JP2000343692A

JP2000343692A - インクジェットヘッド及びインクジェットプリンタ

Info

Publication number: JP2000343692A
Application number: JP15654899A
Authority: JP
Inventors: Koji Yamamoto; 廣治山元
Original assignee: Minolta Co Ltd
Current assignee: Minolta Co Ltd
Priority date: 1999-06-03
Filing date: 1999-06-03
Publication date: 2000-12-12

Abstract

(57)【要約】【課題】インク収容室の容積を変化させるためのアク
チュエータとして形状記憶材料を用いたインクジェット
ヘッド及びインクジェットプリンタを提供する。【解決手段】インク２４の収容室１４を形成している
壁の一部２２を変形し、その変形に基づいてインクを加
圧して飛翔させるインクジェットヘッド１０において、
壁の一部２２を変形するアクチュエータ３２として形状
記憶材料を用いる。また、壁の一部２２は、電気的に且
つ熱的に絶縁性を有する弾性材料から形成される。さら
に、アクチュエータ３２として、壁の一部２２の同一平
面上に配置されるとともに、互いに異なる形状を記憶し
た第１及び第２の形状記憶材料３２ａ、３２ｂを用い、
これら第１及び第２の形状記憶材料３２ａ、３２ｂを別
々に駆動させることによって上記壁の一部２２を変形す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インクジェットヘ
ッド、及びこのインクジェットヘッドを備えたインクジ
ェットプリンタに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、形状記憶合金からなるアクチュエ
ータを利用したインクジェットヘッドとして、特開平６
−９１８６６号公報に開示されているものがある。この
インクジェットヘッドにおいて、形状記憶合金は、図９
及び図１０に示すように、インク収容室２０１を形成し
ている壁の一部を構成する板２０２に利用されている。
具体的に、この板２０２は、互いに変態温度の異なる第
１の形状記憶合金２０３と第２の形状記憶合金２０４と
を積層して形成される。第１の形状記憶合金２０３は、
マルテンサイト相（常温）で平面形をし、その変態温度
が約５０℃を超えた母相では、図９の上方（インク収容
室２０１の外側に向かう方向）に撓むように形成されて
いる。第２の形状記憶合金２０４は、マルテンサイト相
で平面形をし、その変態温度約６０℃を超えた母相で
は、図９の下方（インク収容室２０１の内側に向かう方
向）に撓むように形成されている。また、第２の形状記
憶合金２０４の母相での下方への撓み力が、第１の形状
記憶合金２０３の母相での上方への撓み力より大きくな
るように、例えば第２の形状記憶合金２０４の厚みを第
１の形状記憶合金２０３より大きく設定する。

【０００３】このような構成を採用したインクジェット
ヘッドは、板２０２に通電して加熱し５０℃を超える
と、まず、第１の形状記憶合金２０３がマルテンサイト
相から母相に変態し、平坦な状態から上方に湾曲した状
態に変形する。これに付随して第２の形状記憶合金２０
４も上方に撓み、これにより、インク収容室２０１の容
積が増加する。さらに通電して板２０２の温度が６０℃
を超えると、第１及び第２の形状記憶合金２０３、２０
４ともに母相の状態になり、第２の形状記憶合金２０４
が下方に湾曲するのに伴って第１の形状記憶合金２０３
も下方に撓む。この結果、インク収容室２０１の容積が
減少して、インク収容室２０１に収容されているインク
がノズル２０７から吐出する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、実際には、上
記インクジェットヘッドのように異なる変態温度を有す
る２つの形状記憶合金を積層させる場合、各形状記憶合
金の発熱が互いに大きな影響を及ぼすことが避けられ
ず、こうしたアクチュエータを制御することは難しい。

【０００５】

【課題を解決するための手段】そこで、本願発明は、イ
ンクの収容室を形成している壁の一部を変形し、その変
形に基づいてインクを加圧して飛翔させるインクジェッ
トヘッドにおいて、上記壁の一部は、電気的に且つ熱的
に絶縁性を有する弾性材料から形成されている。また、
上記壁の一部を変形するアクチュエータとして、上記壁
の一部の同一平面上に配置されるとともに、互いに異な
る形状を記憶した第１及び第２の形状記憶材料を用い、
これら第１及び第２の形状記憶材料を別々に駆動させる
ことによって上記壁の一部を変形している。

【０００６】さらに、本願発明は、第１及び第２の形状
記憶材料として、変態温度が同じ材料を用いている。

【０００７】

【発明の効果】このような構成を採用したインクジェッ
トヘッド及びこのインクジェットヘッドを組み入れたイ
ンクジェットプリンタによれば、形状記憶材料の発熱が
互いに影響を及ぼすことなくインク収容室の容積の拡大
・縮小が可能である。そのため、応答性のよいインク飛
翔を行うことができる。

【０００８】

【発明の実施の形態】添付図面を参照して本発明の実施
の形態を説明する。図１は、本発明に係るインクジェッ
トヘッドを示す。このインクジェットヘッド１０は第１
の基板１２を有する。第１の基板１２は、その下面をエ
ッチングして多数の溝及び窪みが形成されている。これ
らの溝及び窪みには、図２に示すように、所定の方向
（図２の上下方向）に伸びる複数の平行に配置された細
長いインクチャンネル１４、これらインクチャンネル１
４の長手方向一端部（図２の上端部）から所定の間隔を
あけて形成された共通インク室１６、各インクチャンネ
ル１４の長手方向一端部を共通インク室１６に接続する
インクインレット１８、及び各インクチャンネル１４の
長手方向他端部（図２の下端部）を大気に接続するノズ
ル２０が含まれる。

【０００９】これら溝は、第１の基板１２の下面に貼り
付けられた薄い第２の基板（隔壁２２）で覆われ、これ
によりインクチャンネル１４、共通インク室１６、及び
インクインレット１８にインク２４が収容できるように
してある。隔壁２２は、ポリイミド、ポリエステル、ポ
リアミドなどの電気的に絶縁性を有するとともに、熱伝
導率の小さいフレキシブルな材料からできている。な
お、隔壁２２として薄膜状のシリコンを用いてもよい。

【００１０】隔壁２２の下には、第３の基板２６が貼り
つけられている。この第３の基板２６は、貼り付けた状
態でインクチャンネル１４の対向する領域が、エッチン
グにより除去されて空室２８が形成されている。

【００１１】第３の基板２６の下には第４の基板３０が
貼り付けてあり、これにより空室２８が閉鎖されてい
る。空室２８の中には、インクチャンネル１４に対向す
る隔壁２２の下面部分に、ＴｉＮｉ合金などの形状記憶
合金からなる２つの薄い板（アクチュエータ３２）が、
各インクチャンネル１４に対向して設けてある。具体的
には、図２、３に示すように、アクチュエータ３２は、
インクチャンネル１４の長手方向に伸びた略長方形状の
第１の形状記憶合金３２ａと、第１の形状記憶合金の周
囲にこれと所定の間隔をあけて配置されて略Ｕ字形状の
第２の形状記憶合金３２ｂとから構成される。

【００１２】アクチュエータ３２は、ＴｉＮｉ合金以外
にも、任意の形状記憶合金、例えばＴｉＮｉにＰｄ又は
Ｃｕを加えた合金、Ｃｕ−Ｚｎ−Ａｌ合金で作られても
よい。また、アクチュエータ３２は金属で形成する必要
はなく、金属以外、例えば、形状記憶樹脂、形状記憶繊
維、またはそれらの複合材料であってもよい。なお、Ｔ
ｉＮｉ合金はその組成により特性（特に変態温度）が異
なり、本実施形態では、ＴｉとＮｉの組成比が５０％−
５０％、その変態温度が７０℃のものを使用する。この
組成のＴｉＮｉ合金の場合、最大歪は約５％、発生応力
は約６００ＭＰａである。

【００１３】アクチュエータ３２に用いられるＴｉＮｉ
合金の薄膜（例えば厚さ７μｍ）は、高温雰囲気中で、
公知の薄膜形成技術（例えば、スパッタリング）により
ＴｉＮｉ合金をガラス上に堆積させた後[図４（Ａ）]、
これをカッタでガラスから剥離するか、又はガラスを水
酸化カリウムなどを用いてエッチング除去することによ
り形成される[図４（Ｂ）]。その後、ＴｉＮｉ合金を、
セラミックなどからなる型に押し当てながら焼きなまし
（例えば５００〜７００℃）を行い、これにより、図４
（Ｃ）に示すように母相で断面が２種類の形状、すなわ
ち湾曲形状と平面形状になるように形状記憶させる。な
お、湾曲状に記憶させたＴｉＮｉ（ａ）及び平面状に記
憶させたＴｉＮｉ（ｂ）は、それぞれ図３の第１の形状
記憶合金３２ａ、第２の形状記憶合金３２ｂに対応す
る。

【００１４】次に、図５を用いて、隔壁（フレキシブル
基板）２２へのＴｉＮｉ合金の接合方法、及びＴｉＮｉ
合金に通電を行うための電極の形成方法の一例を説明す
る。蒸着などによりガラス表面に形成させたＣｕの薄膜
（例えば厚さ２５μｍ）上に、接着剤（例えばＡＺ系で
厚さが１〜１０μｍ）を介してＴｉＮｉ（ａ）及びＴｉ
Ｎｉ（ｂ）を所定の位置に配置し、これらのＴｉＮｉ合
金を加圧・加熱治具で加圧・加熱（例えば圧力３〜２０
ｋｇ／ｃｍ²、温度１３０℃で１時間）することでＣｕ
上に固定させる[図（Ａ）]。なお、ＴｉＮｉ（ａ）は、
母相で図（Ａ）上側（図１では下側）に撓むようにＣｕ
上に貼りつける。次にフォトレジストを用いて図３に示
すアクチュエータ３２の形状に対応するマスクパターン
３４を形成する[図（Ｂ）]。続いて、フッ酸と硝酸の混
合液でＴｉＮｉ合金とＣｕをエッチングし[図（Ｃ）]、
さらにＴｉＮｉ合金上のマスクパターン３４を除去する
[図（Ｄ）]。この結果、図３の形状を有するアクチュエ
ータ３２と、Ｃｕ電極３６とが形成される。

【００１５】さらに、蒸着などにより隔壁２２表面に形
成させたＣｕの薄膜（例えば厚さ２５μｍ）３８と、上
記ＴｉＮｉ合金とを、接着剤で接合させ[図（Ｅ）]、最
後に、ガラスを水酸化カリウムなどを用いたエッチング
で除去する[図（Ｆ）]。このように、アクチュエータ３
２を挟んで両側に電極３６、３８を形成したが、電極３
６は、各インクチャンネル１４のアクチュエータ３２に
対応してそれぞれ設けられている。他方、電極３８は、
全アクチュエータ３２に共通した電極である。なお、電
極３６、３８には、図示しない導電リード部が接続さ
れ、画像信号に対応して、第１の形状記憶合金３２ａと
第２の形状記憶合金３２ｂそれぞれにパルス電圧を印加
できるようにしてある。

【００１６】再び図１を参照して、インクジェットヘッ
ド１０の製造において、第１の基板１２には、インクチ
ャンネル１４等の溝及び窪みが形成される。溝等が形成
された第１の基板１２の下に、下面にアクチュエータ３
２が形成された隔壁２２が貼りつけられる。このとき、
アクチュエータ３２を構成する形状記憶合金には、マル
テンサイト相が誘起されている。そして、隔壁２２の下
に、空室２８を形成した第３の基板２６が貼り付けられ
る。最後に、第３の基板２６の下に第４の基板３０を貼
り付ける。

【００１７】以上のようにして製造されたインクジェッ
トヘッド１０には、図示しないインクタンクより共通イ
ンク室１６、インクインレット１８を介して、各インク
チャンネル１４及びノズル２０にインク２４が充填され
る。この状態、つまり図６（Ａ）に示す状態で、第１の
形状記憶合金３２ａのみにパルス電圧を印加すると、こ
の形状記憶合金３２ａが自己発熱し、変態温度（７０
℃）を超えると母相に変態する。その結果、図６（Ｂ）
に示すように、第１の形状記憶合金３２ａ、及びこれと
共に隔壁２２が下に撓んだ状態になり、また、第２の形
状記憶合金３２ｂは通電されないので、マルテンサイト
相の状態で隔壁２２とともに撓み変形する。これによ
り、インクチャンネル１４の容積が拡大し、共通インク
室１６からインクインレット１８を介してインク２４が
補充される。次に、第２の形状記憶合金３２ｂにパルス
電圧を印加すると、この形状記憶合金３２ｂが自己発熱
し、変態温度を超えると母相に変態する。その結果、第
２の形状記憶合金３２ｂが平坦な状態に復帰し、これと
伴って、隔壁２２と第１の形状記憶合金３２ａが平坦状
態に回復する[図６（Ｃ）]。このとき、第１の形状記憶
合金３２ａは、その温度が変態温度以下に下がってマル
テンサイト相に変態しても自分自身では容易に変形しな
いが、第２の形状記憶合金３２ｂから加わる力により、
強制的にかつ即座に平坦状態に復帰する。その結果、補
充された量に対応する量のインク２４が、ドロップレッ
トとなってノズル２０から吐出される。

【００１８】図７はインクジェットヘッド１０を組み入
れたプリンタ１００の一部を示す。このプリンタ１００
は、底板１０２と、この底板１０２から略垂直に伸びて
対向する一対の支持壁１０４と、これらの支持壁１０４
を連結する前壁１０６を有する。前壁１０６の外側に
は、プリンタ１００により印字されるシート（紙）Ｓを
収容する給紙トレイ１０８が設けてあり、この給紙トレ
イ１０８に収容されているシートＳが、前壁１０６に形
成されている給紙口（図示せず）を介して、プリンタ１
００の内部に供給されるようにしてある。

【００１９】前壁１０６の内側では、一対の支持壁１０
４に、前壁１０６と平行に上段ガイドレール１１２とそ
の下方に配置された下段ガイドレール１１４が支持され
ている。これらガイドレール１１２と１１４には、イン
クカートリッジ１１６が移動可能に支持されている。イ
ンクカートリッジ１１６をガイドレール１１２と１１４
に沿って往復移動させる走査機構１１８は、それぞれの
支持壁１０４の近傍で前壁１０６の内側に支持された一
対のプーリ１２０と、これらのプーリ１２０に巻回され
たベルト１２２と、いずれか一方のプーリ１２０を正逆
回転させるモータ（図示せず）とからなり、ベルト１２
２の一部にインクカートリッジ１１６が連結されてい
る。

【００２０】インクカートリッジ１１６は、本実施形態
では、その下面に上述したインクジェットヘッド１０を
一個又は複数個備えている。インクカートリッジ１１６
の下方には、インクジェットヘッド１０と間隔を置いて
シートガイド１２４が設けてある。このシートガイド１
２４の前壁１０６側には、この前壁１０６の給紙口を通
じてプリンタ１００の内部に送り込まれたシートＳを矢
印１２６方向（搬送方向）に搬送する給紙ローラ１２８
が、給紙方向と直交する方向に配置されており、対向す
る支持壁１０４に回転自在に支持されている。また、給
紙方向に関してインクカートリッジ１１６の下流側に
は、シートガイド１２４に対してシートＳを押し付ける
押圧ローラ１３０が給紙方向と直交する方向に配置され
ている。

【００２１】給紙ローラ１２８は、その軸１３２に固定
したギヤ１３４と、このギヤ１３４の近傍で支持壁１０
４に回転自在に支持されたギヤ１３６を介して、モータ
１３８に駆動連結されており、このモータ１３８の回転
に基づいて給紙ローラ１２８が回転してシートＳを矢印
１２６方向に搬送するようにしてある。

【００２２】このように構成されたプリンタ１００によ
る印字時、給紙トレイ１０８から送り出されたシートＳ
は前壁１０６の給紙口を通じてプリンタ１００の内部に
送り込まれる。次に、シートＳは、モータ１３８の駆動
に基づいて回転する給紙ローラ１２８により、シートガ
イド１２４に沿って矢印１２６方向に搬送される。ま
た、シートガイド１２４上を移動するシートＳは押圧ロ
ーラ１３０によりシートガイド１２４に押し付けられ、
これによりシートＳとインクヘッドヘッド１０との間隔
が一定に保たれる。

【００２３】シートＳの移動に同期して、インクカート
リッジ１１６は、ベルト１２２の回転によりガイドレー
ル１１２と１１４に沿って往復移動し、シートガイド１
２４上を移動するシートＳの部分に対して、インクジェ
ットヘッド１０からインクを吐出して印字する。印字さ
れたシートＳは図示しない排紙トレイ上に排出される。

【００２４】以上の説明は本発明の一実施形態に関する
ものであって、本発明は種々改変可能である。例えば、
アクチュエータ３２として用いられる第１及び第２の形
状記憶合金３２ａ、３２ｂは、図２、３に示す形状に限
らず、図８（Ａ）のように第１及び第２の形状記憶合金
３２ａ’、３２ｂ’を、インクチャンネル１４の長手方
向に平行に且つ上記長手方向に垂直な方向に所定の間隔
をあけて配置してもよい。また、図８（Ａ）とは異な
り、図８（Ｂ）に示すように、上記長手方向に伸びた第
１の形状記憶合金３２ａ”の両側に第２の形状記憶合金
３２ｂ”を設けてもよい。さらに、図８（Ｃ）に示すよ
うに、第１の形状記憶合金３２ａ'''を囲むように第２
の形状記憶合金３２ｂ'''を配置してもよい。なお、こ
れらの図に示す構成に応じて、各形状記憶合金に電圧を
印加するタイミングや印加時間が設定される。

【００２５】加えて、上記実施形態では、最初にインク
チャンネル１４の形状を変形させるものとして第１の形
状記憶合金３２ａを用い、第２の形状記憶合金３２ｂ
は、元の形状に復帰するためのバイアスとして用いられ
たが、逆に、第２の形状記憶合金３２ｂを、母相で湾曲
した状態になるように形状記憶させ、第１の形状記憶合
金３２ａを、母相で平坦な状態になるように形状記憶さ
せてもよい。

【００２６】なお、上記実施形態では、第１及び第２の
形状記憶合金３２ａ、３２ｂとして、同じ材料（すなわ
ち同じ変態温度）のものが用いられたが、異なる材料を
使用することももちろん可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るインクジェットヘッドの断面
図。

【図２】図１に示すインクジェットヘッドの第１の基
板の底面図。

【図３】本発明に係るインクジェットヘッドに用いら
れるアクチュエータの斜視図。

【図４】本発明に係るアクチュエータの製造方法を示
す工程図。

【図５】フレキシブル基板へのアクチュエータの接合
方法、及びアクチュエータに通電を行うための電極の形
成方法を示す工程図。

【図６】図２に示すＶＩ−ＶＩ線及びＩ−Ｉ線に沿っ
たインクジェットヘッドの断面図。

【図７】本発明に係るインクジェットヘッドを組み入
れたインクジェットプリンタの部分斜視図。

【図８】本発明に係るアクチュエータの変形例を示す
平面図。

【図９】従来のインクジェットヘッドの断面図。

【図１０】従来のインクジェットヘッドの平面図。

【符号の説明】

１０、１１０：インクジェットヘッド、１２：第１の基
板、１４：インクチャンネル、２２：第２の基板（隔
壁）、２６：第３の基板、３０：第４の基板、３２：ア
クチュエータ、３２ａ：第１の形状記憶合金、３２ｂ：
第２の形状記憶合金。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】インクの収容室を形成している壁の一部
を変形し、その変形に基づいてインクを加圧して飛翔さ
せるインクジェットヘッドにおいて、上記壁の一部は、電気的に且つ熱的に絶縁性を有する弾
性材料から形成され、上記壁の一部を変形するアクチュエータとして、上記壁
の一部の同一平面上に配置されるとともに、互いに異な
る形状を記憶した第１及び第２の形状記憶材料を用い、
これら第１及び第２の形状記憶材料を別々に駆動させる
ことによって上記壁の一部を変形することを特徴とする
インクジェットヘッド。
【請求項２】第１及び第２の形状記憶材料として、変
態温度が同じ材料を用いたことを特徴とする請求項１の
インクジェットヘッド。
【請求項３】請求項１又は２のインクジェットヘッド
を備えたことを特徴とするインクジェットプリンタ。