JP2000309092A - Ink-jet recording head - Google Patents

Ink-jet recording head

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JP2000309092A
JP2000309092A JP12170399A JP12170399A JP2000309092A JP 2000309092 A JP2000309092 A JP 2000309092A JP 12170399 A JP12170399 A JP 12170399A JP 12170399 A JP12170399 A JP 12170399A JP 2000309092 A JP2000309092 A JP 2000309092A
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JP
Japan
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layer
shape memory
memory material
heat
material layer
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Application number
JP12170399A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Nobuhisa Ishida
暢久 石田
Atsushi Mizuguchi
淳 水口
Koichi Samejima
幸一 鮫島
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Minolta Co Ltd
Original Assignee
Minolta Co Ltd
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Publication date
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  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the thermal response property of the shape memory material in an ink-jet recording head using a shape memory material. SOLUTION: An ink-jet recording head comprises a shape memory material layer 25 providing a part of the wall part of an ink channel 39, a heating means 29 for heating the shape memory material layer 25, and a nozzle 51 communicating with the ink channel 39. The ink-jet recording head further comprises a heat blocking layer 31 formed so as to cover the shape memory material layer 25 and the heating means 29, and a radiating layer 35 formed in the heat blocking layer 31 on the opposite side with respect to the shape memory material layer 25.

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。例えば、特開
平6−91865号公報には、図7(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上に形状記憶合
金層3が形成されている。なお、図7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。
2. Description of the Related Art Conventionally, an ink jet recording head using a shape memory material has been proposed. For example, JP-A-6-91865 describes an ink jet recording head shown in FIGS. 7A and 7B. 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. A shape memory alloy layer 3 is formed on 2. In FIG. 7, reference numeral 4 denotes a nozzle, and 5 denotes a drive circuit for generating a resistance heat by energizing the shape memory alloy layer 3.

【0003】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.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】上記のように形状記憶
材料を使用するインクジェット記録ヘッドでは、形状記
憶材料の加熱及び冷却を繰り返すことによりインク滴を
吐出するため、駆動周波数を高めて高速印字を実現する
には、熱応答性が良好であること、すなわち加熱時には
形状記憶材料の温度が変態温度まで速やかに上昇する一
方、冷却時には形状記憶材料の温度が変態温度未満の温
度まで速やかに降下することが必要となる。
In an ink jet recording head using a shape memory material as described above, ink droplets are ejected by repeating heating and cooling of the shape memory material. To achieve this, the thermal response is good, that is, the temperature of the shape memory material quickly rises to the transformation temperature during heating, while the temperature of the shape memory material rapidly falls to a temperature below the transformation temperature during cooling. It is necessary.

【0005】しかし、図7に示す従来のインクジェット
記録ヘッドのように、単にバイアスバネ層2に形状記憶
材料層3を設けただけの構造では、良好な熱応答性を得
ることはできず、数Hzから数10Hz程度の駆動周波
数でしか駆動することができない。
However, with a structure in which the shape memory material layer 3 is simply provided on the bias spring layer 2 as in the conventional ink jet recording head shown in FIG. 7, good thermal responsiveness cannot be obtained. It can be driven only at a drive frequency of about 10 Hz to several tens of Hz.

【0006】そこで、本発明は、形状記憶材料を使用す
るインクジェット記録ヘッドにおいて、形状記憶材料の
熱応答性を向上することを課題としてなされたものであ
る。
Accordingly, it is an object of the present invention to improve the thermal response of a shape memory material in an ink jet recording head using the shape memory material.

【0007】[0007]

【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、インクチャンネルの壁部の一部分を構成
する形状記憶材料層と、該形状記憶材料層を加熱する加
熱手段と、上記インクチャンネルと連通するノズルとを
備えるインクジェット記録ヘッドにおいて、上記形状記
憶材料層を加熱手段と共に覆うように形成された熱遮断
層と、該熱遮断層の上記形状記憶材料層と反対側に形成
された放熱層とを備えることを特徴とするインクジェッ
ト記録ヘッドを提供するものである。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a shape memory material layer constituting a part of a wall portion of an ink channel, a heating means for heating the shape memory material layer, In an ink jet recording head including a nozzle communicating with an ink channel, a heat blocking layer formed so as to cover the shape memory material layer together with a heating unit, and a heat blocking layer formed on a side of the heat blocking layer opposite to the shape memory material layer. And a heat radiation layer.

【0008】本発明のインクジェット記録ヘッドでは、
上記のように形状記憶材料層を加熱手段と共に覆う熱遮
断層が設けられているため、加熱手段の発生する熱の損
失が低減され、効率良く形状記憶材料層が加熱され、速
やかに変態温度まで昇温する。また、熱遮断層の形状記
憶材料層とは反対側に放熱層を設けているため、加熱手
段による加熱を停止すると形状記憶材料層の温度は速や
かに変態温度未満まで低下する。このように本発明のイ
ンクジェット記録ヘッドでは、形状記憶材料層の熱応答
性が良好であるため、加熱と冷却の駆動周期を短く設定
して高周波数での駆動を行うことができる。
In the ink jet recording head of the present invention,
As described above, since the heat blocking layer that covers the shape memory material layer together with the heating means is provided, the loss of heat generated by the heating means is reduced, the shape memory material layer is efficiently heated, and quickly reaches the transformation temperature. Raise the temperature. Further, since the heat radiation layer is provided on the side of the heat insulation layer opposite to the shape memory material layer, when the heating by the heating means is stopped, the temperature of the shape memory material layer quickly drops to below the transformation temperature. Thus, in the ink jet recording head of the present invention, since the thermal response of the shape memory material layer is good, it is possible to perform driving at a high frequency by setting a short driving cycle of heating and cooling.

【0009】上記放熱層が金属板からなり、上記加熱手
段が上記形状記憶材料層上に形成された発熱抵抗体から
なる場合には、上記熱遮断層と上記放熱層の間に変形吸
収層を介設することが好ましい。この変形吸収層を設け
ることにより、熱遮断層が形状記憶材料層と共に変形を
繰り返しても、熱遮断層及び放熱板は常に変形吸収層に
密着した状態にあるため、熱遮断層から変形吸収層を介
して放熱板に効率良く熱が伝達される。
In the case where the heat radiating layer is formed of a metal plate and the heating means is formed of a heating resistor formed on the shape memory material layer, a deformation absorbing layer is provided between the heat insulating layer and the heat radiating layer. It is preferable to interpose. By providing the deformation absorption layer, even if the heat insulation layer is repeatedly deformed together with the shape memory material layer, the heat insulation layer and the heat sink are always in close contact with the deformation absorption layer. The heat is efficiently transmitted to the heat radiating plate through the heat sink.

【0010】上記熱遮断層は、熱伝導率の低い材料であ
れば特に限定されないが、CVD(Chemical Vapor Dep
osition)、スパッター、蒸着、スクリーン印刷等によ
り形成したSiO2、ポリイミド等が特に好ましい。ま
た、上記放熱層は、熱伝導性の高い材料であれば特に限
定されないが、例えば、Al板、SUS板、Ni板、C
u板、Ti板等の金属板が適している。上記変形吸収層
は、導電性ゴムシート、シリコンコンパウンド、シリコ
ーンゴム、シリコーンオイル等の変形追従性が良好な材
料からなることが好ましい。
The thermal barrier layer is not particularly limited as long as it has a low thermal conductivity.
osition), sputtering, vapor deposition, SiO 2 was formed by screen printing or the like, polyimide is particularly preferred. The heat radiation layer is not particularly limited as long as it is a material having high thermal conductivity. For example, an Al plate, a SUS plate, a Ni plate, a C
A metal plate such as a u plate or a Ti plate is suitable. The deformation absorbing layer is preferably made of a material having good deformation followability, such as a conductive rubber sheet, a silicone compound, silicone rubber, and silicone oil.

【0011】[0011]

【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.

【0012】図1は、本発明の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。
FIG. 1 shows an ink jet recording apparatus 11 having an ink jet recording head 10 according to an embodiment of the present invention.

【0013】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 includes a moving mechanism 13 for moving a carriage 12 in a main scanning direction indicated by arrows X1 and X2, and a feeding mechanism for moving a recording paper 14 as a recording medium in a sub-scanning direction indicated by arrow y. 15 is provided.

【0014】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 the recording paper 14, and a cartridge type ink tank (not shown) for storing ink to be supplied to the ink jet recording head 10 are housed. ing.

【0015】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、流路基板21、バイアスバネ層2
3、形状記憶材料層25、絶縁層27、発熱抵抗体2
9、熱遮断層31、変形吸収層33、放熱板35及びノ
ズルプレート37を備えている。
As shown in FIGS. 2 to 4, the ink jet recording head 10 includes a flow path substrate 21 and a bias spring layer 2.
3. Shape memory material layer 25, insulating layer 27, heating resistor 2
9, a heat shielding layer 31, a deformation absorbing layer 33, a heat radiating plate 35, and a nozzle plate 37.

【0016】上記流路基板21は厚み300μmのSi
(シリコン)製の板体からなり、図において上下両側が
開口した複数個のインクチャンネル39が互いに平行に
設けられている。これらのインクチャンネル39の長手
方向一端側に上下両側が開口した供給室41が設けられ
ている。各インクチャンネル39と供給室41はインレ
ット43により連通している。また、供給室41は、上
記図示しないインクタンクに連通している。なお、上記
流路基板21の厚みは、100μm〜650μm程度の
範囲に設定される。
The flow path substrate 21 is made of Si having a thickness of 300 μm.
A plurality of ink channels 39 made of a (silicon) plate body and having upper and lower sides open in the figure are provided in parallel with each other. A supply chamber 41 having upper and lower sides open at one end in the longitudinal direction of the ink channels 39 is provided. Each ink channel 39 and the supply chamber 41 communicate with each other through an inlet 43. The supply chamber 41 communicates with the ink tank (not shown). The thickness of the flow path substrate 21 is set in a range of about 100 μm to 650 μm.

【0017】流路基板21の一方の面21a(図におい
て上面側)の全面に、厚み10μmの熱酸化SiO2
薄膜からなるバイアスバネ層23が設けられており、こ
のバイアスバネ層23によりインクチャンネル39及び
供給室41の上側の開口が閉鎖されている。バイアスバ
ネ層23は、インクチャンネル23の容積が大きくなる
方向、すなわち図において上方側が膨出する方向に弾性
的に変形しようとする弾性的な復元力を有する。なお、
上記バイアスバネ層23の厚みは、1μm〜50μm程
度の範囲に設定される。
A bias spring layer 23 made of a thermally oxidized SiO 2 thin film having a thickness of 10 μm is provided on the entire surface of one surface 21 a (the upper surface side in the figure) of the flow path substrate 21. The upper openings of the channel 39 and the supply chamber 41 are closed. The bias spring layer 23 has an elastic restoring force that tends to elastically deform in the direction in which the volume of the ink channel 23 increases, that is, in the direction in which the upper side swells in the drawing. In addition,
The thickness of the bias spring layer 23 is set in a range of about 1 μm to 50 μm.

【0018】上記バイアスバネ層23の図において上側
全面にTiNi(チタンニッケル)合金からなる厚み1
5μmの形状記憶材料層25が設けられている。また、
形状記憶材料層25の上側全面には、SiO2からなる
良好な熱伝導性を有する絶縁層27が設けられている。
さらに、絶縁層27上の各インクチャンネル39と対応
する位置には、それぞれTaN(窒化タンタル)からな
る厚み5μmの発熱抵抗体29が設けられている。各発
熱抵抗体29は、一端が個別電極45を介して駆動回路
46に接続され、他端が共通電極47を介して接地され
ている。なお、上記バイアスバネ層23の厚みは1μm
〜50μm程度の範囲に設定され、上記発熱抵抗体29
の厚みは材料、作製方法等に応じて0.01μm〜50
μm程度の範囲に設定される。
In the drawing of the bias spring layer 23, a thickness 1 of TiNi (titanium nickel) alloy
A 5 μm shape memory material layer 25 is provided. Also,
On the entire upper surface of the shape memory material layer 25, an insulating layer 27 made of SiO 2 and having good thermal conductivity is provided.
Further, a heating resistor 29 made of TaN (tantalum nitride) and having a thickness of 5 μm is provided on the insulating layer 27 at a position corresponding to each ink channel 39. One end of each heating resistor 29 is connected to the drive circuit 46 via the individual electrode 45, and the other end is grounded via the common electrode 47. The thickness of the bias spring layer 23 is 1 μm.
The heating resistor 29 is set in the range of about 50 μm.
Is 0.01 μm to 50 μm depending on the material, the manufacturing method and the like.
It is set in a range of about μm.

【0019】この発熱抵抗体29及び絶縁層27の上に
は、発熱抵抗体29が発生する熱により形状記憶材料層
25を加熱するために、SiO2(熱伝導率0.5〜
1.1W/m・K)からなる厚み3μmの良好な断熱性
を有する熱遮断層31が設けられている。なお、熱遮断
層31の厚みは、1μm〜20μm程度の範囲に設定さ
れる。
In order to heat the shape memory material layer 25 by the heat generated by the heat-generating resistor 29, the heat-generating resistor 29 and the insulating layer 27 are coated with SiO 2 (thermal conductivity 0.5 to 0.5).
1.1 W / m · K) and a heat insulating layer 31 having a good heat insulating property and a thickness of 3 μm are provided. In addition, the thickness of the heat shielding layer 31 is set in a range of about 1 μm to 20 μm.

【0020】さらに、熱遮断層31の上には、比較的柔
軟で変形に対する追従性が良好な材料であるシリコンコ
ンパウンドからなる厚み1mmの変形吸収層33が設け
られている。この変形吸収層33の上には、Al板から
なる放熱板35(本発明における放熱層を構成する。)
が設けられており、この放熱板35の図において上面が
外気に接している。なお、変形吸収層33の厚みは、数
10μm〜数mmの範囲に設定される。
Further, a 1 mm-thick deformation absorbing layer 33 made of a silicon compound, which is a material that is relatively flexible and has good followability to deformation, is provided on the heat blocking layer 31. On this deformation absorption layer 33, a heat dissipation plate 35 made of an Al plate (constituting a heat dissipation layer in the present invention).
The upper surface of the heat sink 35 is in contact with the outside air in the drawing. The thickness of the deformation absorbing layer 33 is set in a range from several tens of μm to several mm.

【0021】一方、流路基板21の他方の面21b(図
において下面側)には、厚み50μmのガラス板からな
るノズルプレート37が取付けられており、このノズル
プレート37によりインクチャンネル39及び供給室4
1の下側の開口が閉鎖されている。ノズルプレート37
には、それぞれ対応するインクチャンネル39と連通す
る複数個のノズル51が設けられている。なお、ノズル
プレート37はNi、SUS、ポリイミド等からなるも
のであってもよく、厚みは10μm〜100μm程度の
範囲に設定される。
On the other hand, a nozzle plate 37 made of a glass plate having a thickness of 50 μm is mounted on the other surface 21 b (the lower surface side in the figure) of the flow path substrate 21, and the ink channel 39 and the supply chamber are formed by the nozzle plate 37. 4
The lower opening 1 is closed. Nozzle plate 37
Are provided with a plurality of nozzles 51 communicating with the corresponding ink channels 39 respectively. In addition, the nozzle plate 37 may be made of Ni, SUS, polyimide, or the like, and the thickness is set in a range of about 10 μm to 100 μm.

【0022】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。なお、図5及び図6の上下の向き
は、図2から図4とは逆になっている。まず、図5
(A)に示すように、シリコン製の流路基板21の両面
21a,21bに熱酸化SiO2の薄膜53a,53b
を形成する。このうち一方の薄膜53aが絶縁層23を
構成する。
A method for manufacturing the above-described ink jet recording head will be described. Note that the vertical directions in FIGS. 5 and 6 are opposite to those in FIGS. 2 to 4. First, FIG.
As shown in FIG. 2A, thin films 53a, 53b of thermally oxidized SiO 2 are formed on both surfaces 21a, 21b of a flow path substrate 21 made of silicon.
To form One of the thin films 53a forms the insulating layer 23.

【0023】次に、図5(B)に示すように、流路基板
21の一方の面21a側の熱酸化SiO2の薄膜53a
(バイアスバネ層23)上にTiNiの薄膜を成膜して
形状記憶材料層25を形成し、約500℃でアニールし
て形状記憶材料層25に平面形状を記憶させる。アニー
ル後に冷却すると、形状記憶材料層25及びバイアスバ
ネ層23に圧縮の内部応力が生じる。その後、図5
(C)に示すように、形状記憶材料層25上の全面にS
iO2からなる絶縁層27を形成し、さらに、図5
(D)に示すように、絶縁層27上にTaNからなる発
熱抵抗体29とAlからなる個別電極45及び共通電極
47をパターンニングにより形成する。
Next, as shown in FIG. 5B, a thin film 53a of thermally oxidized SiO 2 on one side 21a of the flow path substrate 21 is formed.
A thin film of TiNi is formed on the (bias spring layer 23) to form a shape memory material layer 25, and annealing is performed at about 500 ° C. to store the planar shape in the shape memory material layer 25. When cooling after annealing, a compression internal stress is generated in the shape memory material layer 25 and the bias spring layer 23. Then, FIG.
As shown in (C), the entire surface of the shape memory material layer 25 is S
An insulating layer 27 made of iO 2 is formed.
As shown in (D), the heating resistor 29 made of TaN, the individual electrode 45 made of Al, and the common electrode 47 are formed on the insulating layer 27 by patterning.

【0024】次に、図5(E)に示すように、流路基板
21の他方の面21b側の薄膜53bによりエッチング
マスクを形成する一方、上記発熱抵抗体29及び絶縁層
27をワックス55により覆う。そして、図5(F)に
示すように流路基板21をエッチングしてインクチャン
ネル39及び供給室41を形成する。インクチャンネル
39を形成したことにより、バイアスバネ層23の圧縮
応力が開放され、その結果、バイアスバネ層23、形状
記憶材料層25、絶縁層27及び発熱抵抗体29はイン
クチャンネル39の容積が増大する方向に膨出するよう
に撓む。
Next, as shown in FIG. 5E, while the etching mask is formed by the thin film 53b on the other surface 21b side of the flow path substrate 21, the heating resistor 29 and the insulating layer 27 are polished with wax 55. cover. Then, as shown in FIG. 5F, the channel substrate 21 is etched to form the ink channel 39 and the supply chamber 41. By forming the ink channel 39, the compressive stress of the bias spring layer 23 is released, and as a result, the bias spring layer 23, the shape memory material layer 25, the insulating layer 27, and the heating resistor 29 increase the volume of the ink channel 39. To swell in the direction of the

【0025】次に、図6(A)に示すようにエッチング
マスクを構成する薄膜53b及びワックス55を除去
し、図6(B)に示すように流路基板21の面21bに
ノズルプレート37を取付ける。さらに、図6(C)に
示すように上記発熱抵抗体29及び絶縁層27の上にS
iO2からなる熱遮断層31を形成する。
Next, as shown in FIG. 6A, the thin film 53b and the wax 55 constituting the etching mask are removed, and as shown in FIG. 6B, a nozzle plate 37 is placed on the surface 21b of the flow path substrate 21. Attach. Further, as shown in FIG. 6 (C), an S layer is formed on the heating resistor 29 and the insulating layer 27.
The thermal barrier layer 31 made of iO 2 is formed.

【0026】一方、Al板からなる放熱板35の一方の
面の全面にスクリーン印刷によりシリコンコンパウンド
の変形吸収層33を形成しておき、図6(D)に示すよ
うに、この放熱板35上の変形吸収層33を熱遮断層3
1に貼り合わせる。
On the other hand, a silicon compound deformation absorbing layer 33 is formed on the entire surface of one side of the heat radiating plate 35 made of an Al plate by screen printing, and as shown in FIG. Of the heat absorbing layer 3
Attach to 1.

【0027】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、バイアスバネ層23の有す
る弾性的な復元力により、マルテンサイト相である形状
記憶材料層18のインクチャンネル39の上壁部を構成
する部分は、図3に示すように上方に膨出した形状とな
っている。
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, the elastic restoring force of the bias spring layer 23 causes the shape memory material having a martensite phase. The portion constituting the upper wall of the ink channel 39 of the layer 18 has a shape which bulges upward as shown in FIG.

【0028】発熱抵抗体29が駆動回路46により通電
されて発熱すると、この熱は絶縁層27を介して形状記
憶材料層25に伝達される。そして、形状記憶材料層2
5の温度が変態温度以上に上昇すると、オーステナイト
相となった上記形状記憶材料層25は、上記バイアスバ
ネ層23の復元力に抗して図3において一点鎖線で示す
ように平面形状となる。その結果、インクチャンネル3
9の容積が減少し、加圧されたインクがノズル51より
吐出される。
When the heating resistor 29 is energized by the drive circuit 46 to generate heat, the heat is transmitted to the shape memory material layer 25 via the insulating layer 27. Then, the shape memory material layer 2
When the temperature of No. 5 rises to the transformation temperature or higher, the shape memory material layer 25 in the austenite phase has a planar shape against the restoring force of the bias spring layer 23 as shown by a dashed line in FIG. As a result, ink channel 3
9 is reduced, and the pressurized ink is ejected from the nozzle 51.

【0029】上記発熱抵抗体29は熱遮断層31と絶縁
層27とにより周囲を囲まれているため、駆動回路46
からの通電により発熱抵抗体29が発熱を開始すると、
発生した熱の大部分は、熱伝導率の低い熱遮断層31側
ではなく、まず絶縁層27を介して形状記憶材料層25
に伝達される。すなわち、熱遮断層31を設けているた
め、通電開始時に発熱抵抗体29が発生する熱の損失が
小さく、形状記憶材料層25は効率良く加熱される。そ
の結果、発熱抵抗体29の通電を開始すると、形状記憶
材料層25は変態温度まで速やかに昇温してマルテンサ
イト相からオーステナイト相に移行する。
Since the heating resistor 29 is surrounded by the heat blocking layer 31 and the insulating layer 27, the driving circuit 46
When the heating resistor 29 starts to generate heat due to energization from
Most of the generated heat is not on the side of the heat-blocking layer 31 having a low thermal conductivity, but rather through the insulating layer 27 first.
Is transmitted to That is, since the heat blocking layer 31 is provided, the heat loss generated by the heating resistor 29 at the start of energization is small, and the shape memory material layer 25 is efficiently heated. As a result, when the energization of the heating resistor 29 is started, the shape memory material layer 25 quickly rises to the transformation temperature and shifts from the martensite phase to the austenite phase.

【0030】発熱抵抗体29に対する通電が停止され、
形状記憶材料層25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、形状記憶材料層25のインクチ
ャンネル23の上壁部を構成する部分は、バイアスバネ
層23の有する復元力により、上方に膨出した形状に復
帰する。その結果、インクチャンネル39の容積が増加
し、供給室41からインレット43を介してインクチャ
ンネル39にインクが供給される。
The energization of the heating resistor 29 is stopped,
When the shape memory material layer 25 is cooled to a temperature lower than the transformation temperature and returns to the martensite phase, the portion of the shape memory material layer 25 that forms the upper wall of the ink channel 23 is moved upward by the restoring force of the bias spring layer 23. It returns to the bulged shape. As a result, the volume of the ink channel 39 increases, and ink is supplied from the supply chamber 41 to the ink channel 39 via the inlet 43.

【0031】仮に上記熱遮断層31を設けただけであれ
ば、発熱抵抗体29の発熱が停止しても、熱遮断層31
により形状記憶材料層25に熱が蓄積されてしまい、形
状記憶材料層25の温度は速やかに低下しない。しか
し、熱遮断層31に変形吸収層33を介して外気により
冷却される放熱板35を設けているため、発熱抵抗体2
9の通電中に、形状記憶材料層25側ではなく熱遮断層
31に伝達された熱は、変形吸収層33を介して放熱板
35に伝わり外気へ排出される。また、発熱抵抗体29
が発熱を停止すると、形状記憶材料層25の熱は、絶縁
層27、熱遮断層31及び変形吸収層33を介して放熱
板35に伝達され外気に放出される。特に、熱遮断層3
1と剛体である放熱板35との間に変形吸収層33が設
けられているため、熱遮断層31が形状記憶材料層25
と共に変形を繰り返しても、熱遮断層31及び放熱板3
5は常に変形吸収層33に密着した状態にあり、この点
で熱遮断層31から変形吸収層33を介して放熱板35
への熱伝導が良好である。
If only the above-mentioned heat-blocking layer 31 is provided, even if the heat generation of the heating resistor 29 is stopped, the heat-blocking layer 31 is not used.
As a result, heat is accumulated in the shape memory material layer 25, and the temperature of the shape memory material layer 25 does not decrease quickly. However, since the heat shielding layer 31 is provided with the heat radiating plate 35 cooled by the outside air via the deformation absorbing layer 33, the heat generating resistor 2
During the energization of 9, the heat transmitted to the heat blocking layer 31 instead of the shape memory material layer 25 side is transmitted to the heat radiating plate 35 via the deformation absorbing layer 33 and is discharged to the outside air. Also, the heating resistor 29
Stops generating heat, the heat of the shape memory material layer 25 is transmitted to the heat radiating plate 35 via the insulating layer 27, the heat blocking layer 31, and the deformation absorbing layer 33, and is released to the outside air. In particular, the thermal barrier layer 3
Since the deformation absorption layer 33 is provided between the heat dissipation plate 35 and the heat radiation plate 35 which is a rigid body,
And the heat shield layer 31 and the heat sink 3
5 is always in close contact with the deformation absorbing layer 33, and at this point, the heat radiation
Good heat conduction to

【0032】以上の理由から、発熱抵抗体29が発熱を
停止すると、形状記憶材料層25は速やかに変態温度未
満の温度まで低下し、形状記憶材料層25はマルテンサ
イト相からオーステナイト相に速やかに移行する。
For the above reasons, when the heat generating resistor 29 stops generating heat, the shape memory material layer 25 quickly drops to a temperature lower than the transformation temperature, and the shape memory material layer 25 quickly changes from the martensite phase to the austenite phase. Transition.

【0033】上記のように発熱抵抗体29に対する通電
・非通電により、形状記憶材料層25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。熱遮断層31を設けたことにより加熱時には
形状記憶材料層25の温度が変態温度まで速やかに上昇
し、かつ、放熱板35を設けたことにより冷却時には形
状記憶材料層25の温度は速やかに変態温度未満に低下
し、形状記憶材料層25のマルテンサイト相とオーステ
ナイト相相互間の移行が迅速に行われる。このように本
実施形態のインクジェット記録ヘッドでは、形状記憶材
料層25の熱応答性が良好であるため、発熱抵抗体29
に対する通電・非通電の周期を短縮し、、数KHzの高
周波数で駆動し、高速の印字を行うことができる。
As described above, heating and cooling of the shape memory material layer 25 are repeated and deformed by energizing and de-energizing the heating resistor 29, so that ejection of ink droplets is repeated. By providing the heat blocking layer 31, the temperature of the shape memory material layer 25 quickly rises to the transformation temperature at the time of heating, and the temperature of the shape memory material layer 25 rapidly transforms at the time of cooling by providing the heat sink 35. The temperature drops below the temperature, and the transition between the martensite phase and the austenite phase of the shape memory material layer 25 is performed quickly. As described above, in the ink jet recording head of this embodiment, since the thermal response of the shape memory material layer 25 is good, the heating resistor 29
, The cycle of energization / de-energization with respect to is shortened, and driving at a high frequency of several KHz enables high-speed printing.

【0034】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、上記実施形態では、放熱
板は空冷されるが、放熱板を水冷する構成としたり、ペ
ルチエ素子等を利用して強制冷却する構成としてもよ
い。これらの場合、形状記憶材料層の熱応答性が一層向
上する。
The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications are possible. First, in the above embodiment, the radiator plate is air-cooled, but the radiator plate may be configured to be water-cooled, or may be configured to be forcibly cooled using a Peltier element or the like. In these cases, the thermal response of the shape memory material layer is further improved.

【0035】また、上記形状記憶材料層は、上記TiN
i合金の薄膜に限定されず、TiNi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、形状記憶樹脂、形状記憶繊維
により形状記憶材料層を構成してもよい。さらに、形状
記憶合金、形状記憶樹脂又は形状記憶繊維の少なくとも
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。
Further, the shape memory material layer is made of the TiN
It is not limited to the thin film of the i-alloy, but may be an alloy obtained by adding Pb or Cu to TiNi, or another shape memory alloy such as a Cu-Zn-Al alloy. Further, the shape memory material layer may be made of a shape memory resin and a shape memory fiber. Further, the shape memory material layer may be formed of a composite material including at least one of a shape memory alloy, a shape memory resin, and a shape memory fiber.

【0036】さらに、上記バイアスバネ層は常温時の形
状記憶材料層の形状を弾性的に規制するものであれば、
その構成は特に限定されない。上記絶縁層は、SiO2
に限定されず、熱伝達率の高い絶縁材料であればよい。
Further, if the bias spring layer elastically regulates the shape of the shape memory material layer at normal temperature,
The configuration is not particularly limited. The insulating layer is made of SiO 2
The material is not limited to this, and may be any insulating material having a high heat transfer coefficient.

【0037】さらにまた、上記発熱抵抗体はTaNに限
定されず、TaSiO2(タンタル酸化シリコン)、R
25(酸化ルテニウム)、NiCr(ニクロム)、H
fB 2(2ボロン化ハフニウム)TaAl(タンタルア
ルミ)等の他の材料であってもよい。また、形状記憶材
料層を加熱する手段は、発熱抵抗体に通電するものに限
定されず、形状記憶材料層をインクチャンネル毎に分断
し、分断された個々の形状記憶材料層に通電して発生さ
せた抵抗熱により、形状記憶材料層を昇温させるように
してもよい。なお、この場合には、絶縁層を設ける必要
はない。
Further, the heating resistor is limited to TaN.
Not specified, TaSiOTwo(Tantalum silicon oxide), R
uTwoOFive(Ruthenium oxide), NiCr (nichrome), H
fB Two(Hafnium diboride),TaAl (Tantalum A
Other materials such as Rumi) may be used. Also, shape memory material
The means for heating the heating layer should be limited to those that energize the heating resistor.
Not determined, shape memory material layer is divided for each ink channel
Generated by energizing the separated individual shape memory material layers.
The temperature of the shape memory material layer is raised by the applied resistance heat.
May be. In this case, it is necessary to provide an insulating layer
There is no.

【0038】また、上記熱遮断層は、上記SiO2に限
定されず、ポリイミド等の熱伝導性低い材料であっても
よい。上記変形吸収層は、上記シリコーンコンパウンド
に限定されず、変形追従性及び熱伝達性が良好な材料で
あればよい。例えば、導電性ゴムシート、シリコーンゴ
ム、シリコーンオイル等を変形吸収層として使用するこ
とができる。上記放熱板は、上記Al板のほか、例え
ば、SUS板、Ni板、Cu板、Ti板等の他の熱導電
性の高い金属板であってもよい。また、熱伝導率の高い
材料であれば必ずしも金属板に限定されない。
The thermal barrier layer is not limited to the above SiO 2 , but may be a material having low thermal conductivity such as polyimide. The deformation absorbing layer is not limited to the silicone compound, but may be any material having good deformation followability and heat transferability. For example, a conductive rubber sheet, silicone rubber, silicone oil or the like can be used as the deformation absorbing layer. The heat radiating plate may be a metal plate having another high thermal conductivity such as a SUS plate, a Ni plate, a Cu plate, and a Ti plate in addition to the Al plate. The material is not necessarily limited to a metal plate as long as the material has a high thermal conductivity.

【0039】なお、上記実施形態では、形状記憶材料層
は、加熱時に平面状になるが、加熱時にインクチャンネ
ルの内部に突出するものであってもよい。また、形状記
憶材料層は常温時には平面状であり、加熱時にインクチ
ャンネル内に突出するものであってもよい。
In the above embodiment, the shape memory material layer becomes flat when heated, but may be one that protrudes into the ink channel when heated. Further, the shape memory material layer may be flat at normal temperature, and may protrude into the ink channel when heated.

【0040】[0040]

【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は、形状記憶材料層を加熱
手段と共に覆う熱遮断層を備えているため、加熱手段の
発生する熱の損失が小さく、効率良く形状記憶材料層が
加熱され、速やかに変態温度まで昇温する。また、熱遮
断層に対して形状記憶材料層とは反対側に放熱層を設け
ているため、加熱手段による加熱を停止すると形状記憶
材料層の温度は速やかに変態温度未満まで低下する。こ
のように本発明のインクジェット記録ヘッドは、形状記
憶材料層の熱応答性が良好であるため、加熱と冷却の周
期を短く設定して高周波数で駆動することができる。
As is apparent from the above description, since the ink jet recording head of the present invention is provided with the heat blocking layer covering the shape memory material layer together with the heating means, the loss of heat generated by the heating means is small. As a result, the shape memory material layer is efficiently heated, and quickly rises to the transformation temperature. In addition, since the heat radiation layer is provided on the side opposite to the shape memory material layer with respect to the heat blocking layer, the temperature of the shape memory material layer rapidly drops to below the transformation temperature when the heating by the heating means is stopped. As described above, the ink jet recording head of the present invention can be driven at a high frequency by setting a short cycle of heating and cooling since the shape memory material layer has good thermal responsiveness.

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

【図1】 本発明の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 an embodiment of the present invention.

【図2】 本発明の実施形態のインクジェット記録ヘッ
ドを示す部分断面斜視図である。
FIG. 2 is a partial cross-sectional perspective view showing an inkjet recording head according to an embodiment of the present invention.

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

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

【図5】 (A)、(B)、(C)、(D)、(E)及
び(F)は、インクジェット記録ヘッドの作製方法を説
明するための断面図である。
FIGS. 5A, 5B, 5C, 5D, 5E, and 5F are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing an ink jet recording head.

【図6】 (A)、(B)、(C)及び(D)は、イン
クジェット記録ヘッドの作製方法を説明するための断面
図である。
FIGS. 6A, 6B, 6C, and 6D are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing an ink jet recording head.

【図7】 (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VII−VII線での断
面図である。
FIG. 7A is a plan view showing a conventional ink jet recording head, and FIG. 7B is a cross-sectional view taken along line VII-VII 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 流路基板 23 バイアスバネ層 25 形状記憶材料層 27 絶縁層 29 発熱抵抗体 31 熱遮断層 33 変形吸収層 35 放熱板 37 ノズルプレート 39 インクチャンネル 41 供給室 43 インレット 45 個別電極 46 駆動回路 47 共通電極 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Ink jet recording head 11 Ink jet recording apparatus 21 Flow path substrate 23 Bias spring layer 25 Shape memory material layer 27 Insulating layer 29 Heating resistor 31 Heat blocking layer 33 Deformation absorption layer 35 Heat sink 37 Nozzle plate 39 Ink channel 41 Supply chamber 43 Inlet 45 individual electrode 46 drive circuit 47 common electrode

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鮫島 幸一 大阪府大阪市中央区安土町二丁目3番13号 大阪国際ビル ミノルタ株式会社内 Fターム(参考) 2C057 AF03 AF51 AG12 AG43 BA04 BA15  ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Koichi Samejima 2-3-1, Azuchicho, Chuo-ku, Osaka-shi, Osaka F-term in Osaka International Building Minolta Co., Ltd. 2C057 AF03 AF51 AG12 AG43 BA04 BA15

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 インクチャンネルの壁部の一部分を構成
する形状記憶材料層と、該形状記憶材料層を加熱する加
熱手段と、上記インクチャンネルと連通するノズルとを
備えるインクジェット記録ヘッドにおいて、 上記形状記憶材料層を加熱手段と共に覆うように形成さ
れた熱遮断層と、 該熱遮断層の上記形状記憶材料層と反対側に形成された
放熱層とを備えることを特徴とするインクジェット記録
ヘッド。
1. An ink jet recording head comprising: a shape memory material layer constituting a part of a wall portion of an ink channel; heating means for heating the shape memory material layer; and a nozzle communicating with the ink channel. An ink jet recording head, comprising: a heat blocking layer formed so as to cover a storage material layer together with a heating means; and a heat radiation layer formed on a side of the heat blocking layer opposite to the shape memory material layer.
【請求項2】 上記放熱層は金属板からなり、 上記加熱手段は、上記形状記憶材料層上に形成された発
熱抵抗体からなり、 かつ、上記熱遮断層と上記放熱層の間に変形吸収層が介
設されていることを特徴とする請求項1に記載のインク
ジェット記録ヘッド。
2. The heat radiation layer is made of a metal plate, the heating means is made of a heating resistor formed on the shape memory material layer, and a deformation absorption between the heat insulation layer and the heat radiation layer. 2. The ink jet recording head according to claim 1, wherein a layer is interposed.
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