JP2000301713A - Ink jet recording head - Google Patents

Ink jet recording head

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JP2000301713A
JP2000301713A JP11631999A JP11631999A JP2000301713A JP 2000301713 A JP2000301713 A JP 2000301713A JP 11631999 A JP11631999 A JP 11631999A JP 11631999 A JP11631999 A JP 11631999A JP 2000301713 A JP2000301713 A JP 2000301713A
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JP
Japan
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ink
recording head
jet recording
shape memory
ink jet
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JP11631999A
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Japanese (ja)
Inventor
Nan Tono
楠 東野
Masami Asano
雅己 浅野
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Minolta Co Ltd
Original Assignee
Minolta Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a small size high density ink jet recording head employing a shape memory material by increasing variation in the volume of ink cavity. SOLUTION: The ink jet recording head 10 comprises a tubular body 21 made of a shape memory material having an inner ink cavity 33, means for heating the tubular body 21, and a nozzle 39 communicating with the ink cavity 33. The tubular body 21 contracts in the axial direction to pressurize ink in the ink cavity 33 thus ejecting an ink drop from the nozzle 39.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、形状記憶材料の変
形を利用してインクチャンネル内のインクを加圧するこ
とによりインク滴を記録媒体に対して吐出するインクジ
ェット記録ヘッドに関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ink jet recording head for discharging ink droplets to a recording medium by pressing ink in an ink channel by utilizing deformation of a shape memory material.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、形状記憶材料を利用したイン
クジェット記録ヘッドが提案されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, an ink jet recording head using a shape memory material has been proposed.

【0003】例えば、特開平6−91865号公報に
は、図12(A),(B)に示すインクジェット記録ヘ
ッドが記載されている。このインクジェット記録ヘッド
では、各インクチャンネル1の図において上方の開口
は、上方に膨出するように撓もうとする弾性的な復元力
を有するバイアスバネ層2により閉鎖されており、この
バイアスバネ層2の全面に形状記憶合金層3が形成され
ている。なお、図12において、4はノズル、5は形状
記憶合金層3に通電して抵抗熱を発生させるための駆動
回路である。
For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 6-91865 describes an ink jet recording head shown in FIGS. In this ink jet recording head, the upper opening of each ink channel 1 in the drawing is closed by a bias spring layer 2 having an elastic restoring force which tends to bulge upward. 2, a shape memory alloy layer 3 is formed on the entire surface. In FIG. 12, reference numeral 4 denotes a nozzle, and reference numeral 5 denotes a driving circuit for generating a resistance heat by energizing the shape memory alloy layer 3.

【0004】常温時には、マルテンサイト相である形状
記憶合金層3は、バイアスバネ層2の弾性的な復元力に
より図において上方に膨出する状態で撓んでいる。駆動
回路5からの通電により、形状記憶合金層3の温度が変
態温度以上に上昇すると、オーステナイト相となった形
状記憶合金層3は、バイアスバネ層2の付勢力に抗して
図において点線で示すように平板状に変形する。その結
果、インクチャンネル1の容積が減少してインクが加圧
され、ノズル4からインク滴が吐出される。
At room temperature, the shape memory alloy layer 3, which is a martensite phase, is bent in a state of bulging upward in the figure due to the elastic restoring force of the bias spring layer 2. When the temperature of the shape memory alloy layer 3 rises to the transformation temperature or higher due to energization from the drive circuit 5, the shape memory alloy layer 3 which has become the austenitic phase is shown by a dotted line in the drawing against the urging force of the bias spring layer 2. Deforms into a flat plate as shown. As a result, the volume of the ink channel 1 is reduced, the ink is pressurized, and the ink droplet is ejected from the nozzle 4.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】一般に、上記形状記憶
合金層3を構成する形状記憶合金の変態前後の伸縮量は
数%のオーダーであるのに対して、バイアスバネ層2を
構成する材料の伸縮限度量は0.1%のオーダーに過ぎ
ず、変態前後の形状記憶合金の伸縮量と比較して非常に
小さい。
In general, the amount of expansion and contraction of the shape memory alloy constituting the shape memory alloy layer 3 before and after transformation is of the order of several percent, whereas the amount of expansion and contraction of the material constituting the bias spring layer 2 is several percent. The amount of expansion and contraction is only on the order of 0.1%, which is very small compared to the amount of expansion and contraction of the shape memory alloy before and after transformation.

【0006】そのため、上記図12に示すインクジェッ
ト記録ヘッドのように形状記憶合金層3の全面にバイア
スバネ層2が設けられていると、形状記憶合金層3の変
形がバイアスバネ層2により拘束されるため、形状記憶
合金層3の変態前後の伸縮量が0.1%のオーダーに制
限されてしまい、インクチャンネル1の容積変化率が小
さくなる。このようにインクチャンネル1の容積変化率
が小さいと、インクの吐出量や吐出速度を確保するため
にインクチャンネル1の容積を大きく設定する必要があ
る。また、上記図12に示すインクジェット記録ヘッド
では、変態前後のインクチャンネル1の容積は、形状記
憶合金層3の幅の変化の3乗に比例して変化し、形状記
憶合金層3の幅を縮小するとインクチャンネル1の容積
変化率が大幅に低下する。そのため、従来のこの種のイ
ンクジェット記録ヘッドでは、高密度化及び小型化を図
ることが困難であった。
Therefore, when the bias spring layer 2 is provided on the entire surface of the shape memory alloy layer 3 as in the ink jet recording head shown in FIG. 12, deformation of the shape memory alloy layer 3 is restrained by the bias spring layer 2. Therefore, the amount of expansion and contraction of the shape memory alloy layer 3 before and after transformation is limited to the order of 0.1%, and the volume change rate of the ink channel 1 is reduced. When the rate of change in the volume of the ink channel 1 is small, it is necessary to increase the volume of the ink channel 1 in order to secure the amount and speed of ink ejection. In the ink jet recording head shown in FIG. 12, the volume of the ink channel 1 before and after the transformation changes in proportion to the cube of the change in the width of the shape memory alloy layer 3, and the width of the shape memory alloy layer 3 is reduced. Then, the volume change rate of the ink channel 1 is greatly reduced. Therefore, it has been difficult to increase the density and reduce the size of this type of conventional inkjet recording head.

【0007】そこで、本発明は、形状記憶材料の変態前
後の伸縮量を増大させることにより、インクチャンネル
の容積変化率を増加させ、インクジェット記録ヘッドの
高密度化及び小型化を図ることを課題としている。
Accordingly, an object of the present invention is to increase the rate of change in the volume of an ink channel by increasing the amount of expansion and contraction of a shape memory material before and after transformation, thereby increasing the density and miniaturization of an ink jet recording head. I have.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明は、形状記憶材料からなり、その内部がインク
キャビティを構成する筒体と、該筒体を加熱する加熱手
段と、上記インクキャビティに連通するノズルとを備
え、上記筒体を軸方向に収縮させることにより、上記イ
ンクキャビティ内のインクを加圧し、上記ノズルからイ
ンク滴を吐出するインクジェット記録ヘッドを提供する
ものである。
SUMMARY OF THE INVENTION In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a cylindrical body made of a shape memory material, the inside of which forms an ink cavity; a heating means for heating the cylindrical body; The present invention provides an ink jet recording head which has a nozzle communicating with a cavity, and presses ink in the ink cavity by discharging the ink droplet from the nozzle by contracting the cylinder in the axial direction.

【0009】本発明のインクジェット記録ヘッドでは、
形状記憶材料からなる筒体が軸方向に伸縮することによ
りインクキャビティの容積が変化するため、形状記憶材
料の伸縮が効率良くインクキャビティの容積変化に変換
される。すなわち、インクキャビティの容積変化量はイ
ンクキャビティの容積と筒体を構成する形状記憶材料の
伸縮率の積で決まり、筒体の軸方向と直交する方向の寸
法(幅)を低減してもインクキャビティの容積変化率は
大幅に低下しない。そのため、本発明のインクジェット
記録ヘッドでは、インクキャビティの容積を低減するこ
とができ、高密度化及び小型化を図ることができる。
In the ink jet recording head of the present invention,
Since the volume of the ink cavity changes when the cylindrical body made of the shape memory material expands and contracts in the axial direction, the expansion and contraction of the shape memory material is efficiently converted into a change in the volume of the ink cavity. That is, the amount of change in the volume of the ink cavity is determined by the product of the volume of the ink cavity and the expansion and contraction rate of the shape memory material forming the cylinder, and even if the dimension (width) in the direction orthogonal to the axial direction of the cylinder is reduced, The rate of volume change of the cavity does not drop significantly. Therefore, in the ink jet recording head of the present invention, the volume of the ink cavity can be reduced, and high density and small size can be achieved.

【0010】特に、形状記憶材料からなる筒体の外周に
バイアスバネ等を積層しない場合には、筒体の伸縮が規
制されず、筒体は形状記憶材料が本来有する数%のオー
ダーの大きな伸縮率で伸縮する。従って、この場合に
は、インクキャビティの容積変化率がより大きくなる。
In particular, when a bias spring or the like is not laminated on the outer periphery of a cylindrical body made of a shape memory material, expansion and contraction of the cylindrical body is not restricted, and the cylindrical body has a large expansion and contraction on the order of several percent inherent in the shape memory material. It expands and contracts at a rate. Therefore, in this case, the volume change rate of the ink cavity becomes larger.

【0011】また、上記インクジェット記録ヘッドは、
上記加熱手段による加熱時と逆方向に伸長又は収縮する
ように筒体を付勢する形状規制手段を備えることが好ま
しい。
[0011] Further, the above-mentioned ink jet recording head comprises:
It is preferable to include a shape regulating unit that urges the cylindrical body so as to expand or contract in a direction opposite to that in the heating by the heating unit.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】次に、図面に示す本発明の実施形
態を詳細に説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Next, embodiments of the present invention shown in the drawings will be described in detail.

【0013】(第1実施形態)図1は、本発明の第1実
施形態に係るインクジェット記録ヘッド10を備えるイ
ンクジェット記録装置11を示している。
(First Embodiment) FIG. 1 shows an ink jet recording apparatus 11 having an ink jet recording head 10 according to a first embodiment of the present invention.

【0014】このインクジェット記録装置11は、キャ
リッジ12を矢印X1,X2で示す主走査方向に移動さ
せる移動機構13と、記録媒体である記録紙14を矢印
Yで示す副走査方向に移動させる送り出し機構15とを
備えている。
The ink jet recording apparatus 11 has a moving mechanism 13 for moving the carriage 12 in the main scanning direction indicated by arrows X1 and X2, and a feeding mechanism for moving the recording paper 14 as a recording medium in the sub-scanning direction indicated by arrow Y. 15 is provided.

【0015】キャリッジ12内には、記録紙14にイン
ク滴を吐出するインクジェット記録ヘッド10と、この
インクジェット記録ヘッド10に供給するインクを蓄液
したカートリッジ式のインクタンク(図示せず)が収容
されている。
In the carriage 12, an ink jet recording head 10 for ejecting ink droplets onto recording paper 14 and a cartridge type ink tank (not shown) storing ink to be supplied to the ink jet recording head 10 are housed. ing.

【0016】インクジェット記録ヘッド10は、図2か
ら図4に示すように、筒体21、支持壁23、端部壁2
5、バイアスバネ部材27、発熱抵抗体29及びチャン
ネルプレート31を備えている。
As shown in FIGS. 2 to 4, the ink jet recording head 10 has a cylindrical body 21, a support wall 23, and an end wall 2.
5, a bias spring member 27, a heating resistor 29, and a channel plate 31 are provided.

【0017】上記筒体21は、形状記憶合金であるTi
Ni(チタン・ニッケル)合金の薄膜からなり、図にお
いて上端側が閉鎖され下端側が開口した四角筒であり、
その内部空間がインクキャビティ33を構成している。
隣接する筒体21の間及び各筒体21と支持壁23との
間には隙間が設けられている。また、筒体21の外周に
はバイアスバネ層等は設けられていない。すなわち、筒
体21の側壁はTiNi合金の薄膜のみから構成されて
いる。なお、本実施形態では、筒体21を構成するTi
Ni合金は、組成比が50%−50%、変態温度が約7
0℃、最大歪が約5%、発生応力が約600MPaであ
る。
The cylindrical body 21 is made of Ti which is a shape memory alloy.
It is a square cylinder made of a thin film of a Ni (titanium / nickel) alloy, the upper end of which is closed and the lower end is open in the figure,
The internal space forms an ink cavity 33.
Gaps are provided between adjacent cylinders 21 and between each cylinder 21 and the support wall 23. No bias spring layer or the like is provided on the outer periphery of the cylindrical body 21. That is, the side wall of the cylindrical body 21 is composed of only the thin film of the TiNi alloy. Note that, in the present embodiment, Ti
The Ni alloy has a composition ratio of 50% -50% and a transformation temperature of about 7%.
At 0 ° C., the maximum strain is about 5%, and the generated stress is about 600 MPa.

【0018】上記支持壁23は、筒体21を挟んで対向
する壁部23a,23aと、これらの壁部23a,23
aを連結する壁部23bとを備えている。一方、上記端
部壁25は、各筒体21の閉鎖端の全面に形成されてい
る。これらの支持壁23及び端部壁25は、後述するよ
うにSi(シリコン)製の基板をエッチングすることに
より形成される。
The support wall 23 includes walls 23a, 23a opposed to each other with the cylindrical body 21 interposed therebetween, and these walls 23a, 23a.
and a wall 23b for connecting a. On the other hand, the end wall 25 is formed on the entire closed end of each cylindrical body 21. The support wall 23 and the end wall 25 are formed by etching a Si (silicon) substrate as described later.

【0019】上記バイアスバネ部材27はSi製の板体
をエッチングして形成したものであり、上記支持壁23
の壁部23a,23aの図において上端に固定された互
いに平行な一対の支持部27a,27aと、これらの支
持部27a,27aを連結するように互いに平行に設け
られた形状規制部27b(本発明の形状規制手段を構成
する。)とを備えている。
The bias spring member 27 is formed by etching a plate made of Si.
And a pair of parallel support portions 27a, 27a fixed to the upper end in the drawing of the wall portions 23a, 23a, and a shape regulating portion 27b (book) provided in parallel with each other so as to connect these support portions 27a, 27a. Constituting the shape regulating means of the invention).

【0020】支持部27a,27aの図において下端
と、形状規制部27の図において下端との間との間には
段差がある。各形状規制部27bは、この段差分(押込
量D)だけ、図において下向きに押し込まれた状態で上
記各筒体21の上端に取り付けられた端部壁25に接合
されている。そのため、各筒体21には、対応する形状
規制部27bにより、軸方向(軸線Nの方向)に引張る
弾性的な付勢力が作用している。
There is a step between the lower end of the supporting portions 27a and 27a in the drawing and the lower end of the shape regulating portion 27 in the drawing. Each shape regulating portion 27b is joined to the end wall 25 attached to the upper end of each of the cylindrical bodies 21 in a state where the shape regulating portion 27b is pushed downward in the figure by this step difference (the pushing amount D). For this reason, an elastic biasing force that acts in the axial direction (the direction of the axis N) acts on each cylindrical body 21 by the corresponding shape regulating portion 27b.

【0021】発熱抵抗体29は、NiCr(ニッケル・
クロム)からなり、上記バイアスバネ部材27の各形状
規制部27b上に形成されている。各発熱抵抗体29
は、一端が共通電極35を介して接地され、他端が個別
電極36を介して駆動回路37に接続されている。
The heating resistor 29 is made of NiCr (nickel
(Chromium) and is formed on each shape regulating portion 27b of the bias spring member 27. Each heating resistor 29
Has one end grounded via a common electrode 35 and the other end connected to a drive circuit 37 via an individual electrode 36.

【0022】上記チャンネルプレート31は、上記筒体
21の開口側(図において下方側)に設けられている。
チャンネルプレート31は、電鋳ニッケルからなる3枚
のプレート31a,31b,31cを積層してなり、上
記インクキャビティ33と連通するノズル39、上記イ
ンクタンクと連通する供給室41及びこの供給室41と
インクキャビティ33を連通するインレット43とを備
えている。
The channel plate 31 is provided on the opening side (the lower side in the figure) of the cylindrical body 21.
The channel plate 31 is formed by laminating three plates 31a, 31b, 31c made of electroformed nickel. The nozzle 39 communicates with the ink cavity 33, the supply chamber 41 communicates with the ink tank, and the supply chamber 41. And an inlet 43 communicating with the ink cavity 33.

【0023】上記インクジェット記録ヘッドの作製方法
について説明すると、まず、図5(A)に示すように、
Si製の基板45の一方の面45aをエッチングして直
方体状の凹部45bを形成する。
The method of manufacturing the ink jet recording head will be described. First, as shown in FIG.
One surface 45a of the Si substrate 45 is etched to form a rectangular parallelepiped concave portion 45b.

【0024】次に、図5(B)に示すように、上記基板
45の凹部45aが形成された面45aの全面にスパッ
タリング法によりTiNiからなる厚み5μmの薄膜4
7を形成する。また、この薄膜47が形成された基板4
5を500℃でアニールし、薄膜47を構成するTiN
iに形状を記憶させる。
Next, as shown in FIG. 5B, a 5 μm thick thin film 4 of TiNi is formed on the entire surface 45 a of the substrate 45 on which the concave portion 45 a is formed by sputtering.
7 is formed. The substrate 4 on which the thin film 47 is formed
5 was annealed at 500 ° C. to form TiN
The shape is stored in i.

【0025】次に、図5(C)に示すように、上記基板
45に形成された薄膜47上に、予め穴加工を施した3
枚のプレート31a,31b,31cを順に取り付けて
ノズルプレート31を形成する。
Next, as shown in FIG. 5 (C), the thin film 47 formed on the
The nozzle plate 31 is formed by sequentially attaching the plates 31a, 31b, and 31c.

【0026】その後、図5(D)に示すように、基板4
5の上記薄膜47及びノズルプレート31が設けられた
面45aと反対側の面45cを、SF6(六弗化硫黄)
を使用した反応ガスプラズマイオンエッチング法(RI
E)によりエッチングし、TiNiからなる筒体21を
形成する。基板45のエッチングされずに残った部分が
支持壁23と端部壁25となる。
Thereafter, as shown in FIG.
The surface 45c opposite to the surface 45a on which the thin film 47 and the nozzle plate 31 of No. 5 are provided is coated with SF 6 (sulfur hexafluoride).
Gas Ion Etching Using Reactive Gas (RI
Etching is performed by E) to form a cylindrical body 21 made of TiNi. The portions of the substrate 45 that remain without being etched become the support wall 23 and the end wall 25.

【0027】次に、図6に示すように、TiNiの変態
温度以上に加熱した状態で、発熱抵抗体29、共通電極
35及び個別電極36を予め設けておいたバイアイスバ
ネ部材27の支持部27aを支持壁23の壁部23aの
図において上端に接合する。また、バイアスバネ部材2
7の形状規制部27bを端部壁25に接合する。この
際、支持壁23の上面と端部壁25の上面は同一面上に
あるため、形状規制部27bは、上記押込量Dの分だけ
下向きに押し込まれた状態で端部壁25に接合される。
そのため、形状規制部27bがもとの形状に戻ろうとす
る弾性的な復元力が端部壁25を介して筒体21に作用
する。この復元力は、筒体21を軸方向に引っ張る向き
に作用する。
Next, as shown in FIG. 6, the support portion 27a of the bi-ice spring member 27 in which the heating resistor 29, the common electrode 35, and the individual electrode 36 are provided in advance in a state where the heating temperature is higher than the transformation temperature of TiNi. It joins to the upper end in the figure of the wall part 23a of the support wall 23. Also, the bias spring member 2
7 is joined to the end wall 25. At this time, since the upper surface of the support wall 23 and the upper surface of the end wall 25 are on the same plane, the shape regulating portion 27b is joined to the end wall 25 in a state where it is pushed downward by the pushing amount D. You.
Therefore, an elastic restoring force for the shape restricting portion 27 b to return to the original shape acts on the cylinder 21 via the end wall 25. This restoring force acts in a direction in which the cylinder 21 is pulled in the axial direction.

【0028】インクジェット記録ヘッド10を冷却して
変態温度未満の常温に戻すと、マルテンサイト相となっ
た筒状部21はバイアスバネ部材27の形状規制部27
bの付勢力により軸方向に伸長され、図3に示すよう
に、押込量Dの分だけ軸方向の寸法が増加する。
When the ink jet recording head 10 is cooled to a normal temperature lower than the transformation temperature, the cylindrical portion 21 in the martensitic phase becomes the shape regulating portion 27 of the bias spring member 27.
The extension in the axial direction is caused by the urging force of b, and the dimension in the axial direction is increased by the pushing amount D as shown in FIG.

【0029】上記インクジェット記録ヘッド10の動作
について説明すると、発熱抵抗体29に対する通電が停
止されている常温状態では、図3及び図4に示すよう
に、バイアスバネ部材27の各形状規制部27bの弾性
的な復元力により、マルテンサイト相である筒体21
は、上記押込量Dの分だけ軸方向に伸長した状態にあ
る。
The operation of the ink jet recording head 10 will be described. In a normal temperature state in which the power supply to the heating resistor 29 is stopped, as shown in FIGS. Due to the elastic restoring force, the cylinder 21 which is a martensite phase
Is in a state of being extended in the axial direction by the pushing amount D.

【0030】発熱抵抗体体29が駆動回路37により通
電されて発熱して筒体21の温度が変態温度以上に上昇
すると、オーステナイト相となった筒体21は、図6に
示すように、形状規制部27bの復元力に抗して、上記
押込量Dの分だけ軸方向に収縮する。その結果、インク
キャビティ33の容積が減少し、加圧されたインクがノ
ズル39より吐出される。
When the heating resistor 29 is energized by the drive circuit 37 to generate heat and the temperature of the cylinder 21 rises to the transformation temperature or higher, the cylinder 21 in the austenite phase has a shape as shown in FIG. Against the restoring force of the restricting portion 27b, it contracts in the axial direction by the pushing amount D. As a result, the volume of the ink cavity 33 decreases, and the pressurized ink is ejected from the nozzle 39.

【0031】発熱抵抗体29に対する通電が停止され、
筒体21が変態温度未満まで冷却されてマルテンサイト
相に戻ると、形状規制部27bの付勢力により、筒体2
1が上記押込量Dの分だけ軸方向に伸長し、図3及び図
4に示す状態に復帰する。その結果、インクキャビティ
33の容積が増加し、供給室41からインレット43を
介してインクキャビティ33にインクが供給される。
The energization of the heating resistor 29 is stopped,
When the cylinder 21 is cooled to below the transformation temperature and returns to the martensite phase, the cylinder 2 is pressed by the urging force of the shape regulating portion 27b.
1 extends in the axial direction by the pushing amount D, and returns to the state shown in FIGS. As a result, the volume of the ink cavity 33 increases, and ink is supplied from the supply chamber 41 to the ink cavity 33 via the inlet 43.

【0032】このように発熱抵抗体29に対する通電・
非通電により、形状記憶合金からなる筒体21の加熱と
冷却を繰り返して変形させることにより、インク滴の吐
出が繰り返される。
As described above, the power supply to the heating resistor 29
The non-energization causes the cylindrical body 21 made of the shape memory alloy to be repeatedly deformed by heating and cooling, whereby the ejection of ink droplets is repeated.

【0033】本実施形態のインクジェット記録ヘッド1
0では、形状記憶材料からなる筒体21が軸方向に伸縮
することによりインクキャビティ33の容積が変化する
ため、形状記憶材料の伸縮が効率良くインクキャビティ
33の容積変化に変換される。すなわち、インクキャビ
ティ33の容積変化量はインクキャビティ33の容積と
筒体21を構成する形状記憶材料の伸縮率の積で決ま
り、筒体21の軸方向と直交する方向の寸法(幅)を低
減してもインクキャビティ33の容積変化率は大幅に低
下しない。また、形状記憶材料からなる筒体21の外周
にはバイアスバネ等が積層されていないため、筒体の伸
縮が規制されず、筒体は形状記憶材料が本来有する数%
のオーダーの大きな伸縮率で伸縮する。そのため、本実
施形態のインクジェット記録ヘッドでは、インクキャビ
ティ33の容積を低減することができ、高密度化及び小
型化を図ることができる。
The ink jet recording head 1 of the present embodiment
At 0, the volume of the ink cavity 33 changes due to the axial expansion and contraction of the cylindrical body 21 made of the shape memory material. Therefore, the expansion and contraction of the shape memory material is efficiently converted into a change in the volume of the ink cavity 33. That is, the amount of change in the volume of the ink cavity 33 is determined by the product of the volume of the ink cavity 33 and the expansion and contraction rate of the shape memory material forming the cylinder 21, and the dimension (width) of the cylinder 21 in the direction orthogonal to the axial direction is reduced. However, the rate of change of the volume of the ink cavity 33 does not decrease significantly. Further, since no bias spring or the like is laminated on the outer periphery of the cylindrical body 21 made of the shape memory material, the expansion and contraction of the cylindrical body is not restricted, and the cylindrical body has a few% that the shape memory material originally has.
It expands and contracts at a large expansion and contraction rate on the order of. Therefore, in the ink jet recording head of the present embodiment, the volume of the ink cavity 33 can be reduced, and high density and small size can be achieved.

【0034】さらに、バイアスバネ、発熱抵抗体等が筒
体21の外周に積層されていないため、それらが筒体と
共に伸縮を繰り返すことにより破壊するのを防止するこ
とができる。
Further, since the bias spring, the heating resistor and the like are not laminated on the outer periphery of the cylindrical body 21, it is possible to prevent them from being broken by repeating expansion and contraction with the cylindrical body.

【0035】なお、筒体21を加熱する手段は、発熱抵
抗体29に通電するものに限定されず、各筒体21を分
断し、個々の筒体21に通電して発生させた抵抗熱によ
り加熱してもよい。
The means for heating the cylindrical body 21 is not limited to the means for energizing the heating resistor 29, but is divided by each of the cylindrical bodies 21 and the resistance heat generated by energizing the individual cylindrical bodies 21 is generated. It may be heated.

【0036】(第2実施形態)図7から図9は、第2実
施形態のインクジェット記録ヘッド10を示している。
(Second Embodiment) FIGS. 7 to 9 show an ink jet recording head 10 according to a second embodiment.

【0037】筒体21は、厚み5μmのNiTi合金の
薄膜からなり、両端開口の円筒状である。図7に示すよ
うに、筒体21の一端は接地され、他端は駆動回路37
に接続されている。
The cylindrical body 21 is made of a NiTi alloy thin film having a thickness of 5 μm, and has a cylindrical shape with openings at both ends. As shown in FIG. 7, one end of the cylindrical body 21 is grounded, and the other end is connected to a drive circuit 37.
It is connected to the.

【0038】筒体21の一方の開口(図において上方側
の開口)は、電鋳ニッケル製の板体からなるノズルプレ
ート49に閉鎖されている。ノズルプレート49には、
それぞれ各筒体21の内部に形成されるインクキャビテ
ィ33に連通するノズル39が形成されている。筒体2
1の他方の開口(図において下方側の開口)は、図10
に示すバイアスバネ部材27により閉鎖されている。上
記ノズルプレート49とバイアスバネ部材27との間に
は、Si製の支持壁23が介設されている。一方、上記
バイアスバネ部材27の上記筒体21と反対側の面には
伸縮膜53が設けられている。また、Si製のバイアス
バネ部材27の伸縮膜53側にはチャンネルプレート3
1が取り付けられている。
One opening (upper opening in the figure) of the cylindrical body 21 is closed by a nozzle plate 49 made of an electroformed nickel plate. In the nozzle plate 49,
A nozzle 39 communicating with an ink cavity 33 formed inside each cylinder 21 is formed. Cylinder 2
1 (opening on the lower side in the figure) corresponds to FIG.
Is closed by a bias spring member 27 shown in FIG. The support wall 23 made of Si is interposed between the nozzle plate 49 and the bias spring member 27. On the other hand, an elastic film 53 is provided on the surface of the bias spring member 27 opposite to the cylindrical body 21. A channel plate 3 is provided on the stretch film 53 side of the bias spring member 27 made of Si.
1 is attached.

【0039】上記バイアスバネ部材27は、第1実施形
態と同様に、互いに平行な一対の支持部27a,27a
と、各筒状部材21に対応して支持部27a,27aを
連結するように互いに平行に設けられた形状規制部27
bとを備えている。各形状規制部27bは、各筒体21
の図において下方側の端部に接合されており、各筒体2
1に対して軸方向(軸線Nの方向)に引張る弾性力を作
用している。また、各形状規制部27bには、貫通穴2
7cが設けられている。
As in the first embodiment, the bias spring member 27 includes a pair of parallel support portions 27a, 27a.
And a shape regulating portion 27 provided in parallel with each other so as to connect the supporting portions 27a, 27a corresponding to the respective cylindrical members 21.
b. Each shape restricting portion 27 b is
Are joined to the lower end in each of FIGS.
1 exerts an elastic force that is pulled in the axial direction (the direction of the axis N). In addition, each shape regulating portion 27b has a through hole 2
7c is provided.

【0040】上記伸縮膜53はバイアスバネ部材27の
全面に設けられており、上記形状規制部27bに設けら
れた各貫通穴27cと連通するように貫通穴53aが設
けられている。これらの貫通穴27c,53aは、上記
筒体21の内部に形成されたインクキャビティ33と、
上記チャンネルプレート31に形成された供給室41と
を連通するインクインレット43を構成している。ただ
し、伸縮膜53には、上記形状規制部27b間のスリッ
トに対応する開口等は形成されておらず、上記インレッ
ト43を除いて供給室41は伸縮膜53により封鎖され
ている。なお、上記伸縮膜53は、ポリイミド、塩化ビ
ニル、テフロン、天然ゴム、シリコン等の樹脂材料から
なる。
The elastic film 53 is provided on the entire surface of the bias spring member 27, and is provided with a through hole 53a so as to communicate with each through hole 27c provided in the shape regulating portion 27b. These through-holes 27c and 53a are provided with an ink cavity 33 formed inside the cylinder 21 and
An ink inlet 43 is provided to communicate with the supply chamber 41 formed in the channel plate 31. However, an opening or the like corresponding to the slit between the shape regulating portions 27b is not formed in the elastic film 53, and the supply chamber 41 is closed by the elastic film 53 except for the inlet 43. The stretch film 53 is made of a resin material such as polyimide, vinyl chloride, Teflon, natural rubber, and silicon.

【0041】上記インクジェット記録ヘッド10の動作
について説明すると、筒体21への通電が停止されてい
る常温状態では、図8及び図9に示すように、各形状規
制部27bの弾性的な復元力により、マルテンサイト相
である筒体21は軸方向に伸長した状態にある。
The operation of the ink jet recording head 10 will be described. In a normal temperature state in which the power supply to the cylinder 21 is stopped, as shown in FIGS. 8 and 9, the elastic restoring force of each shape regulating portion 27b is obtained. As a result, the cylindrical body 21 in the martensite phase is in a state of being extended in the axial direction.

【0042】駆動回路37により通電された筒体21が
発熱して変態温度以上に昇温すると、オーステナイト相
となった筒体21は、図11に示すように、形状規制部
27bの復元力に抗して、上記押込量Dの分だけ軸方向
に縮む。その結果、インクキャビティ33の容積が減少
し、加圧されたインクがノズル39より吐出される。
When the cylinder 21 energized by the drive circuit 37 generates heat and rises in temperature to the transformation temperature or higher, the cylinder 21 in the austenite phase is subjected to the restoring force of the shape regulating portion 27b as shown in FIG. On the contrary, it contracts in the axial direction by the pushing amount D. As a result, the volume of the ink cavity 33 decreases, and the pressurized ink is ejected from the nozzle 39.

【0043】通電が停止されて、筒体21が変態温度未
満まで冷却されると、マルテンサイト相に戻った筒体2
1は、バイアスバネ部材27の形状規制部27bの付勢
力により、軸方向に伸び、図8に示す状態に復帰する。
その結果、インクキャビティ33の容積が増加し、供給
室41からインレット43を介してインクキャビティ3
3にインクが供給される。
When the energization is stopped and the cylinder 21 is cooled below the transformation temperature, the cylinder 2 returns to the martensitic phase.
1 is extended in the axial direction by the urging force of the shape regulating portion 27b of the bias spring member 27, and returns to the state shown in FIG.
As a result, the volume of the ink cavity 33 increases, and the ink cavity 3 is supplied from the supply chamber 41 through the inlet 43.
3 is supplied with ink.

【0044】このように筒体21に対する通電・非通電
により、形状記憶合金からなる筒体21の加熱と冷却を
繰り返して変形させることにより、インク滴の吐出が繰
り返される。
As described above, the heating and cooling of the cylinder 21 made of a shape memory alloy are repeated and deformed by the energization / de-energization of the cylinder 21, thereby repeatedly discharging the ink droplets.

【0045】第1実施形態と同様に、第2実施形態のイ
ンクジェット記録ヘッド10では、形状記憶材料からな
る筒体21が軸方向に伸縮することによりインクキャビ
ティ33の容積が変化するため、形状記憶材料の伸縮が
効率良くインクキャビティ33の容積変化に変換され
る。また、形状記憶材料からなる筒体21の外周にはバ
イアスバネ等が積層されていないため、筒体の伸縮が規
制されない。そのため、インクキャビティ33の容積を
低減することができ、高密度化及び小型化を図ることが
できる。また、バイアスバネ等が筒体21の外周に積層
されていないため、それらが筒体と共に伸縮を繰り返す
ことにより破壊するのを防止することができる。
As in the first embodiment, in the ink jet recording head 10 of the second embodiment, the volume of the ink cavity 33 changes due to the axial expansion and contraction of the cylindrical body 21 made of the shape memory material. The expansion and contraction of the material is efficiently converted into a change in the volume of the ink cavity 33. Further, since no bias spring or the like is laminated on the outer periphery of the cylindrical body 21 made of the shape memory material, expansion and contraction of the cylindrical body is not restricted. Therefore, the volume of the ink cavity 33 can be reduced, and higher density and smaller size can be achieved. In addition, since the bias springs and the like are not stacked on the outer periphery of the cylindrical body 21, it is possible to prevent the springs from being broken by repeatedly expanding and contracting with the cylindrical body.

【0046】なお、筒体21の外周に、第1実施形態と
同様の発熱抵抗体を筒体21の伸縮に影響を与えないよ
うな形状及び寸法で設け、この発熱抵抗体が発生する抵
抗熱で筒体21を昇温させるようにしてもよい。
A heating resistor similar to that of the first embodiment is provided on the outer periphery of the cylindrical body 21 in such a shape and size that does not affect the expansion and contraction of the cylindrical body 21. The temperature of the cylindrical body 21 may be raised by using.

【0047】本発明は、上記実施形態に限定されず、種
々の変形が可能である。まず、筒体を構成する形状記憶
材料は、上記TiNi合金の薄膜に限定されず、TiN
iにPbやCuを加えた合金や、Cu−Zn−Al合金
等の他の形状記憶合金であってもよい。また、形状記録
樹脂、形状記録繊維により筒体を構成してもよい。さら
に、形状記憶合金、形状記録樹脂又は形状記録繊維の少
なくともいずれか一つを含む複合材料により形状記憶材
料層を構成してもよい。
The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications are possible. First, the shape memory material forming the cylinder is not limited to the thin film of the TiNi alloy, but may be TiN.
An alloy obtained by adding Pb or Cu to i or another shape memory alloy such as a Cu-Zn-Al alloy may be used. Further, the cylindrical body may be made of a shape recording resin and a shape recording fiber. Further, the shape memory material layer may be formed of a composite material containing at least one of a shape memory alloy, a shape recording resin, and a shape recording fiber.

【0048】上記発熱抵抗体は、NiCrに限定され
ず、TaN(窒化タンタル)、HfB 2、TaAl等の
他の材料であってもよい。また、発熱抵抗体層を筒体と
バイアスバネ部材の間に設けてもよい。
The heating resistor is limited to NiCr.
TaN (tantalum nitride), HfB Two, TaAl, etc.
Other materials may be used. Also, the heating resistor layer and the cylindrical body
It may be provided between the bias spring members.

【0049】上記形状記憶材料からなる筒体のインクと
接触する部分、すなわち筒体のインクキャビティの周面
を構成する部分に耐久性を向上するための保護膜を形成
してもよい。例えば、Au、Ni、Cr、Pt等の比較
的耐インク性能が良好な金属の膜をスパッタリング法や
蒸着により形状記憶材料層に形成してもよい。また、形
状記憶材料の伸縮性を低下させないような樹脂系の材料
を蒸着により成膜して保護層としてもよい。
A protective film for improving the durability may be formed on a portion of the cylinder made of the above shape memory material which comes into contact with the ink, that is, on a portion constituting the peripheral surface of the ink cavity of the cylinder. For example, a metal film such as Au, Ni, Cr, and Pt having relatively good ink resistance may be formed on the shape memory material layer by sputtering or vapor deposition. Alternatively, a resin-based material that does not reduce the elasticity of the shape memory material may be formed as a protective layer by vapor deposition.

【0050】上記実施形態では、形状記憶材料からなる
筒体は加熱時に縮むが、これとは逆に加熱時には常温時
よりも筒体が伸びる構成としてもよい。この場合、イン
クを吐出しないときは筒体を加熱し、インク吐出時に筒
体を冷却させることによりインクキャビティ容積を低減
させる。
In the above embodiment, the cylinder made of the shape memory material shrinks when heated, but may have a configuration in which the cylinder is more elongated during heating than at room temperature. In this case, when the ink is not ejected, the cylinder is heated and the cylinder is cooled at the time of ejecting the ink, thereby reducing the volume of the ink cavity.

【0051】[0051]

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
のインクジェット記録ヘッドでは、形状記憶材料からな
る筒体が軸方向に伸縮することによりインクキャビティ
の容積を変化させてインクを加圧するようにしているた
め、形状記憶材料の伸縮が効率良くインクキャビティの
容積変化に変換される。すなわち、インクキャビティの
容積変化量はインクキャビティの容積と筒体を構成する
形状記憶材料の伸縮率の積で決まり、筒体の軸方向と直
交する方向の寸法を低減してもインクキャビティの容積
変化率は大幅に低下しない。そのため、本発明のインク
ジェット記録ヘッドでは、インクキャビティの容積を低
減することができ、高密度化及び小型化を図ることがで
きる。
As is apparent from the above description, in the ink jet recording head of the present invention, the volume of the ink cavity is changed by compressing the ink by expanding and contracting the cylinder made of the shape memory material in the axial direction. Therefore, expansion and contraction of the shape memory material are efficiently converted into a change in the volume of the ink cavity. That is, the amount of change in the volume of the ink cavity is determined by the product of the volume of the ink cavity and the expansion and contraction rate of the shape memory material constituting the cylinder, and even if the dimension of the cylinder in the direction perpendicular to the axial direction is reduced, the volume of the ink cavity is reduced. The rate of change does not drop significantly. Therefore, in the ink jet recording head of the present invention, the volume of the ink cavity can be reduced, and high density and small size can be achieved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明の第1実施形態のインクジェット記録
ヘッドを備えるインクジェット記録装置を示す斜視図で
ある。
FIG. 1 is a perspective view illustrating an inkjet recording apparatus including an inkjet recording head according to a first embodiment of the present invention.

【図2】 第1実施形態のインクジェット記録ヘッドを
示す一部断面部分斜視図である。
FIG. 2 is a partial cross-sectional partial perspective view showing the ink jet recording head of the first embodiment.

【図3】 図2のIII−III線での断面図である。FIG. 3 is a sectional view taken along line III-III in FIG. 2;

【図4】 図2のIV−IV線での断面図である。FIG. 4 is a sectional view taken along line IV-IV in FIG.

【図5】 (A),(B),(C)及び(D)は、第1
実施形態のインクジェット記録ヘッドの製造方法を説明
するための断面図である。
FIG. 5 (A), (B), (C) and (D) show the first
FIG. 4 is a cross-sectional view for explaining the method for manufacturing the ink jet recording head of the embodiment.

【図6】 インク滴吐出時の図2のIII−III線で
の断面図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view taken along the line III-III in FIG. 2 when an ink droplet is ejected.

【図7】 本発明の第2実施形態のインクジェット記録
ヘッドを示す一部断面部分斜視図である。
FIG. 7 is a partial cross-sectional partial perspective view illustrating an inkjet recording head according to a second embodiment of the present invention.

【図8】 図7のVIII−VIII線での断面図であ
る。
FIG. 8 is a sectional view taken along line VIII-VIII in FIG. 7;

【図9】 図7のXI−XI線での断面図である。FIG. 9 is a sectional view taken along line XI-XI in FIG. 7;

【図10】 バイアスバネ部材及び伸縮膜を示す一部断
面部分斜視図である。
FIG. 10 is a partial cross-sectional partial perspective view showing a bias spring member and an elastic film.

【図11】 インク滴吐出時の図7のVIII−VII
I線での断面図である。
FIG. 11 is a view illustrating a state where ink droplets are ejected.
It is sectional drawing in the I line.

【図12】 (A)は従来のインクジェット記録ヘッド
を示す平面図、(B)は(A)のXII−XII線での
断面図である。
FIG. 12A is a plan view showing a conventional inkjet recording head, and FIG. 12B is a cross-sectional view taken along line XII-XII of FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 インクジェット記録ヘッド 11 インクジェット記録装置 21 筒体 23 支持壁 25 端部壁 27 バイアスバネ部材 27a 支持部 27b 形状規制部 29 発熱抵抗体 31 チャンネルプレート 33 インクキャビティ 35 共通電極 36 個別電極 37 駆動回路 41 供給室 43 インレット 49 ノズルプレート 53 伸縮膜 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Ink jet recording head 11 Ink jet recording apparatus 21 Cylindrical body 23 Support wall 25 End wall 27 Bias spring member 27a Support part 27b Shape regulation part 29 Heating resistor 31 Channel plate 33 Ink cavity 35 Common electrode 36 Individual electrode 37 Drive circuit 41 Supply Chamber 43 Inlet 49 Nozzle plate 53 Stretchable film

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 形状記憶材料からなり、その内部がイン
クキャビティを構成する筒体と、 該筒体を加熱する加熱手段と上記インクキャビティに連
通するノズルとを備え上記筒体を軸方向に収縮させるこ
とにより、上記インクキャビティ内のインクを加圧し、
上記ノズルからインク滴を吐出するインクジェット記録
ヘッド。
1. A cylinder made of a shape memory material, the interior of which forms an ink cavity, a heating means for heating the cylinder, and a nozzle communicating with the ink cavity, wherein the cylinder is contracted in the axial direction. By pressurizing the ink in the ink cavity,
An ink jet recording head that ejects ink droplets from the nozzles.
【請求項2】 上記加熱手段による加熱時と逆方向に伸
長又は収縮するように筒体を付勢する形状規制手段を備
える請求項1に記載のインクジェット記録ヘッド。
2. The ink jet recording head according to claim 1, further comprising a shape regulating means for urging the cylindrical body so as to expand or contract in a direction opposite to that of the heating by the heating means.
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