JP2927764B2 - プリンタヘッドの記録液噴射装置及びその方法 - Google Patents
プリンタヘッドの記録液噴射装置及びその方法Info
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Description
【０００１】本発明はプリンタヘッドの記録液噴射装置
及びその方法に関するものであり、より詳しくは、薄膜
形状記憶合金が相変化する過程での変形により液室の圧
力を調節して記録液が噴射するようにすることにより、
小型化でき、製造工程が簡単になるプリンタヘッドの記
録液噴射装置及びその方法に関するものである。
及びその方法に関するものであり、より詳しくは、薄膜
形状記憶合金が相変化する過程での変形により液室の圧
力を調節して記録液が噴射するようにすることにより、
小型化でき、製造工程が簡単になるプリンタヘッドの記
録液噴射装置及びその方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】一般に広く用いられているプリンタヘッ
ドはＤＯＤ（ドロップ・アンド・デマンド）方式であ
る。このＤＯＤ方式は記録液の液滴を帯電させたり偏向
させたりする必要がなく、高圧も必要とせず、大気圧の
下ですぐに記録液の液滴を噴射して容易にプリントする
ことができるため、次第に利用されるようになってい
る。代表的な噴射原理は抵抗を用いる加熱式噴射方法と
圧電素子を用いる振動式噴射方法とがある。
ドはＤＯＤ（ドロップ・アンド・デマンド）方式であ
る。このＤＯＤ方式は記録液の液滴を帯電させたり偏向
させたりする必要がなく、高圧も必要とせず、大気圧の
下ですぐに記録液の液滴を噴射して容易にプリントする
ことができるため、次第に利用されるようになってい
る。代表的な噴射原理は抵抗を用いる加熱式噴射方法と
圧電素子を用いる振動式噴射方法とがある。
【０００３】図１は、加熱式噴射方法の原理を説明する
ためのものであり、記録液が内装されるチャンバーａ１
があり、このチャンバーａ１から被記録材に向いた噴射
口ａ２があり、この噴射口ａ２の反対側のチャンバーａ
１底部には抵抗ａ３を埋設して、空気の膨張を起こすよ
うに構成している。したがって、抵抗加熱により膨張し
た気泡はチャンバーａ１の内部の記録液を噴射口ａ２に
押し出し、記録液がその力で被記録材に向けて噴射す
る。
ためのものであり、記録液が内装されるチャンバーａ１
があり、このチャンバーａ１から被記録材に向いた噴射
口ａ２があり、この噴射口ａ２の反対側のチャンバーａ
１底部には抵抗ａ３を埋設して、空気の膨張を起こすよ
うに構成している。したがって、抵抗加熱により膨張し
た気泡はチャンバーａ１の内部の記録液を噴射口ａ２に
押し出し、記録液がその力で被記録材に向けて噴射す
る。
【０００４】図２は、圧電素子による振動式噴射方法の
原理を説明するためのものであり、同様に、記録液が内
装されているチャンバーｂ１があり、このチャンバーｂ
１から被記録材に向けた噴射口ｂ２があり、噴射口の反
対側の底部には圧電素子を埋設して、振動を起こすよう
に構成している。
原理を説明するためのものであり、同様に、記録液が内
装されているチャンバーｂ１があり、このチャンバーｂ
１から被記録材に向けた噴射口ｂ２があり、噴射口の反
対側の底部には圧電素子を埋設して、振動を起こすよう
に構成している。
【０００５】このように、チャンバーｂ１の底部で圧電
素子ｂ３が振動すると、記録液は振動力により噴射口ｂ
２に押し出され、記録液はその振動力によって被記録材
に噴射する。圧電素子の振動による噴射方法は熱を用い
ないので、記録液の選択幅が大きいという利点がある。
素子ｂ３が振動すると、記録液は振動力により噴射口ｂ
２に押し出され、記録液はその振動力によって被記録材
に噴射する。圧電素子の振動による噴射方法は熱を用い
ないので、記録液の選択幅が大きいという利点がある。
【０００６】また、従来のプリンタヘッドには、記録液
を吐出するため、形状記憶合金を使用する。特開昭５７
−２０３１７７，特開昭６３−５７２５１，特開平４−
２４７６８０，特開平２−２６５７５２，特開平２−３
０８４６６，特開平３−６５３４９には、形状記憶合金
を使用したプリンタヘッドの実施形態を開示している。
従来の実施形態には、相変態温度が異なり、厚みが異な
った形状記憶合金が多数結合して曲げ変形するように構
成したもの、弾性部材と形状記憶合金との結合により曲
げ変形するように構成したもの等がある。
を吐出するため、形状記憶合金を使用する。特開昭５７
−２０３１７７，特開昭６３−５７２５１，特開平４−
２４７６８０，特開平２−２６５７５２，特開平２−３
０８４６６，特開平３−６５３４９には、形状記憶合金
を使用したプリンタヘッドの実施形態を開示している。
従来の実施形態には、相変態温度が異なり、厚みが異な
った形状記憶合金が多数結合して曲げ変形するように構
成したもの、弾性部材と形状記憶合金との結合により曲
げ変形するように構成したもの等がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記加
熱式噴射方法は、記録液の加熱により化学的変化が起こ
り、このような記録液が噴射口ａ２の内面に付着して目
詰まりを起こすという問題があり、そして発熱抵抗器の
寿命が短く、水溶性記録液を使用しなければならないた
めに、文書の保存性が悪いという欠点がある。
熱式噴射方法は、記録液の加熱により化学的変化が起こ
り、このような記録液が噴射口ａ２の内面に付着して目
詰まりを起こすという問題があり、そして発熱抵抗器の
寿命が短く、水溶性記録液を使用しなければならないた
めに、文書の保存性が悪いという欠点がある。
【０００８】また、前記圧電素子の振動による噴射方法
は、圧電素子の加工が難しく、特に圧電素子をチャンバ
ーｂ１の底部に付着させる作業が難しいため、量産性が
悪いという問題点がある。
は、圧電素子の加工が難しく、特に圧電素子をチャンバ
ーｂ１の底部に付着させる作業が難しいため、量産性が
悪いという問題点がある。
【０００９】また、従来の形状記憶合金を用いたプリン
タヘッドは、ヘッドサイズの小型化が難しく、ノズルの
密集度および解像度が低く、製造が難しくて量産性が悪
いという問題点がある。また、使用した形状記憶合金は
薄膜ではなく、厚み５０μｍ以上の厚膜であるため、加
熱時の電力消費が大きく、冷却時間が長いために動作周
波数が低く、印刷速度が遅い等の実用性に問題がある。
タヘッドは、ヘッドサイズの小型化が難しく、ノズルの
密集度および解像度が低く、製造が難しくて量産性が悪
いという問題点がある。また、使用した形状記憶合金は
薄膜ではなく、厚み５０μｍ以上の厚膜であるため、加
熱時の電力消費が大きく、冷却時間が長いために動作周
波数が低く、印刷速度が遅い等の実用性に問題がある。
【００１０】本発明は、上記のような従来の種々の問題
点を解決するために開発したものであり、本発明の目的
は、薄膜形状記憶合金の相変化過程で発生する変形によ
り液室の圧力を変化させて、記録液が噴射するようにす
ることにより、形状記憶合金の発生圧力が増大してノズ
ルの目詰まりが減少する。そして、薄膜の変形量が大き
いので、薄膜形状記憶合金を小型にしてノズルの密集度
を高めることで解像度を向上させ、半導体薄膜製造工程
を用いて基板に薄膜の形状記憶合金を蒸着して所望の変
位量を得ることができるので、量産性が向上したプリン
タヘッドの記録液噴射装置及びその方法を提供すること
にある。
点を解決するために開発したものであり、本発明の目的
は、薄膜形状記憶合金の相変化過程で発生する変形によ
り液室の圧力を変化させて、記録液が噴射するようにす
ることにより、形状記憶合金の発生圧力が増大してノズ
ルの目詰まりが減少する。そして、薄膜の変形量が大き
いので、薄膜形状記憶合金を小型にしてノズルの密集度
を高めることで解像度を向上させ、半導体薄膜製造工程
を用いて基板に薄膜の形状記憶合金を蒸着して所望の変
位量を得ることができるので、量産性が向上したプリン
タヘッドの記録液噴射装置及びその方法を提供すること
にある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明によるプリンタヘッドの記録液噴射装置は、
エッチングにより上下に貫通させた空間部を形成する基
板と、前記基板の上部面に０.３μm〜５μmの厚さに蒸
着されて前記空間部の上端部をカバーする薄膜形状記憶
合金と、前記基板の上部に積層され、前記薄膜形状記憶
合金が蒸着されている部位には記録液が貯蔵される液室
が形成され、前記液室は流路により主流路と連通される
ようにする流路板と、前記流路板上部に積層され、前記
液室内の記録液を前記薄膜形状記憶合金の形状変化によ
り液滴の形態で噴射されるように、前記液室よりは小さ
い面積のノズルを形成するノズルプレートとを備えてい
る。
め、本発明によるプリンタヘッドの記録液噴射装置は、
エッチングにより上下に貫通させた空間部を形成する基
板と、前記基板の上部面に０.３μm〜５μmの厚さに蒸
着されて前記空間部の上端部をカバーする薄膜形状記憶
合金と、前記基板の上部に積層され、前記薄膜形状記憶
合金が蒸着されている部位には記録液が貯蔵される液室
が形成され、前記液室は流路により主流路と連通される
ようにする流路板と、前記流路板上部に積層され、前記
液室内の記録液を前記薄膜形状記憶合金の形状変化によ
り液滴の形態で噴射されるように、前記液室よりは小さ
い面積のノズルを形成するノズルプレートとを備えてい
る。
【００１２】本発明は、既存の圧電素子を用いた方式及
び加熱による空気膨張を用いた方式と、既存の形状記憶
合金を用いた方式との両方の欠点を解決するため、半導
体薄膜製造工程を用いて、基板上に薄膜形状記憶合金を
形成し、基板の一部をエッチングして、薄膜形状記憶合
金が振動できる空間部を構成し、薄膜形状記憶合金の振
動により液滴を形成する記録液噴射装置を提供するもの
である。
び加熱による空気膨張を用いた方式と、既存の形状記憶
合金を用いた方式との両方の欠点を解決するため、半導
体薄膜製造工程を用いて、基板上に薄膜形状記憶合金を
形成し、基板の一部をエッチングして、薄膜形状記憶合
金が振動できる空間部を構成し、薄膜形状記憶合金の振
動により液滴を形成する記録液噴射装置を提供するもの
である。
【００１３】半導体製造工程を用いて、基板上に形状記
憶合金を蒸着してから、熱処理して薄膜形状記憶合金を
形成する。したがって、形状記憶合金は、母相状態で偏
平な形状になる。蒸着した薄膜形状記憶合金は、マルテ
ンサイトで残留圧縮応力を保持させることができ、蒸着
条件、熱処理温度及び時間などによって残留圧縮応力の
大きさを変化させることができる。基板の一部をエッチ
ングして空間部を形成すると、残留圧縮応力により、薄
膜形状記憶合金は座屈現象により曲げ変形する。薄膜形
状記憶合金を加熱すると、薄膜形状記憶合金は母相とな
って偏平な状態に変化しようとし、この際に、液室容積
が減少して記録液が噴射する。冷却時には残留圧縮応力
により曲げ変形が発生し、この際に記録液の再充填が行
われる。このような過程を繰り返して連続的な記録液の
噴射を行うのである。
憶合金を蒸着してから、熱処理して薄膜形状記憶合金を
形成する。したがって、形状記憶合金は、母相状態で偏
平な形状になる。蒸着した薄膜形状記憶合金は、マルテ
ンサイトで残留圧縮応力を保持させることができ、蒸着
条件、熱処理温度及び時間などによって残留圧縮応力の
大きさを変化させることができる。基板の一部をエッチ
ングして空間部を形成すると、残留圧縮応力により、薄
膜形状記憶合金は座屈現象により曲げ変形する。薄膜形
状記憶合金を加熱すると、薄膜形状記憶合金は母相とな
って偏平な状態に変化しようとし、この際に、液室容積
が減少して記録液が噴射する。冷却時には残留圧縮応力
により曲げ変形が発生し、この際に記録液の再充填が行
われる。このような過程を繰り返して連続的な記録液の
噴射を行うのである。
【００１４】本発明は、構造が簡単であり、半導体薄膜
製造工程と基板エッチングにより薄膜形状記憶合金を作
製し、残留圧縮応力を用いて記録液を噴射するのに必要
な薄膜形状記憶合金の変位が容易に得られるので量産性
が向上する。また、残留圧縮応力の大きさを変えて変形
量を容易に調節することができるので、大きな変位量が
得られ、薄膜形状記憶合金の面積を小さくすることがで
きる。したがって、ヘッドの小型化が可能であり、ノズ
ルの密集度を高めて高解像度を達成することができる。
製造工程と基板エッチングにより薄膜形状記憶合金を作
製し、残留圧縮応力を用いて記録液を噴射するのに必要
な薄膜形状記憶合金の変位が容易に得られるので量産性
が向上する。また、残留圧縮応力の大きさを変えて変形
量を容易に調節することができるので、大きな変位量が
得られ、薄膜形状記憶合金の面積を小さくすることがで
きる。したがって、ヘッドの小型化が可能であり、ノズ
ルの密集度を高めて高解像度を達成することができる。
【００１５】薄膜形状記憶合金を用いるため、加熱時の
電力消費が大幅に低減し、冷却時間も非常に短くなり、
また、記録液の噴射後に、残留圧縮応力により曲げ変形
の状態に復帰するときに、残留振動が発生しないので、
安定した記録液の噴射を行うことができる。したがっ
て、動作周波数の高周波化、すなわち印刷速度の向上を
図ることができる。
電力消費が大幅に低減し、冷却時間も非常に短くなり、
また、記録液の噴射後に、残留圧縮応力により曲げ変形
の状態に復帰するときに、残留振動が発生しないので、
安定した記録液の噴射を行うことができる。したがっ
て、動作周波数の高周波化、すなわち印刷速度の向上を
図ることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】図３は本発明の１実施形態による
噴射装置の分離斜視図であり、図４は本発明の１実施形
態の記録液の流れを示す斜視図である。本発明の噴射装
置は、解像度を高めるため、記録液２０を噴射する多数
のノズル１９が縦と横に配列して、記録液２０を実質的
に噴射する薄膜形状記憶合金１２がこの各ノズル１９と
１対１に対応する。
噴射装置の分離斜視図であり、図４は本発明の１実施形
態の記録液の流れを示す斜視図である。本発明の噴射装
置は、解像度を高めるため、記録液２０を噴射する多数
のノズル１９が縦と横に配列して、記録液２０を実質的
に噴射する薄膜形状記憶合金１２がこの各ノズル１９と
１対１に対応する。
【００１７】すなわち、基板１０の前後に上下側方向に
貫通した空間部１１を多数形成し、基板１０の上部に結
合して各空間部１１を塞ぐ薄膜形状記憶合金１２を多数
備えている。基板１０の上部を覆う流路板１３を備え、
流路板１３には該当薄膜形状記憶合金１２の各直上部に
記録液２０を収容する液室１４を形成する。また、流路
板１３の中央には記録液２０が流れる主流路１５を備
え、主流路１５と該当液室１４は流路１６により相互に
連通している。また、基板１０の一方の側には流路板１
３の一方の側の主流路１５に連通する液注入口１７を備
えており、記録液２０が主流路１５側に供給される。
貫通した空間部１１を多数形成し、基板１０の上部に結
合して各空間部１１を塞ぐ薄膜形状記憶合金１２を多数
備えている。基板１０の上部を覆う流路板１３を備え、
流路板１３には該当薄膜形状記憶合金１２の各直上部に
記録液２０を収容する液室１４を形成する。また、流路
板１３の中央には記録液２０が流れる主流路１５を備
え、主流路１５と該当液室１４は流路１６により相互に
連通している。また、基板１０の一方の側には流路板１
３の一方の側の主流路１５に連通する液注入口１７を備
えており、記録液２０が主流路１５側に供給される。
【００１８】また、流路板１３の上部に結合するノズル
プレート１８を備え、ノズルプレート１８は流路板１３
に形成した各液室１４に対応するノズル１９を多数形成
する。また、各ノズル１９は該当液室１４側に露出した
薄膜形状記憶合金１２に対応し、この薄膜形状記憶合金
１２が変形するとき、該当液室１４の圧力が変化して記
録液２０が液滴状態で各ノズル１９を介して用紙に噴射
する。
プレート１８を備え、ノズルプレート１８は流路板１３
に形成した各液室１４に対応するノズル１９を多数形成
する。また、各ノズル１９は該当液室１４側に露出した
薄膜形状記憶合金１２に対応し、この薄膜形状記憶合金
１２が変形するとき、該当液室１４の圧力が変化して記
録液２０が液滴状態で各ノズル１９を介して用紙に噴射
する。
【００１９】薄膜形状記憶合金１２は温度変化によって
連続的に相変化し、この過程で振動が起こって記録液２
０が各ノズル１９を介して液滴の状態で噴射する。
連続的に相変化し、この過程で振動が起こって記録液２
０が各ノズル１９を介して液滴の状態で噴射する。
【００２０】図６の（ａ）〜（ｄ）は、本発明の１実施
形態による噴射装置の側断面図であり、１つの薄膜形状
記憶合金を抜粋したものである。薄膜形状記憶合金１２
がノズル１９の反対側に膨らんだ初期状態で設定温度以
上に加熱すると母相に変わりながら偏平になろうとす
る。この際に、液室１４の内圧が増加して圧縮されるこ
とにより、記録液２０がノズル１９を介して噴射され
る。また、薄膜形状記憶合金１２が設定温度以下に下が
ると、残留圧縮応力により曲げ変形状態に復元し、液室
１４の内圧が低下して、ノズル１９の毛細管現象と吸入
力により記録液２０が液室１４の内部に流入する。以
後、前記過程を連続的に繰り返して印刷する。
形態による噴射装置の側断面図であり、１つの薄膜形状
記憶合金を抜粋したものである。薄膜形状記憶合金１２
がノズル１９の反対側に膨らんだ初期状態で設定温度以
上に加熱すると母相に変わりながら偏平になろうとす
る。この際に、液室１４の内圧が増加して圧縮されるこ
とにより、記録液２０がノズル１９を介して噴射され
る。また、薄膜形状記憶合金１２が設定温度以下に下が
ると、残留圧縮応力により曲げ変形状態に復元し、液室
１４の内圧が低下して、ノズル１９の毛細管現象と吸入
力により記録液２０が液室１４の内部に流入する。以
後、前記過程を連続的に繰り返して印刷する。
【００２１】また、薄膜形状記憶合金１２は、図５の
（ａ）に示すように、電源供給部２１により加熱する。
すなわち、薄膜形状記憶合金１２の両端に結合した電極
２１ａに電源供給部２１から電流を流すと、薄膜記憶形
状合金１２は自己抵抗により発熱して温度が上昇し母相
に変わりながら偏平になる。また、電源供給部２１の電
流が遮断されると、薄膜形状記憶合金１２は自然冷却し
ながら残留圧縮応力により元の膨らんだ状態に復元す
る。また、図５の（ｂ）に示すように、電源供給部２１
からの電流により加熱するヒーター２１ｂを薄膜形状記
憶合金１２の一方の側面に設けて薄膜形状記憶合金１２
を加熱することができる。
（ａ）に示すように、電源供給部２１により加熱する。
すなわち、薄膜形状記憶合金１２の両端に結合した電極
２１ａに電源供給部２１から電流を流すと、薄膜記憶形
状合金１２は自己抵抗により発熱して温度が上昇し母相
に変わりながら偏平になる。また、電源供給部２１の電
流が遮断されると、薄膜形状記憶合金１２は自然冷却し
ながら残留圧縮応力により元の膨らんだ状態に復元す
る。また、図５の（ｂ）に示すように、電源供給部２１
からの電流により加熱するヒーター２１ｂを薄膜形状記
憶合金１２の一方の側面に設けて薄膜形状記憶合金１２
を加熱することができる。
【００２２】このような薄膜形状記憶合金１２として
は、温度によって相変化して変形を起こす形状記憶合金
を使用することができ、材質はチタンとニッケルが主成
分であり、その厚みが約０．３μｍ〜５μｍ程度であ
る。また、形状記憶合金で構成した薄膜形状記憶合金１
２は製造方法によって方向性を有する。図８〜図９は本
発明による１方向薄膜形状記憶合金の製造方法を示す工
程図及びブロック図であり、図３〜図６は１方向薄膜形
状記憶合金を用いたものである。シリコンなどの材質で
構成した基板１０に薄膜形状記憶合金１２を蒸着する段
階１００が得られる。蒸着には主にスパッタ法とレーザ
ーアブレーション法とが用いることができる。
は、温度によって相変化して変形を起こす形状記憶合金
を使用することができ、材質はチタンとニッケルが主成
分であり、その厚みが約０．３μｍ〜５μｍ程度であ
る。また、形状記憶合金で構成した薄膜形状記憶合金１
２は製造方法によって方向性を有する。図８〜図９は本
発明による１方向薄膜形状記憶合金の製造方法を示す工
程図及びブロック図であり、図３〜図６は１方向薄膜形
状記憶合金を用いたものである。シリコンなどの材質で
構成した基板１０に薄膜形状記憶合金１２を蒸着する段
階１００が得られる。蒸着には主にスパッタ法とレーザ
ーアブレーション法とが用いることができる。
【００２３】そして、一定温度で一定時間熱処理して結
晶化させると、母相から平板形態になる段階１０１が得
られる。以後、マルテンサイト終了温度（Ｍｆ）である
約４０℃〜７０℃に冷却すると、母相はマルテンサイト
になって残留圧縮応力が薄膜形状記憶合金１２に存在す
る段階１０２が得られる。
晶化させると、母相から平板形態になる段階１０１が得
られる。以後、マルテンサイト終了温度（Ｍｆ）である
約４０℃〜７０℃に冷却すると、母相はマルテンサイト
になって残留圧縮応力が薄膜形状記憶合金１２に存在す
る段階１０２が得られる。
【００２４】また、薄膜形状記憶合金１２をエッチング
すると、シリコンウェーハで構成した基板１０に空間部
１１が形成され、薄膜形状記憶合金１２が外部に露出す
る段階１０３が得られ、以後、薄膜形状記憶合金１２は
残留圧縮応力により下部（又は上部）側に曲げ変形し
て、図６の（ａ）のようになる段階１０４が得られる。
そして、マルテンサイトで曲げ変形した薄膜形状記憶合
金１２を設定温度、つまり母相終了温度（Ａｆ）である
約５０℃〜９０℃に昇温すると母相に変形して図６の
（ｃ）のように偏平となって記録液２０が噴射される段
階１０５が得られる。また、薄膜形状記憶合金１２を冷
却してマルテンサイトになるようにすると、残留圧縮応
力により曲げ変形し、記録液２０が液室１４の内部に補
充される段階１０６と、薄膜形状記憶合金１２が温度変
化によって前記段階１０５，１０６を繰り返して印刷す
る段階１０７が得られる。
すると、シリコンウェーハで構成した基板１０に空間部
１１が形成され、薄膜形状記憶合金１２が外部に露出す
る段階１０３が得られ、以後、薄膜形状記憶合金１２は
残留圧縮応力により下部（又は上部）側に曲げ変形し
て、図６の（ａ）のようになる段階１０４が得られる。
そして、マルテンサイトで曲げ変形した薄膜形状記憶合
金１２を設定温度、つまり母相終了温度（Ａｆ）である
約５０℃〜９０℃に昇温すると母相に変形して図６の
（ｃ）のように偏平となって記録液２０が噴射される段
階１０５が得られる。また、薄膜形状記憶合金１２を冷
却してマルテンサイトになるようにすると、残留圧縮応
力により曲げ変形し、記録液２０が液室１４の内部に補
充される段階１０６と、薄膜形状記憶合金１２が温度変
化によって前記段階１０５，１０６を繰り返して印刷す
る段階１０７が得られる。
【００２５】図１０及び図１１は、本発明による２方向
薄膜形状記憶合金の製造方法を示す工程図及びブロック
図である。薄膜形状記憶合金１２をチャンバー２２の内
部で一定温度で一定時間熱処理して結晶化させると母相
になる段階２００が得られる。以後、薄膜形状記憶合金
１２をマルテンサイト終了温度（Ｍｆ）である約４０℃
〜７０℃に冷却すると、母相がマルテンサイトに変化す
る段階２０１が得られる。また、マルテンサイトに、塑
性滑りが起こらない範囲内で、外力を加えて変形させる
段階２０２が得られる。以後、薄膜形状記憶合金１２を
母相終了温度（Ａｆ）である５０℃〜９０℃に加熱する
と母相となりながら偏平になる段階２０３が得られる。
薄膜形状記憶合金の製造方法を示す工程図及びブロック
図である。薄膜形状記憶合金１２をチャンバー２２の内
部で一定温度で一定時間熱処理して結晶化させると母相
になる段階２００が得られる。以後、薄膜形状記憶合金
１２をマルテンサイト終了温度（Ｍｆ）である約４０℃
〜７０℃に冷却すると、母相がマルテンサイトに変化す
る段階２０１が得られる。また、マルテンサイトに、塑
性滑りが起こらない範囲内で、外力を加えて変形させる
段階２０２が得られる。以後、薄膜形状記憶合金１２を
母相終了温度（Ａｆ）である５０℃〜９０℃に加熱する
と母相となりながら偏平になる段階２０３が得られる。
【００２６】また、前記の各段階２０１，２０２，２０
３を数回繰り返して薄膜形状記憶合金１２を学習させる
段階２０４が得られ、学習段階２０４で、薄膜形状記憶
合金１２をマルテンサイト終了温度（Ｍｆ）に下げたと
き、外力がなくても変形が発生する段階２０５が得られ
る。そして、薄膜形状記憶合金１２を母相終了温度（Ａ
ｆ）に加熱すると、薄膜形状記憶合金１２が偏平になっ
て記録液２０が噴射される段階２０６が得られる。ま
た、薄膜形状記憶合金１２を冷却してマルテンサイトに
なると、自力により曲げ変形し、記録液２０が液室１４
の内部に補充される段階２０７と、薄膜形状記憶合金１
２が温度変化により前記段階２０６，２０７を繰り返
し、これらの過程で印刷する段階２０８が得られる。す
なわち、薄膜形状記憶合金１２が温度変化による２方向
への往復運動を起こしながら記録液２０を噴射する。ま
た、２方向性の薄膜形状記憶合金は、製造過程で外力を
加える程度によって曲げ変形量が決まるので、所望の変
位量を容易に得ることができる。
３を数回繰り返して薄膜形状記憶合金１２を学習させる
段階２０４が得られ、学習段階２０４で、薄膜形状記憶
合金１２をマルテンサイト終了温度（Ｍｆ）に下げたと
き、外力がなくても変形が発生する段階２０５が得られ
る。そして、薄膜形状記憶合金１２を母相終了温度（Ａ
ｆ）に加熱すると、薄膜形状記憶合金１２が偏平になっ
て記録液２０が噴射される段階２０６が得られる。ま
た、薄膜形状記憶合金１２を冷却してマルテンサイトに
なると、自力により曲げ変形し、記録液２０が液室１４
の内部に補充される段階２０７と、薄膜形状記憶合金１
２が温度変化により前記段階２０６，２０７を繰り返
し、これらの過程で印刷する段階２０８が得られる。す
なわち、薄膜形状記憶合金１２が温度変化による２方向
への往復運動を起こしながら記録液２０を噴射する。ま
た、２方向性の薄膜形状記憶合金は、製造過程で外力を
加える程度によって曲げ変形量が決まるので、所望の変
位量を容易に得ることができる。
【００２７】２方向性を有する薄膜形状記憶合金１２
は、本発明の１実施形態である図６の場合にも適用でき
る。例えば、基板１０の一方の側に空間部１１を形成し
た後、学習された薄膜形状記憶合金１２を基板１０に結
合する。この際に、薄膜形状記憶合金１２が空間部１１
を覆った状態で基板１０の一方の側面に固定すると、温
度が変化するとき、薄膜形状記憶合金１２が空間部１１
を中心に変形して記録液２０を噴射する。
は、本発明の１実施形態である図６の場合にも適用でき
る。例えば、基板１０の一方の側に空間部１１を形成し
た後、学習された薄膜形状記憶合金１２を基板１０に結
合する。この際に、薄膜形状記憶合金１２が空間部１１
を覆った状態で基板１０の一方の側面に固定すると、温
度が変化するとき、薄膜形状記憶合金１２が空間部１１
を中心に変形して記録液２０を噴射する。
【００２８】また、本発明の薄膜形状記憶合金１２は温
度差によって、母相で偏平になり、マルテンサイトで曲
げ変形するので、温度差を小さくするほど薄膜１２の振
動数（動作周波数）が増加する。したがって、相変化温
度差を減らすため、チタンとニッケルの合金に銅を添加
することができる。このようにチタンとニッケル及び銅
を用いた形状記憶合金は相変化温度差を小さくすること
により、薄膜形状記憶合金１２の振動数、つまり動作周
波数を高くして印刷速度を向上させることができる。
度差によって、母相で偏平になり、マルテンサイトで曲
げ変形するので、温度差を小さくするほど薄膜１２の振
動数（動作周波数）が増加する。したがって、相変化温
度差を減らすため、チタンとニッケルの合金に銅を添加
することができる。このようにチタンとニッケル及び銅
を用いた形状記憶合金は相変化温度差を小さくすること
により、薄膜形状記憶合金１２の振動数、つまり動作周
波数を高くして印刷速度を向上させることができる。
【００２９】このように構成した、本発明の薄膜記憶形
状合金からの噴射の可否を計算することができる。
状合金からの噴射の可否を計算することができる。
【００３０】薄膜形状記憶合金により発生するエネルギ
ー密度（Ｗmax）は最大１０×１０6Ｊ／ｍ3であり、薄
膜形状記憶合金の体積（Ｖ）は２００μｍ×２００μｍ
×１μｍである場合、発生する液滴の直径が６０μｍだ
とすると、次のように薄膜形状記憶合金の噴射可否が決
定される。 Ｕ＝ＵS＋ＵK ＵS＝πＲ2γ
ー密度（Ｗmax）は最大１０×１０6Ｊ／ｍ3であり、薄
膜形状記憶合金の体積（Ｖ）は２００μｍ×２００μｍ
×１μｍである場合、発生する液滴の直径が６０μｍだ
とすると、次のように薄膜形状記憶合金の噴射可否が決
定される。 Ｕ＝ＵS＋ＵK ＵS＝πＲ2γ
【数１】 Ｕ＝所望する記録液の液滴を発生させるために必要なエ
ネルギー ＵS＝記録液の表面エネルギー ＵK＝記録液の運動エネルギー Ｒ＝液滴の直径 Ｖ＝記録液の速度 ρ＝記録液の密度（１０００ｋｇ／ｍ3） γ＝記録液の表面張力（０．０７３Ｎ／ｍ）
ネルギー ＵS＝記録液の表面エネルギー ＵK＝記録液の運動エネルギー Ｒ＝液滴の直径 Ｖ＝記録液の速度 ρ＝記録液の密度（１０００ｋｇ／ｍ3） γ＝記録液の表面張力（０．０７３Ｎ／ｍ）
【００３１】所望の液滴の速度が１０ｍ／ｓｅｃだとす
ると、必要なエネルギー（Ｕ）は、 Ｕ＝２．０６×１０-10＋７．０７×１０-10＝９．１３
×１０-10Ｊ 薄膜形状記憶合金により発生する最大エネルギー Ｗ
max＝Ｗv・Ｖ （ただし、Ｗv：薄膜形状記憶合金の単位体積当たりに
発生することができるエネルギー Ｊ／ｍ3、Ｖ：薄
膜形状記憶合金の体積） Ｗmax＝（１０×１０6）・（２００×２００×１） ＝４×１０-7Ｊ
ると、必要なエネルギー（Ｕ）は、 Ｕ＝２．０６×１０-10＋７．０７×１０-10＝９．１３
×１０-10Ｊ 薄膜形状記憶合金により発生する最大エネルギー Ｗ
max＝Ｗv・Ｖ （ただし、Ｗv：薄膜形状記憶合金の単位体積当たりに
発生することができるエネルギー Ｊ／ｍ3、Ｖ：薄
膜形状記憶合金の体積） Ｗmax＝（１０×１０6）・（２００×２００×１） ＝４×１０-7Ｊ
【００３２】液滴の直径が１００μｍである場合、必要
エネルギーＵは、３．８５×１０-9Ｊである。
エネルギーＵは、３．８５×１０-9Ｊである。
【００３３】したがって、Ｗmax》Ｕであるので、所望
の大きさの液滴を得ることができる。すなわち、薄膜形
状記憶合金は発生力が非常に大きいため、所望の記録液
の液滴を容易に得ることができる。
の大きさの液滴を得ることができる。すなわち、薄膜形
状記憶合金は発生力が非常に大きいため、所望の記録液
の液滴を容易に得ることができる。
【００３４】また、本発明の１実施形態の加熱時間と消
費エネルギー及び残留圧縮応力による変位量を解析する
と次のようになる。薄膜形状記憶合金１２に電流を流し
て、抵抗により熱が発生するようにし、その熱により相
変化が起こるようにして、２５℃の薄膜形状記憶合金１
２を加熱して７０℃、つまり母相になるまでの加熱時間
と消費エネルギーを求めると次のようになる。 薄膜形状記憶合金の材質 ＝ＴｉＮｉ 薄膜形状記憶合金の長さ（ｌ） ＝４００μｍ 薄膜形状記憶合金の密度（ρs） ＝６４５０ｋｇ／ｍ3 温度変化量（ΔＴ） ＝７０−２５＝４５℃ 熱容量（Specific heat）（Ｃp） ＝２３０Ｊ／ｋｇ℃ 薄膜形状記憶合金の比抵抗（ρ） ＝８０μ・ｃｍ 電流（Ｉ） ＝１．０Ａ 薄膜形状記憶合金の幅（ｗ） ＝３００μｍ 薄膜形状記憶合金の高さ（ｔ） ＝１．０μｍ 加熱時間（ｔh）
費エネルギー及び残留圧縮応力による変位量を解析する
と次のようになる。薄膜形状記憶合金１２に電流を流し
て、抵抗により熱が発生するようにし、その熱により相
変化が起こるようにして、２５℃の薄膜形状記憶合金１
２を加熱して７０℃、つまり母相になるまでの加熱時間
と消費エネルギーを求めると次のようになる。 薄膜形状記憶合金の材質 ＝ＴｉＮｉ 薄膜形状記憶合金の長さ（ｌ） ＝４００μｍ 薄膜形状記憶合金の密度（ρs） ＝６４５０ｋｇ／ｍ3 温度変化量（ΔＴ） ＝７０−２５＝４５℃ 熱容量（Specific heat）（Ｃp） ＝２３０Ｊ／ｋｇ℃ 薄膜形状記憶合金の比抵抗（ρ） ＝８０μ・ｃｍ 電流（Ｉ） ＝１．０Ａ 薄膜形状記憶合金の幅（ｗ） ＝３００μｍ 薄膜形状記憶合金の高さ（ｔ） ＝１．０μｍ 加熱時間（ｔh）
【数２】 薄膜形状記憶合金の抵抗（Ｒ） ＝ρ（１／ｗ・ｔ）＝１．１Ω 消費電力（Ｉ2Ｒ） ＝１．１ｗａｔｔ 液滴を発生させるに必要なエネルギーは、 加熱時間×消費電力 ＝８．１μＪ
【００３５】したがって、記録液２０を噴射して液滴を
発生させるのに必要なエネルギーは、約８．１μＪであ
り、従来の加熱方式の２０μＪより消費エネルギーが少
ない。
発生させるのに必要なエネルギーは、約８．１μＪであ
り、従来の加熱方式の２０μＪより消費エネルギーが少
ない。
【００３６】図１２は本発明の薄膜形状記憶合金の加熱
時間と温度との関係を示すグラフであり、実験のための
物性値を以下に示す。ただし、薄膜形状記憶合金１２の
厚みは１μｍであり、周囲温度は２５℃である。
時間と温度との関係を示すグラフであり、実験のための
物性値を以下に示す。ただし、薄膜形状記憶合金１２の
厚みは１μｍであり、周囲温度は２５℃である。
【表１】
【００３７】周囲温度が２５℃である場合、７０℃まで
加熱して母相に変えた後、３０℃まで冷える時間は約２
００μｓｅｃ程度であり、これを振動数に換算すると約
５ｋＨｚとなる。したがって、プリンタヘッドの動作周
波数は５ｋＨｚ程度である。しかし、変形が完全に終わ
る温度（マルテンサイト終了温度）は約４５℃であるの
で、３０℃に冷えるまで待つ必要がなく、その前に再加
熱して記録液２０を噴射し続けることができるので、５
ｋＨｚ以上に動作周波数を高めることができる。動作周
波数が高くなれば、印刷速度が向上する。
加熱して母相に変えた後、３０℃まで冷える時間は約２
００μｓｅｃ程度であり、これを振動数に換算すると約
５ｋＨｚとなる。したがって、プリンタヘッドの動作周
波数は５ｋＨｚ程度である。しかし、変形が完全に終わ
る温度（マルテンサイト終了温度）は約４５℃であるの
で、３０℃に冷えるまで待つ必要がなく、その前に再加
熱して記録液２０を噴射し続けることができるので、５
ｋＨｚ以上に動作周波数を高めることができる。動作周
波数が高くなれば、印刷速度が向上する。
【００３８】また、薄膜形状記憶合金とその自体の残留
圧縮応力による変位量及び復元力を図１３を参照して分
析すると次のようになる。 ａ＝ｂであるとき ａ ＝２００μｍ 薄膜形状記憶合金の材質 ＝ＴｉＮｉ 薄膜形状記憶合金のヤング率（Ｅm） ＝３０ＧＰａ 薄膜形状記憶合金に存在する残留圧縮応力 ＝３０ＭＰａ ポアソン比（ν） ＝０．３ 空間部１１に露出した薄膜形状記憶合金の長さ ＝ａ 薄膜形状記憶合金の厚み ＝ｈm 空間部１１に露出した薄膜形状記憶合金の幅 ＝ｂ 薄膜形状記憶合金の臨界応力（Ｓcr）
圧縮応力による変位量及び復元力を図１３を参照して分
析すると次のようになる。 ａ＝ｂであるとき ａ ＝２００μｍ 薄膜形状記憶合金の材質 ＝ＴｉＮｉ 薄膜形状記憶合金のヤング率（Ｅm） ＝３０ＧＰａ 薄膜形状記憶合金に存在する残留圧縮応力 ＝３０ＭＰａ ポアソン比（ν） ＝０．３ 空間部１１に露出した薄膜形状記憶合金の長さ ＝ａ 薄膜形状記憶合金の厚み ＝ｈm 空間部１１に露出した薄膜形状記憶合金の幅 ＝ｂ 薄膜形状記憶合金の臨界応力（Ｓcr）
【数３】 Ｓcr＝３．６ＭＰａ 薄膜形状記憶合金の中心変位（δm）：
【数４】 δs＝６．２μｍ 薄膜形状記憶合金が座屈するときに発生する全体エネルギー（Ｕm）は、
【数５】 ＝２．８×１０-10Ｊ
【００３９】記録液を噴射した後、薄膜形状記憶合金が
座屈するときに発生する全体エネルギーは、薄膜形状記
憶合金の曲げ変形を発生させる復元力（Ｐ）に変わり、
復元力は次のようになる。 Ｕｍ＝Ｐ・ΔＶ 体積変化（ΔＶ）＝（δs・α2）／４＝６．２×１０-14ｍ3 復元力（Ｐ）＝４．５ｋＰａ
座屈するときに発生する全体エネルギーは、薄膜形状記
憶合金の曲げ変形を発生させる復元力（Ｐ）に変わり、
復元力は次のようになる。 Ｕｍ＝Ｐ・ΔＶ 体積変化（ΔＶ）＝（δs・α2）／４＝６．２×１０-14ｍ3 復元力（Ｐ）＝４．５ｋＰａ
【００４０】薄膜形状記憶合金の座屈により発生した全
体積変化の１／２が噴射したと仮定すると、３９μｍの
液滴を形成する。薄膜形状記憶合金の厚みと大きさに対
する変位量は下表の通りであり、単位はμｍである。
体積変化の１／２が噴射したと仮定すると、３９μｍの
液滴を形成する。薄膜形状記憶合金の厚みと大きさに対
する変位量は下表の通りであり、単位はμｍである。
【表２】
【００４１】図１４は本発明の他の実施形態による噴射
装置の断面図であり、図３と同じ構成要素には同一符号
を使用して本発明を説明する。本発明の他の実施形態
は、基板１０の下部に流路板１３とノズルプレート１８
とを備えたものであり、１つの薄膜の結合状態を抜粋し
たものである。基板１０に上下方向に貫通した空間部１
１を形成し、基板１０の上部に結合して空間部１１を覆
う薄膜形状記憶合金１２を備えている。また、基板１０
の下部を覆う流路板１３を備え、流路板１３には空間部
１１に対応して記録液２０を収容する液室１４を形成す
る。
装置の断面図であり、図３と同じ構成要素には同一符号
を使用して本発明を説明する。本発明の他の実施形態
は、基板１０の下部に流路板１３とノズルプレート１８
とを備えたものであり、１つの薄膜の結合状態を抜粋し
たものである。基板１０に上下方向に貫通した空間部１
１を形成し、基板１０の上部に結合して空間部１１を覆
う薄膜形状記憶合金１２を備えている。また、基板１０
の下部を覆う流路板１３を備え、流路板１３には空間部
１１に対応して記録液２０を収容する液室１４を形成す
る。
【００４２】また、流路板１３の下部に結合するノズル
プレート１８を備え、ノズルプレート１８には流路板１
３に形成した液室１４に対応するノズル１９を形成す
る。また、ノズル１９は液室１４側に露出した薄膜形状
記憶合金１２に対応し、薄膜形状記憶合金１２が変形す
るとき、液室１４の圧力が変化して、記録液２０が液滴
の状態としてノズル１９を介して用紙に噴射する。
プレート１８を備え、ノズルプレート１８には流路板１
３に形成した液室１４に対応するノズル１９を形成す
る。また、ノズル１９は液室１４側に露出した薄膜形状
記憶合金１２に対応し、薄膜形状記憶合金１２が変形す
るとき、液室１４の圧力が変化して、記録液２０が液滴
の状態としてノズル１９を介して用紙に噴射する。
【００４３】このように構成した本発明の他の実施形態
では、本発明の１実施形態と同様の薄膜形状記憶合金の
構造を有する。この際に、薄膜形状記憶合金１２は製造
工程によって１方向性と２方向性を有し、温度変化によ
って相変化が起こって変形し、この過程で、液室１４及
び空間部１１に貯蔵された記録液２０がノズル１９を介
して液滴状態として用紙に噴射される。また、本発明の
他の実施形態は基板１０に形成した空間部１１に記録液
２０を収容するものであり、液室１５と流路１６を基板
１０に容易に形成することができる。
では、本発明の１実施形態と同様の薄膜形状記憶合金の
構造を有する。この際に、薄膜形状記憶合金１２は製造
工程によって１方向性と２方向性を有し、温度変化によ
って相変化が起こって変形し、この過程で、液室１４及
び空間部１１に貯蔵された記録液２０がノズル１９を介
して液滴状態として用紙に噴射される。また、本発明の
他の実施形態は基板１０に形成した空間部１１に記録液
２０を収容するものであり、液室１５と流路１６を基板
１０に容易に形成することができる。
【００４４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
記録液を噴射させる薄膜形状記憶合金が、温度変化によ
って相変化が起こり、この過程で変形することにより記
録液が噴射する。また、薄膜形状記憶合金は変位量が大
きいため、基板に形成した各空間部と流路板に形成した
各液室を小さくすることができるので、プリンタヘッド
の全体のサイズが小さくなり、ノズルの密集度を高めて
高解像度の実現に有効である。また、発生する力が大き
いため、記録液を押し出す力が大きくなってノズルの目
詰まりが減少するので、信頼性が向上し、そして記録液
の液滴大きさを十分に小さくするので高画質化に有利で
ある。また、駆動電圧が１０ボルト以下であるので駆動
回路の設計及び製作が容易である。既存の半導体工程と
エッチング工程を用いて、振動板の役目を果たす薄膜形
状記憶合金を、シリコン、ガラス、金属板及びポリマー
等で構成される基板上に容易に形成できるので、量産性
が向上して構造が簡素化できる等の効果がある。
記録液を噴射させる薄膜形状記憶合金が、温度変化によ
って相変化が起こり、この過程で変形することにより記
録液が噴射する。また、薄膜形状記憶合金は変位量が大
きいため、基板に形成した各空間部と流路板に形成した
各液室を小さくすることができるので、プリンタヘッド
の全体のサイズが小さくなり、ノズルの密集度を高めて
高解像度の実現に有効である。また、発生する力が大き
いため、記録液を押し出す力が大きくなってノズルの目
詰まりが減少するので、信頼性が向上し、そして記録液
の液滴大きさを十分に小さくするので高画質化に有利で
ある。また、駆動電圧が１０ボルト以下であるので駆動
回路の設計及び製作が容易である。既存の半導体工程と
エッチング工程を用いて、振動板の役目を果たす薄膜形
状記憶合金を、シリコン、ガラス、金属板及びポリマー
等で構成される基板上に容易に形成できるので、量産性
が向上して構造が簡素化できる等の効果がある。
【図１】 従来の加熱式噴射装置の断面図である。
【図２】 従来の圧電素子式噴射装置の断面図である。
【図３】 本発明の１実施形態による噴射装置の分離斜
視図である。
視図である。
【図４】 本発明の１実施形態の記録液の流れを示す斜
視図である。
視図である。
【図５】 （ａ）と（ｂ）は、本発明の１実施形態によ
る噴射装置の正断面図である。
る噴射装置の正断面図である。
【図６】 （ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）は、本発明
の１実施形態による、噴射装置の動作過程を示す断面図
である。
の１実施形態による、噴射装置の動作過程を示す断面図
である。
【図７】 本発明の薄膜形状記憶合金の相変化を示すグ
ラフである。
ラフである。
【図８】 本発明による１方向薄膜形状記憶合金の製造
方法を示す工程図である。
方法を示す工程図である。
【図９】 本発明による１方向薄膜形状記憶合金の製造
方法を示すブロック図である。
方法を示すブロック図である。
【図１０】 本発明による２方向薄膜形状記憶合金の製
造方法を示す工程図である。
造方法を示す工程図である。
【図１１】 本発明による２方向薄膜形状記憶合金の製
造方法を示すブロック図である。
造方法を示すブロック図である。
【図１２】 本発明の薄膜形状記憶合金の加熱時間と温
度との関係を示すグラフである。
度との関係を示すグラフである。
【図１３】 本発明の薄膜形状記憶合金の大きさを示す
断面図である。
断面図である。
【図１４】 （ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）は、本発
明の他の実施形態による、噴射装置の動作過程を示す断
面図である。
明の他の実施形態による、噴射装置の動作過程を示す断
面図である。
ａ１，ｂ１ チャンバー ａ２，ｂ２ 噴射口 ａ３ 抵抗 ｂ３ 圧電素子 １１ 空間部 １２ 薄膜形状記憶合金 １３ 流路板 １４ 液室 １５ 主流路 １６ 流路 １７ 液注入口 １８ ノズルプレート １９ ノズル ２０ 記録液 ２１ 電源供給部 ２１ａ 電極 ２１ｂ ヒーター
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−91873（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−91865（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−168051（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−65349（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−202351（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−338547（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−87971（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−340963（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−128709（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) B41J 2/045 B41J 2/055 B41J 2/16
Claims (16)
- 【請求項１】 エッチングにより上下に貫通させた空間
部（１１）を形成する基板（１０）と、 前記基板（１０）の上部面に０.３μm〜５μmの厚さに
蒸着されて前記空間部（１１）の上端部をカバーする薄
膜形状記憶合金（１２）と、 前記基板（１０）の上部に積層され、前記薄膜形状記憶
合金（１２）が蒸着されている部位には記録液（２０）
が貯蔵される液室（１４）が形成され、前記液室（１
４）は流路（１６）により主流路（１５）と連通される
ようにする流路板（１３）と、 前記流路板（１３）上部に積層され、前記液室（１４）
内の記録液を前記薄膜形状記憶合金（１２）の形状変化
により液滴の形態で噴射されるように、前記液室（１
４）よりは小さい面積のノズル（１９）を形成するノズ
ルプレート（１８）とを備えることを特徴とするプリン
タヘッドの記録液噴射装置。 - 【請求項２】 前記薄膜形状記憶合金（１２）が、チタ
ンとニッケルとを主成分とする形状記憶合金であること
を特徴とする請求項１記載のプリンタヘッドの記録液噴
射装置。 - 【請求項３】 前記薄膜形状記憶合金（１２）が、相変
化温度差を小さくして動作周波数を高くするため、銅を
さらに添加した形状記憶合金であることを特徴とする請
求項２記載のプリンタヘッドの記録液噴射装置。 - 【請求項４】 前記電源供給部（２１）が、前記薄膜形
状記憶合金（１２）の自己抵抗により発熱するように、
前記薄膜形状記憶合金（１２）の両端に結合する電極
（２１ａ）を備えることを特徴とする請求項１記載のプ
リンタヘッドの記録液噴射装置。 - 【請求項５】 前記電源供給部（２１）が、前記薄膜形
状記憶合金（１２）の一方の側に形成され、前記電源供
給部（２１）からの電流により加熱するヒーター（２１
ｂ）を備えることを特徴とする請求項１記載のプリンタ
ヘッドの記録液噴射装置。 - 【請求項６】 前記基板（１０）がシリコン材質である
ことを特徴とする請求項１記載のプリンタヘッドの記録
液噴射装置。 - 【請求項７】 前記薄膜形状記憶合金（１２）が前記空
間部（１１）に露出して実質的に形状変化する面積は、
その幅（ｂ）が１００μｍ〜５００μｍであり、その長
さ（ａ）が１００μｍ〜３００μｍであることを特徴と
する請求項１記載のプリンタヘッドの記録液噴射装置。 - 【請求項８】 前記薄膜形状記憶合金（１２）は、母相
終了温度に加熱して母相に変化すると平板の形態になっ
て前記記録液（２０）が前記ノズル（１９）を介して噴
射され、マルテンサイト終了温度以下に冷却してマルテ
ンサイトに変化すると残留圧縮応力により曲げ変形して
前記記録液（２０）が前記液室（１４）に補充されるこ
とを特徴とする請求項１記載のプリンタヘッドの記録液
噴射装置。 - 【請求項９】 前記母相終了温度が約５０℃〜９０℃で
あり、前記マルテンサイト終了温度が約４０℃〜７０℃
であることを特徴とする請求項８記載のプリンタヘッド
の記録液噴射装置。 - 【請求項１０】 前記母相に加熱してからマルテンサイ
トに冷却するまでの時間が、約２００μｓｅｃ以下であ
り、動作周波数は５ｋＨｚ以上であることを特徴とする
請求項８記載のプリンタヘッドの記録液噴射装置。 - 【請求項１１】 前記薄膜形状記憶合金（１２）は、母
相終了温度に加熱して母相に変化すると平板の形態にな
って前記記録液（２０）が前記ノズル（１９）を介して
噴射され、マルテンサイト終了温度以下に冷却してマル
テンサイトに変化することを学習することにより曲げ変
形して前記記録液（２０）が前記液室（１４）に補充さ
れることを特徴とする請求項１記載のプリンタヘッドの
記録液噴射装置。 - 【請求項１２】 前記薄膜形状記憶合金（１２）がマル
テンサイトであるとき、外力を数回加えて学習させた
後、マルテンサイト終了温度以下に冷却するとき、マル
テンサイトが特定方向に形成されて所望の変位を有する
ようにすることを特徴とする請求項１１記載のプリンタ
ヘッドの記録液噴射装置。 - 【請求項１３】 前記母相終了温度が約５０℃〜９０℃
であり、前記マルテンサイト終了温度が約４０℃〜７０
℃であることを特徴とする請求項１１記載のプリンタヘ
ッドの記録液噴射装置。 - 【請求項１４】 前記母相に加熱してからマルテンサイ
トに冷却するまでの時間が、約２００μｓｅｃ以下であ
り、動作周波数は５ｋＨｚ以上であることを特徴とする
請求項１１記載のプリンタヘッドの記録液噴射装置。 - 【請求項１５】 基板（１０）の上部面に薄膜形状記憶
合金（１２）を蒸着する段階と、 前記薄膜形状記憶合金（１２）を母相では偏平した状態
を記憶するようにし、冷却によってマルテンサイトに相
変化されると残留圧縮応力により曲げ変形されるように
熱処理する段階と、 前記薄膜形状記憶合金（１２）をパターニングして基板
（１０）の一方の側に一部だけ残るようにする段階と、 前記基板（１０）の前記薄膜形状記憶合金（１２）が蒸
着されている部分をエッチングして空間部（１１）を形
成する段階と、 前記薄膜形状記憶合金（１２）を加熱して母相となると
偏平するようになりながら記録液（２０）を噴射する段
階と、 前記薄膜形状記憶合金（１２）を冷却してマルテンサイ
トになると残留圧縮応力により曲げ変形されて記録液
（２０）が液室（１４）の内部に補充される段階と、 前記薄膜形状記憶合金（１２）の温度変化によって前記
段階を繰り返しながら印刷する段階とを備えることを特
徴とするプリンタヘッドの記録液噴射方法。 - 【請求項１６】 薄膜形状記憶合金（１２）を蒸着した
後、結晶化するように熱処理する段階（２００）と、 前記薄膜形状記憶合金（１２）がマルテンサイトになる
ように冷却する段階（２０１）と、 前記薄膜形状記憶合金（１２）に外力を加えて曲げ変形
させる段階（２０２）と、 前記薄膜形状記憶合金（１２）が母相で偏平になるよう
加熱する段階（２０３）と、 前記冷却、変形、加熱段階（２０１），（２０２），
（２０３）を数回繰り返して前記薄膜形状記憶合金（１
２）を学習させる段階（２０４）と、 前記学習段階（２０４）を経た前記薄膜形状記憶合金
（１２）を冷却してマルテンサイトになると、自力によ
り曲げ変形する段階（２０５）と、 前記薄膜形状記憶合金（１２）が加熱して母相となる
と、偏平になって記録液（２０）を噴射する段階（２０
６）と、 前記薄膜形状記憶合金（１２）が冷却されてマルテンサ
イトになると、曲げ変形により記録液（２０）が液室
（１４）の内部に補充される段階（２０７）と、前記薄
膜形状記憶合金（１２）の温度変化によって前記段階
（２０６），（２０７）を繰り返して印刷する段階（２
０８）とを備えることを特徴とするプリンタヘッドの記
録液噴射方法。
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|---|---|---|---|
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| KR100374788B1 (ko) | 2000-04-26 | 2003-03-04 | 삼성전자주식회사 | 버블 젯 방식의 잉크 젯 프린트 헤드, 그 제조방법 및잉크 토출방법 |
| KR100645426B1 (ko) * | 2000-09-29 | 2006-12-19 | 삼성전자주식회사 | 잉크젯 프린터 헤드 |
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- 1997-11-21 DE DE19751790A patent/DE19751790C2/de not_active Expired - Fee Related
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