JPS60248358A - 磁性インク記録ヘツド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （発明の技術力！Ｐ） 本発明は高分解能記録を可能とするノズルレス構造の磁
性インク記録ヘッドに関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

記録信号に応じて生成されたインク滴を飛翔させ、普通
紙に付着させて文字や画像等の記録を行う所謂インクジ
ェッｉ〜型の記録装置は、低騒音であり、また現像・定
着処理が不要である等の利点を有している。そして従来
より、高分解能記録を行ろべ（厖々のイン々滴娶爵右沖
七Ｉゝ）勺滴のζ面制御方法が提唱されている。

ところがこの種の従来装置は、一般に微小な孔を有する
ノズルを利用して微小なインク滴を噴出形成する構成を
有しているにの為、記録画点を形成する上で障害となる
前記ノズルの目詰りやノズル周辺部へのインクの付着が
避けられず、実用上の大きな問題となっていた。

そこで従来、このような問題を解消するべく、例えば特
開昭５４−２３５３４号に示されるようなノズルレス構
造の記録装置が提唱されている。このノズルレス構造の
記録装置は、第１図にその概略構成を示すように、所定
の基板１上に複数の強磁性体電極２を所定のピッチで配
設し、この基板１上に磁性体を含むインク（磁性インク
）３を供給して前記各電極２の磁石作用により電極ピッ
チに応じた上記磁性インク３の隆起を予め形成しておき
、記録信号に応じて前記電極２とその対向電極４との間
に選択滴に電圧を印加して前記磁性インク３の隆起部分
からインク滴３ａを飛翔させて前記対向電極４の前方に
置かれた記録紙５に付着さするものである。

然し乍ら、このような構造の従来装置において、記録品
質の向上を図るべく前記強磁性体電極２の配設ピッチを
狭く設定した場合、前記磁性インク３の導電性によって
選択的に電圧印加した電極２の両隣りの電極２の部分の
隆起にも電圧が加わり、この結果上記選択部分と非選択
部分との電位差が少なくなって非選択部分からもインク
滴３ａが飛翔すると云う不具合が生じた。またこのよう
な不具合を解消する為に導電性の低い磁性インク３を使
用すると、前記インク滴３ａを飛翔させる為の電圧を非
常に高くする必要があり、また上記インク滴３ａの飛翔
が不安定になる等の問題が生じた。また、このように導
電性の低い磁性インク３を用いることは、無臭性で導電
性の高い所謂水ベースの磁性インク３を使用できないこ
とを意味する。しかも、上述した高電圧をスイッチング
する必要が生じるので、装置構成が複雑化する等の問題
も招来した。

〔発明の目的〕

本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、そ
の目的とするところは、高分解能な記録を可能とし、し
かも構成が簡単で実用性の高いノズルレス構造の磁性イ
ンク記録ヘッドを提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明は、記録面に対向して設けられる記録素子をスピ
ン再配列現象を呈する磁性体、所謂スピン再配列型強磁
性材料で形成し、この記録素子の温度を記録信号に応じ
てそのスピン再配列遷移温度帯を通過させて可変制御し
、上記記録素子の温度が上記スピン再配列遷移温度帯以
上の温度に設定されたとき、その磁化容易軸方向が前記
記録素子の前記記録面の対向する端部に向くようにした
ものである。

そして上記の如く温度制御される記録素子のスピン再配
列現象を利用し−Ｃ該記録素子に印加される磁界の上記
端部への通過を制御し、これによって前記端部に供給さ
れる磁性インクの隆起を制御するようにしたものである
。

〔発明の効果〕

かくして本発明によれば、記録素子の記録面に対向する
端部に供給される磁性インクの隆起を、上記記録素子を
なすスピン再配列型強磁性材料の温度制御による印加磁
界の通過制御によって効果的に制御することが可能とな
る。従って、必要箇所のみに磁性インクの隆起を形成し
てインク滴を飛翔させることが可能となり、従来のよう
に隣接する電極（記録素子）位置に悪影響を及ぼすこと
がない。また、記録素子を微小なビッヂで配列しても、
隣接記録素子間のＳ／Ｎを十分に高くすることができる
ので、所謂地汚れのない高品質で分解能の高い記録が可
能となる。更には、上述したように隣接記録素子間のＳ
／Ｎを十分高く設定できるので、磁性インクの導電性を
低くする必要がなく、従って無臭性の水ベース磁性イン
クの使用が可能となる。また前記記録素子の温度制御は
比較的簡単に行うことができ、従来のようにインク滴の
飛翔を誘引する電圧を直接スイッチングするものとは本
質的に異なるので、その制御部を簡易に構成することが
できる等の実用上絶大なる効果が奏せられる。

〔発明の実施例〕

先ず、本発明に係る磁性インク記録ヘッドの、記録面に
対向して設けられる記録素子を形成するスピン再配列現
象を呈する磁性体、つまりスピン再配列型強磁性材料に
ついて説明する。

スピン再配列現象とは、キューり温度またはネール温度
以下の濃度で強磁性体の磁化容易方向が他の結晶軸方向
に変化する現象である。このようなスピン再配列現象を
呈するスピン再配列型強磁性材料は、例えばＲｍ　Ｃ’
Ｏｎで示される希土類コバルト材料等からなる。上記Ｒ
は１種または２種以上のＰｒ、Ｎｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、ＬＵ
等の希土類元素からなり、また前記ＣＯは単独、または
ＧＯを主成分としてその一部にＦｅ、Ｃｕ、Ｖ等のその
他の金属を含むものとして与えられる。そしてＲＣＯｓ
型希土類コバルトの場合、その希土類元素がＰｒ、Ｎｄ
。

Ｔ　ｂ、　Ｄ　ｙ、　Ｈｏのとき温度によるスピン再配
列現象を呈し、またＲ２　Ｃｏ　ｔ　７型希土類コバル
トの場合には、その希土類元素がｌｕのと′−きに温度
によるスピン再配列現象を呈する。またＲＭＯＢ型磁性
材料で、上記Ｒとして前述した各希土類元素およびＹｌ
また前記Ｎ４としてＣｒ、　Ｆ　ｅ等を用い、α−Ｆｅ
２０３等としたスピン再配列型強磁性体がある。特に、
磁気異方性の強い前記希土類コバルト系磁性材料は、記
録素子として用いるスピン再配列型強磁性体として優れ
ており、前記Ｒの種類、および置換金属の種類と量によ
って磁化容易方向の変化するスピン再配列遷移温度、お
よびその温度幅（スピン再配列遷移温度帯）を容易に調
整することができる。

例えば、ＲＣＯＨ型希土類コバルト磁性体は、一般に第
２図に模式的に示すように結晶のＣ軸方向６を磁化容易
軸とする大きな磁気異方性を有している。そして、温度
に依存してスピン再配列現象を呈した場合、上記ＲＣＯ
ｓ型希土類コバルト磁性体の磁化容易軸は上記結晶の基
底面７、或いは円錐面８に移動する。

このようなスピン再配列型強磁性体の磁気異方性を利用
して、例えば動作時にその磁化容易方向が結晶のＣ軸方
向６または円錐面８にあり、非動作時には磁化容易方向
が上記結晶の基底面７にあるスピン再配列型強磁性体を
記録素子として用い、上記結晶のＣ軸方向６を磁性イン
クの隆起、およびインク滴の飛翔記録方向とするように
したものである。尚、上記磁化容易方向が前記円錐面８
にあるものを用いる場合には、その結晶のＣ軸に対する
角度θが小さいものを用いることが好ましい。

かくして、このような磁気異方性を備えたスピン再配列
型強磁性体を記録素子１１として用い、この記録素子１
１の対して磁石１２より前記結晶のＣ軸方向に磁界を印
加した状態で該記録素子１１の記録面の対向する端部に
磁性インク１３を供給すると、第３図（ａ）（ｂ）に示
すように前記記録素子１１の状態（磁化容易方向が結晶
の基底面８にある非動作状態および磁化容易方向が結晶
のＣ軸方向６にある動作状態）に応じて前記磁性インク
１３が隆起することになる。即ち、第３図（ａ）に示す
ように記録素子１１が非動作状態にあるときには、磁石
１２から印加される磁界は結晶の基底面８に磁化容易方
向を有する上記記録素子１１によって側方に分散される
。この結果、記録素子１１の端部に供給された前記磁性
インク１３は前記磁界の作用を受けることがなく、平坦
な状態を保つ。これに対して前記記録素子１１を動作状
態にすると、第３図（ｂ）に示すように上記記録素子１
１の磁化容易方向が前記結晶のＣ軸方向６となるので前
記磁石１２からの磁界が前記端部に収束される。この結
果、前記端部に供給された磁性インク１３が上記の如く
収束された磁界による磁気作用を受けて隆起することに
なる。従って、前記記録素子１１の温度を制御してその
磁化容易方向を制御することにより、該記録素子１１の
端部に供給された磁性インク１３の隆起を制御すること
が可能となる。

第４図は上述したスピン再配列型強磁性体を記録素子１
１として用いて磁性インク１３の隆起を制御するように
した本発明の一実施例に係る磁性インク記録ヘッドを示
す一部切欠して示した斜視図であり、第５図はその概略
構成図である。

絶縁基板１４上の記録紙１５に対向する一端側には、回
路基板１６を介して複数の記録素子１１が所定ピッチで
配設されている。この回路基板１６は上記各記録素子１
１の配列位置にそれぞれ電気ヒータ（発熱抵抗体）１７
を埋設したもので、これらの各電気ヒータ１７は通電制
御回路１８の制御を受けて格別に通電制御され、前記各
記録素子１１をそれぞれ加熱するようになっている。こ
れらの各電気ヒータ１７による加熱によって前記各記録
素子１１の温度が、そのスピン再配列遷移温度帯を通過
して可変制御されるものとなっている。尚、１９は前記
絶縁基板１４上に設けられた磁石１２が発生する磁界を
、前記各記録素子１１に導いて印加する磁性体である。

しかして、上記磁性体１９上には磁性インク１３を前記
各記録素子１１の記録紙１５に対向する端部に供給する
為のガイド２０が設けられている。このガイド２０を介
して前記各記録素子１１の端部に供給された磁性インク
１３が、各記録素子１１の温度制御による前記磁界の収
束作用を受けて選択的に隆起制御されることになる。ま
た前記磁性インク１３には、上記ガイド２０を介して前
記記録紙１５の裏面側に設けられた対向電極２１との間
に所定の電圧が印加されている。この電圧によって、前
記記録素子１１の端部の磁性インク１３の隆起部分から
、その電界集中によって上記インク滴１３ａが生成され
、且つその電界により上記インク滴１３ａが対向電極２
１側へ飛翔される。そしてこの電界を受けて飛翔した上
記インク滴１３８は上記対向電極２１の前方に位＠する
前記記録紙１５に付着することになる。

ところで、上記磁性インク１３は、例えばマグネタイト
（Ｆｅ　３０４　）や、γ−フェライト（Ｆｅ２０３）
、鉄粉等磁性体そのもの、或いはこれらを水や有機溶媒
等に分散・混合させた液体インク、更にはコロイド状磁
性体を分散させたもの等からなる。このような磁性イン
ク１３としては、外部磁界の小さな変化に良く追従し、
応答性が良く、また保磁力が小さく、透磁率が高く、飽
和磁化が高く、更に粘度の低いものが望ましい。また実
用性の点からは上記各性質に加えて、粒子沈降の小さい
ものが望ましく、残留磁化を持たない超常磁性を示すも
のが磁性インク１３として好適である。

かくしてこのように構成された記録ヘッドによれば、第
６図（ａ）（ｂ）に磁性インク１３の隆起作用を模式的
に示すように、通電制御回路１８による電気ヒータ１７
の通電制御によってスピン再配列型強磁性体からなる記
録素子１１の温度が、記録信号に応じてそのスピン再配
列遷移温度帯を通過して可変制御される。そして非選択
時には上記電気ヒータ１７の通電が行われず、記録素子
１１の温度は前記スピン再配列遷移温度帯以下の温度に
保たれる。この結果、記録素子１１の磁化容易方向が結
晶の基底面８にあり、これによって前記磁石１２からの
磁界が分散されるので、第６図（ａ）に示すように前記
記録素子１１の端部に前記磁性インク１３の隆起が形成
されることがない。また前記電気ヒータ１７を通電して
発熱させた場合、これによって前記記録素子１１の温度
が前記スピン再配列遷移温度帯以上の）Ｒ度に高められ
る。この結果、記録素子−１１の磁化容易方向が前記結
晶のＣ軸方向６となり前記磁石１２からの磁界が前記端
部に収束され、この磁界によって前記磁性インク１３が
第７図（ｂ）に示すように局部的に寄集められて隆起す
ることになる。そして、この磁性インク１３の隆起部分
に前記電界が作用してインク滴１３ａが誘起生成され、
且つ対向電極２１に向けて飛翔されることになる。

以上のように本構造の磁性インク記録ヘッドによれば、
スピン再配列型強磁性体からなる記録素子１１のスピン
再配列遷移温度帯を通過する温度制御によって、該記録
素子１１の前記記録紙１５に対向する端部の磁界を制御
し、その端部に供給された磁性インク１３の隆起を制御
するので、複数の記録素子１１を所定のピッチで配列し
てその特定の記録素子１１のみを駆動して前記磁性イン
ク１３の隆起を形成しても、この記録素子１１に隣接し
た非駆動状態にある他の記録素子１１の端部に前記磁性
インク１３の隆起が形成されることがない。つまり上記
非駆動状態にある他の記録素子１１の端部には磁界が収
束さす、また隣接する前記駆動状態にある記録素子１１
からの磁界の洩れも殆んどないので、磁性インク１３の
隆起が生じることがない。従って、磁性インク１３の隆
起が形成された部分からのみ前記電界を受けてインク滴
１３ａが生成されて飛翔することになる。故に、前記端
部における磁性インク１３の形状の異なりによつ−Ｃ１
動作状態にある記録素子１１と非動作状態にある記録素
子１１との上記磁性インク１３に作用する力のコントラ
ストを大きくして、そのＳ　／　Ｎの大幅な向上を図る
ことが可能となる。このことは、前記磁性インク１３の
性質に対する梗々の制約を大幅に緩和できることを意味
し、装置構成の簡略化を図って、なお且つ高分解能等の
記録特性の向上を図ることが可能となる。

また記録素子１１の記録信号に応じた選択駆動は、該記
録素子１１の温度制御で良い為、従来のようにインク滴
１３ａの飛翔作用を促す高電圧をスイッチングする必要
がなく、前記電気ヒータ１７の通電制御と云う低電圧の
スイッチング制御で十分である。

故に、その駆動回路１８の構成の簡略化を図ることがで
き、集積回路化することも容易である。従って、記録ヘ
ッドをコンバントに実現できる等の効果が奏せられる。

本発明者等は、セラミック基板からなる絶縁基板１４上
に　１間当り４ドツトの線密度で２４個の記録素子１１
を設けた前記第４図に示す構造の記録ヘッドを試作した
。この記録ヘッドの前記記録素子１１としては、微粉末
化したＤｙ　Ｃｏ　ｓの結晶をバインダで固めた後、そ
のスピン再配列遷移温度帯以上の温度の加熱してＣ軸方
向に磁化容易方向が向くように配向処理したスピン再配
列型強磁性体を、厚さ１．０ｍに研磨し、且つ所定の大
きさに切出したものを用いた。尚、このスピン再配列型
強磁性体のスピン再配列遷移温度は約６０℃であった。

そして、上記各記録素子１１に磁界を印加する磁石１２
として、磁束密度３００ｇａｕｓｓ、厚さ２ｍのフェラ
イト磁石を用い、電気ヒータ１７としてサーマルヘッド
を、また磁性インク１３として「タイマグネ（商品名）
」（タイホー工業社製９分散質：Ｍｎ−Ｚｎ−Ｆｅ系フ
ェライト、分散媒：パラフィン系溶剤。

飽和磁化：約３６０ｇａＵＳＳ、粘度：２０℃で約２１
ｃｐ）を用いた。そして、この記録ヘッドと対向電極２
１との距離を１胴に設定して、直流電圧２ｋＶを印加し
た。

このような仕様の試作磁性インク記録ヘッドを用いて、
前記電気ヒータ１７の通電周期を１０ｍ５ｅｃ。

副走査方向の線密度を１ｍｍ当り４ラインとして画像記
録を行ったところ、極めて高品質な記録画像を得た。ま
た磁性インク１３として水を分散媒とした比抵抗的１０
０Ωｃｍの磁性流体を用い、前記直流電圧を１．２ｋＶ
として同様な実験を行った場合にも、高品質な記録画像
が得られることが確認された。

ところで、前記記録素子１１を形成するスピン再配列型
強磁性体の中には、発熱体として作用するに十分な比抵
抗、例えば１０〜１０３ΩｃＩＩ＋の値を有するものが
ある。このようなスピン再配列型強磁性体としては、前
述したＲ　Ｗ　ＣＯｒＬ系の磁性体と適当な金属との合
金、またはバインダとのマトリックス体等として実現さ
れる。

しかして今、このようなスピン再配列型強磁性体からな
る記録素子１１を直接通電すると、記録素子１１自体の
ジュール発熱によってその温度が変化する。従って、こ
の記録素子１１の直接通電制御によって、その温度変化
によるスピン再配列現象を制御することも可能である。

第７図はこのような観点に立脚して構成された本発明に
係る磁性インク記録ヘッドの別の実施例を示すものであ
る。尚、先の実施例と同一部分には同一符号を付して示
してあり、通電制御回路１８により前記記録素子１１を
記録信号に応じて直接通電制御するように構成されてい
る点を異にしている。

このような構成によれば、前述したように記録素子１１
の直接通電によるジュール発熱によって、その温度が記
録信号に応じて前記スピン再配列遷移温度帯を通過して
可変制御されるので、これによって先の実施例と同様に
第８図（ａ）（ｂ）に示すように磁性インク１３の隆起
制御を行うことが可能となる。従って、この磁性インク
１３の隆起部分から電界によってインク滴１３ａを噴出
させ、これを飛翔させることができ、ここに高分解能で
高品質な記録が可能となる。

本発明者等は、Ｄｙ−ＣＯ５の微粉末化した磁性体をバ
インダに分散させて固め、これをスピン再配列遷移温度
以上に加熱し、且つ外部磁場をかけながら焼き固めた。

この焼結体を高温時に磁化容易軸方向が長手方向となる
ように幅１ｍ、長さ２姻、厚さ１＃に切出して記録素子
１１を形成した。

尚、この記録素子１１のスピン再配列遷移温度は６０℃
であった。この記録素子１１に対して磁束密度２５０ｇ
ａｕｓｓプラスデック磁石１２により磁界を印加するよ
うに磁性インク記録ヘッドを試作した。そして、前記対
向電極２１を２Ｍ離して設け、２ｋＶの電圧を印加して
磁性インク１３を飛翔させた。この実験においても、非
常に良好な記録結果が得゛られることが確認された。

尚、本発明は上述した各実施例に限定されるものではな
い。例えばヘッドを形成する絶縁基板１４としてはガラ
ス、セラミック、ガラスエポキシ等の絶縁性材料や、Ａ
ｌ１やＦｅ等の導体上に絶縁層を形成したもの等を用い
ることができる。また前記電気ヒータ１７としてはサー
マルヘッドはも′とより、熱ビンや薄膜または厚膜で形
成された抵抗体等のジュール熱を発生するものを用いる
ことができる。またレーザ等の非接触加熱源を用いるこ
とも可能である。更に前記記録素子１１を形成するスピ
ン再配列型強磁性体としては、そのスピン再配列遷移温
度がその動作環境温度より十分高いもの、例えば４０〜
１５０℃、望ましくは６０〜１５０℃程度のものであれ
ば良い。ちなみに上記スピン再配列温度が１５０℃以上
の場合には、前記スピン再配列型強磁性体の耐熱性や、
他の材料との接続部でのヒートショックによる前記記録
素子１１の損傷の虞れが生じる。また、前記磁石１２と
しては記録素子１１等との絶縁性を確保するべく、その
抵抗値の高いプラスチック磁石やゴム磁石等を用いるこ
とも可能である。その他、磁性インク１３の種類や複数
の記録素子１１の配列ピッチ等はその記録ヘッドに要求
される仕様に応じて定めれば良く、要するに本発明はそ
の要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することが
可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来ヘッドの概略構成を示す図、第２図はスピ
ン再配列型強磁性体の磁化容易方向を示す図、第３図は
本発明に係る記録ヘッドの動作基本原理を示す図、第４
図は本発明の一実施例に係る磁性インク記録ヘッドの外
観を一部切欠して示す斜視図、第５図はその概略構成を
示す図、第６図は実施例の磁性インク隆起作用を模式的
に示す図、第７図は本発明の他の実施例を示す概略構成
図、第８図はその磁性インク隆起作用を模式的に示す図
である。 １１・・・記録素子（スピン再配列型強磁性体）、１２
・・・磁石、１３・・・磁性インク、１３ａ・・・イン
ク滴、１４・・・絶縁基板、１５・・・記録紙、１６・
・・回路基板、１７・・・電気ヒータ、１８・・・通電
制御回路、１９・・・磁性体、２０・・・ガイド、２１
・・・対向電極。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第に図 第２図 第３図 （ａ）　（ｂ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）　スピン再配列現象を呈する磁性体からなり一端
   部を記録面に対向して設けた記録素子と、この記録素子
   の上記記録面に対向する端部に磁性インクを供給する手
   段と、前記記録素子の温度を記録信号に応じて前記磁性
   体のスピン再配列遷移温度帯を通過させて可変制−御す
   る手段と、前記記録素子に前記記録面に対向する端部を
   通過する向きの磁界を印加する手段とを具備したことを
   特徴とする磁性インク記録ヘッド。 （２）記録素子の温度を記録信号に応じて磁性体のスピ
   ン再配列遷移温度帯を通過させて可変制御する手段は、
   上記記録素子に沿って設けられたヒータを通電制御して
   前記記録素子を加熱制御するものである特許請求の範囲
   第１項記載の磁性インク記録ヘッド。 ｆＱｌ　ｔ！；Ｉ輻壺二小逼給ｔつｕｌ会ｍＬ−吹１・
   Ｔ斑絆ル小スピン再配列遷移温度帯を通過させて可変制
   御する手段は、上記記録素子を通電制御して該記録素子
   に発熱作用を生起するものである特許請求の範囲第１項
   記載の磁性インク記録ヘッド。 （４）記録素子をなす磁性体は、磁性体のスピン再配列
   遷移温度帯以上の温度に加熱されたとき、その磁化容易
   軸方向を記録面に対向する端部に向かう方向にスピン再
   配列するものである特許請求の範囲第１項記載の磁性イ
   ンク記録ヘッド。