ejecting ink by changing the volume of the ink chamber when applying.
A conventional inkjet head using a piezoelectric element has an ink chamber having a nozzle at the tip, and is filled with ink. A vibration plate is provided outside the ink chamber, and a piezoelectric element is provided above the vibration plate. Electrodes are provided on both sides of the piezoelectric element, and the piezoelectric element is deformed by turning on and off the voltage applied to the electrode, and the bending deformation occurs due to the bimetallic effect between the piezoelectric element and the diaphragm, and the ink changes due to the volume change. Exhaled.
[0004]
Although there is a conventional technique using a magnetostrictive element instead of a piezoelectric element, there is no detailed specific report because the piezoelectric element can be simply replaced.
In addition, those using electrostatic force have been reported (for example, JP-A-7-81088). This principle utilizes a phenomenon in which when a voltage is applied to two flat plates, an electrostatic force acts between the flat plates to attract or repel each other. Those using electrostatic force are easy to simplify the structure, and can be manufactured using microfabrication processes such as semiconductors, which is advantageous for miniaturization. As a result, the phenomenon that the element breaks easily occurs, so that there is a drawback that the electrode interval is widened and precise control is required.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, an ink jet head using a piezoelectric element or electrostatic force has been reported. However, in a piezoelectric element, since the material of the piezoelectric element is generally ceramic, it is necessary to sinter at a high temperature when producing the element. Thus, there is a problem that there are restrictions on materials other than the vibrator. In addition, since it is a sintered body, there is a problem that it is difficult to adapt to a thin film process such as semiconductor processing, and the production becomes complicated.
In addition, in the case of an ink jet head using electrostatic force, the force becomes larger as the electrode interval becomes narrower. Therefore, it is advantageous that the electrode interval is narrower. There was a problem that it was necessary to control the electrode spacing.
[0006]
The problems of the conventional ink jet head as described above are solved by using a magnetostrictive material for the drive unit, and an ink jet head having a drive unit having a large deformation amount and generating force can be realized. However, since the magnetostrictive material needs to be excited, there has been a problem that an exciting portion such as a coil becomes large.
Accordingly, an object of the present invention is to realize an ink jet head and an ink jet printer that have a large deformation amount and generated force of the drive unit and are superior in controllability, power saving performance, productivity, and the like as compared with the conventional example. And
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and the first technical means thereof uses a magnetostrictive element in a drive unit for ejecting ink, and constantly applies a magnetic field to the magnetostrictive element. And an ink jet head that ejects ink by causing the deformation to return the deformation by applying heat to the deformed magnetostrictive element.
[0008]
According to a second technical means, in the ink jet head of the first technical means, the magnetostrictive element is made of a compound containing Tb and Fe or a compound containing Sm and Fe .
[0009]
According to a third technical means of the present invention, in the ink jet head according to the first technical means, the magnetostrictive element has a property of extending in a direction parallel to the magnetic field by applying a magnetic field and a property of contracting in the direction parallel to the magnetic field. The fourth technical means is characterized in that the magnetostrictive element comprises a laminate of a compound containing Tb and Fe and a compound containing Sm and Fe .
[0010]
According to a fifth technical means of the present invention, in the ink jet head of the first to fourth technical means, the means for applying a magnetic field to the magnetostrictive element is a permanent magnet.
[0011]
According to a sixth technical means of the present invention, in the ink jet head of the fifth technical means, the permanent magnet is made of an SmCo-based alloy or an NdFeB-based alloy.
[0012]
According to a seventh technical means of the present invention, in the ink jet head of the first to sixth technical means , one or both of the magnetostrictive element and the permanent magnet are made of a thin film.
[0013]
According to an eighth technical means of the present invention, in the ink jet head of the first to seventh technical means, the means for applying heat to the magnetostrictive element is a heating element.
[0014]
According to a ninth technical means of the present invention, in the ink jet head of the first to seventh technical means, the means for applying heat to the magnetostrictive element is light or electromagnetic waves.
[0015]
A tenth technical means of the present invention is an ink jet printer using the ink jet heads of the first to ninth technical means as ink jet heads for ejecting ink.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described below based on the examples shown in FIGS. The technical scope of the present invention is not construed as being limited in any way by the description of the examples.
(First embodiment)
The first embodiment corresponds to the invention of claim 1 and uses a magnetostrictive element as a drive unit for ejecting ink. In order to excite the magnetostrictive element, a magnetic field is applied to the magnetostrictive element to deform the magnetostrictive element. The present invention relates to an ink jet head that ejects ink by causing a change to return deformation by applying heat to a magnetostrictive element.
[0017]
Here, the magnetostriction is a property that causes a deformation such that a magnetic material expands or contracts when a magnetic field is applied, and a magnetic material has this property although there is a difference in degree. In particular, a material having a large amount of deformation is called a magnetostrictive material, which has been used for a long time as a vibrator for generating ultrasonic waves.
Examples of magnetostrictive materials include Ni, FeAl, FeCo, NiFe, NiCo, FeSi, FeB, FeSiB, FeCoSiB, FePd, and other alloy systems, and one or more of Fe, Ni, Co, Cu, etc. are mixed and sintered. There are also ferrite materials such as NiCo ferrite and NiCuCo ferrite produced by the above method.
Alloys such as FeB, FeSiB, and FeCoSiB have a relatively small amount of strain, but an electromechanical coupling coefficient indicating good conversion efficiency for converting electrical energy into mechanical energy is higher than that of a piezoelectric element. There is what is shown, and using these materials has a great effect.
Among ferrite materials, a magnetite-based material has a property that it operates well even when a strong pressure is applied to the material. In addition, the magnetostrictive material includes a material having a property of extending in a direction parallel to the applied magnetic field and a material having a property of contracting.
[0018]
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing the periphery of a magnetostrictive element of an ink jet head according to a first embodiment of the present invention, which is an example using a magnetostrictive element having a property of contracting when a magnetic field is applied.
The ink jet head has a substrate 1, a
In the state of FIG. 1, no magnetic field is applied to the
A specific example of the heating means will be described later.
[0019]
Next, the principle of ejecting ink will be described.
FIG. 2 is a diagram showing a state in which the magnetic field H is applied to the
Next, when heat is applied to the
When the temperature of the
The method for applying the magnetic field is not particularly limited.
Further, the
[0020]
(Second embodiment)
The second embodiment corresponds to the invention of
It is possible to increase the amount of deformation of the magnetostrictive element by laminating a material having the property of extending in a direction parallel to the magnetic field H and a material having a property of contracting in the direction parallel to the magnetic field H.
5 and 6 are diagrams showing the configuration of the
Since a large deformation can be obtained as compared with the case where each magnetostrictive element is used alone, it becomes easy to control ink ejection.
[0021]
(Third embodiment)
The third embodiment corresponds to the invention of claim 3 and relates to an ink jet head using a compound containing Tb and Fe or a compound containing Sm and Fe as the
In a TbFe 2 alloy having a so-called Laves phase such as a TbFe, SmFe alloy or the like, if the amount of elongation or contraction of the magnetic material when a magnetic field is applied in the length direction of the magnetic material of length L is ΔL, ΔL / L It is known that the displacement amount is as large as about 2000 × 10 −6 . TbFe has a property of extending when a magnetic field is applied, and SmFe has a property of contracting.
Examples of the compound used in the magnetostrictive element of the present invention include alloy systems such as TbDyFe, TbDyHoFe, TbFeB, and SmFeB. A material having a small magnetocrystalline anisotropy while maintaining a large magnetostriction is preferred.
[0022]
The ink jet head of FIGS. 1 and 2 is made of a material having a property that the
In the state of FIG. 3 in which the magnetic field H is applied to the
The principle of ejecting ink is almost the same as that shown in the first embodiment of FIGS. 1 and 2, and the
[0023]
The principle of ejecting ink when a TbFe 2 alloy is used as the compound containing Tb and Fe will be described.
As shown in FIG. 3, in a state immediately after ink is ejected, the
Next, when heat is applied to the
The method for applying the magnetic field is not particularly limited. It is also possible to eliminate the
When SmFeB is used as the compound containing Sm and Fe, the ink is ejected by repeating the deformation of FIGS. 1 and 2 as described in the first embodiment.
[0024]
(Fourth embodiment)
The fourth embodiment corresponds to the invention of
A magnetic field can be generated using a coil as a means for generating the magnetic field H applied to the
FIG. 7 is a plan view of the
Further, as shown in FIG. 8, the magnetic circuit can be closed by disposing the soft magnetic material 9 on the upper surface or the lateral surface of the
[0025]
(5th Example)
The fifth embodiment corresponds to the invention of
The SmCo-based alloy has an advantage that the magnet is strong and the Curie temperature is high, so that it is also resistant to temperature.
Further, since the NdFeB alloy has the strongest magnetic force as a magnet, a strong magnetic field can be applied.
Moreover, what added the element to these alloys is also developed. Recently, it has become clear that nitrides and carbides such as SmFeN have a strong magnetic force, and their alloy systems are also applicable.
Further, in order to prevent performance deterioration due to magnet corrosion or the like, it may be covered with a protective film or the like.
[0026]
Here, an example using an SmCo 5 alloy is shown.
FIG. 9 is a schematic plan view of the
[0027]
(Sixth embodiment)
The sixth embodiment corresponds to the invention of claim 6 and relates to an ink jet head in which a magnetostrictive element and / or a permanent magnet is made of a thin film.
FIG. 10 is a diagram showing a schematic cross section of the ink jet head of the sixth embodiment. The
By producing a magnetostrictive element and a permanent magnet with a thin film, process technology such as photolithography can be applied, and the production method becomes easy.
[0028]
(Seventh embodiment)
The seventh embodiment corresponds to the invention of claim 7, and relates to an ink jet head using a heating element as a heating means for applying heat to the magnetostrictive element.
FIG. 11 is a schematic plan view of the
[0029]
(Eighth embodiment)
The eighth embodiment corresponds to the invention of
By irradiating the
FIG. 12 is a diagram showing a schematic cross section of the ink jet head of the eighth embodiment. The
[0030]
(Ninth embodiment)
The ninth embodiment corresponds to the invention of claim 9 and relates to an ink jet printer using the ink jet heads of the first to ninth embodiments as ink jet heads for ejecting ink.
FIG. 13 is a side sectional view showing a schematic configuration of the ink jet printer.
In this ink jet printer, the
A
[0031]
【The invention's effect】
As is clear from the above description, the present invention has the following effects.
(1) According to the invention of claim 1, since the drive part of the inkjet head is formed by a magnetostrictive element, a magnetic field is applied to the magnetostrictive element, and the magnetostrictive element is heated to drive it. Thus, an ink jet head excellent in controllability, power saving and productivity can be realized.
[0032]
(2) According to the invention of
[0033]
(3) According to the invention of claim 3, since a compound containing Tb and Fe or a compound containing Sm and Fe is used as the magnetostrictive element, the volume change of the ink chamber of the inkjet head can be increased, and the amount of ink ejected Controllability is improved.
[0034]
(4) According to the invention of
[0035]
(5) According to the invention of
[0036]
(6) According to the invention of claim 6, since the magnetostrictive element and the permanent magnet are made of a thin film, it is possible to apply a simpler process in producing the ink jet head.
[0037]
(7) According to the seventh aspect of the present invention, since the heating means of the magnetostrictive element is a heating element, the structure of the element can be made relatively simple, and a large driving force can be obtained even with the simple structure.
[0038]
(8) According to the invention of
[0039]
(9) According to the ninth aspect of the invention, since the drive unit uses an ink jet head having a magnetostrictive element, the ink jet printer is excellent in controllability, power saving and productivity with a new configuration different from the conventional one. Is feasible.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a configuration in a case where a magnetostrictive element of a driving unit is made of a material that contracts when a magnetic field is applied in an ink jet head according to a first embodiment.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view when the ink jet head shown in FIG. 1 ejects ink.
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a configuration in the case where the magnetostrictive element of the drive unit is a material having a property of extending when a magnetic field is applied in the ink jet head of the first embodiment.
4 is a schematic cross-sectional view when the ink jet head shown in FIG. 2 ejects ink. FIG.
FIG. 5 is a schematic diagram showing a laminated state of magnetostrictive elements made of a laminated body of SmFe and TbFe alloy in the ink jet heads of the second and third embodiments.
6 is a schematic diagram showing a laminated state of SmFe and TbFe alloy when a magnetic field is applied to the magnetostrictive element shown in FIG.
FIG. 7 is a schematic plan view showing magnetic field applying means using a permanent magnet in the ink jet head of the fourth embodiment.
8 is a schematic plan view showing magnetic field applying means in which a magnetic circuit is formed on the permanent magnet shown in FIG.
FIG. 9 is a schematic plan view showing magnetic field applying means using a permanent magnet made of an SmCo alloy or NdFeB alloy in an ink jet head of a fifth embodiment.
FIG. 10 is a schematic view of a cross section of an inkjet head using magnetostrictive elements and permanent magnets made of a thin film in the inkjet head of the sixth embodiment.
FIG. 11 is a schematic plan view showing a magnetic field applying unit including a heating unit made of a heating element in an ink jet head of a seventh embodiment.
FIG. 12 is a schematic sectional view showing an ink jet head provided with heating means using light in the ink jet head of the eighth embodiment.
FIG. 13 is a schematic sectional view of an ink jet printer according to a ninth embodiment.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Board | substrate, 2 ... Diaphragm, 3 ... Nozzle, 4, 4a, 4b ... Magnetostrictive element, 5 ... Ink chamber, 6 ... Supply port, 7 ... Ink drop, 8, 8a, 8b ... Permanent magnet, 9, 9a ... Soft magnetic material, 10 ... heating element, 11 ... laser diode, 21 ... feed cassette, 22 ... paper, 23 ... roller, 24 ... conveying section, 25 ... recording head, 26 ... discharge tray, 27 ... sensor, 28 ... Sensor.
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