(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の節部で構成される凸形状を記憶させた形状記憶合金製のアクチュエータと、前記アクチュエータを変形可能に係止した基板と、前記節部を個別に加熱するためのヒータとを備え、さらに、前記アクチュエータの凸形状部を圧縮するように付勢したダイヤフラムと、前記ダイヤフラムの変形によって容積変化するインク流路とを設けたことを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項２】
電気抵抗値の異なる複数の節部で構成される凸形状を記憶させた形状記憶合金製のアクチュエータと、前記アクチュエータを変形可能に係止した基板と、前記アクチュエータに電流を供給する給電回路とを備え、さらに、前記アクチュエータの凸形状部を圧縮するように付勢したダイヤフラムと、前記ダイヤフラムの変形によって容積変化するインク流路とを設けたことを特徴とするインクジェットヘッド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、いわゆるインクジェット記録方式に用いる記録用インク小滴を発生するためのインクジェットヘッド、詳しくは、形状記憶合金アクチュエータを使用したインクジェットヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、インクジェットヘッドの技術分野では、形状記憶合金アクチュエータによってインクを吐出させる方式のものが、各種事務機器の出力用インクジェットプリンタのヘッド部として研究されている。
【０００３】
形状記憶合金アクチュエータを使用した従来のインクジェットヘッドとして、図１３に示すようなものがある。図１３は形状記憶合金アクチュエータを使用した従来のインクジェットヘッドの構造を示す断面図であり、１はインクジェットヘッド、２は形状記憶合金製のアクチュエータで、アクチュエータ２を加熱するためのヒータ３が、アクチュエータ２に貼り付けられている。
【０００４】
一方、形状記憶合金製のアクチュエータ２には、予めインク流路５に向かって凸状となる形状を記憶させた後、平面形状にしてダイヤフラム４に貼り付けられている。また、ダイヤフラム４の内面側にはインク流路５が形成され、これと連結するインクタンク６が設けられており、内部にインク７が収納されている。さらに、インク流路５の先端部分にはインク７を吐出させるためのオリフィス８が設けられている。
【０００５】
このように構成されたインクジェットヘッドの動作について説明する。
まず、インクタンク６内に収納されたインク７は、毛管現象等の作用によってインク流路５へ導かれている。ここで、ヒータ３を発熱させ、形状記憶合金製のアクチュエータ２を形状復元温度に加熱すると、アクチュエータ２が予め記憶させた凸形状に変形するため、ダイヤフラム４もインク流路５に対して凸形状となるように変形する。これによって、インク流路５の中のインク７はオリフィス８より押し出され、インク滴化となって飛翔する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
形状記憶合金アクチュエータを使用した従来のインクジェットヘッドにおいては、アクチュエータ２を加熱した場合の変形状態は一通りであり、変位量も常に一定である。したがって、インク７に与えるエネルギーの大きさを変化させ、オリフィス８より吐出させるインク７の量を変化させることができない。このため、インクジェットヘッドで高画質印字を実現するための要件とされる、紙に付着したドットサイズの可変性を具備することが不可能である。
【０００７】
そこで、本発明は、形状記憶合金アクチュエータを使用した従来のインクジェットヘッドの問題点を解決するもので、アクチュエータの変位量を変化させることにより、飛翔するインク滴の大きさに可変性をもたせ、高画質印字を実現することが可能なインクジェットヘッドを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために本発明のインクジェットヘッドは、複数の節部で構成される凸形状を記憶させた形状記憶合金製のアクチュエータと、このアクチュエータを変形可能に係止した基板と、節部を個別に加熱するためのヒータとを備え、さらに、アクチュエータの凸形状部を圧縮するように付勢したダイヤフラムと、ダイヤフラムの変形によって容積変化するインク流路とを設けた構成としたものである。
【０００９】
これにより、平面状態に保持されたアクチュエータの節部をヒータが個別に加熱すると、所定温度に達した節部のみが予め記憶させた形状に変形するため、ヒータのオン・オフを各節部ごとに制御することによって、変形する節部の数を変え、アクチュエータの変位量を変えることができる。これによって、ダイヤフラムの変形量が変わり、インク流路の容積変化に可変性をもたせることができるため、インクの吐出量を変化させることができる。
【００１０】
このように、加熱するヒータの数を変えることにより、インクに与える変位量に可変性をもたせ、飛翔するインク滴の大きさを変化させることができるインクジェットヘッドが得られる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、複数の節部で構成される凸形状を記憶させた形状記憶合金製のアクチュエータと、前記アクチュエータを変形可能に係止した基板と、前記節部を個別に加熱するためのヒータとを備え、さらに、前記アクチュエータの凸形状部を圧縮するように付勢したダイヤフラムと、前記ダイヤフラムの変形によって容積変化するインク流路とを設けたものであり、ヒータを個別に制御して、アクチュエータの節部を加熱するヒータの数を変えることにより、アクチュエータがインク流路内のインクに与える変位量に可変性をもたせ、インクの吐出量を変化させることができるという作用を有する。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、電気抵抗値の異なる複数の節部で構成される凸形状を記憶させた形状記憶合金製のアクチュエータと、前記アクチュエータを変形可能に係止した基板と、前記アクチュエータに電流を供給する給電回路とを備え、さらに前記アクチュエータの凸形状部を圧縮するように付勢したダイヤフラムと、前記ダイヤフラムの変形によって容積変化するインク流路とを設けたものであり、形状記憶合金製のアクチュエータへの印加電圧を変えることにより、電気抵抗値の違いに応じて発熱、変形する節部の数を変化させ、アクチュエータがインク流路内のインクに与える変位量に可変性をもたせ、インクの吐出量を変化させることができるという作用を有する。
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について、図１〜１２を用いて説明する。
（実施の形態１）
図１は本発明の第１の実施の形態におけるインクジェットヘッドのアクチュエータの断面図、図２は同アクチュエータの上面図である。図１において、９は基板、１０は形状記憶合金製のアクチュエータであり、アクチュエータ１０はスパッタ、蒸着等の手段を用いて基板９上に形成されている。
【００１４】
アクチュエータ１０を構成する形状記憶合金としては、Ｔｉ４９％〜５０％，Ｎｉ５０％〜５１％（原子数比）の組成を有するＴｉ−Ｎｉ合金を使用しているが、このほか、Ｃｕ６０％〜８７％，Ｚｎ１０％〜３０％，Ａｌ３％〜１０％（原子数比）の組成を有するＣｕ−Ｚｎ−Ａｌ合金などを使用することもできる。
【００１５】
また、他の形状記憶特性を示す合金の使用も可能である。なお、図１に示すように、アクチュエータ１０は、基板９から浮いた状態に２つの節部１１，１２を有する凸形状であり、２００℃〜５００℃程度の高温で熱処理を行うことにより、この凸形状を記憶させている。
【００１６】
そして、節部１１，１２には、それぞれ別個のヒータ１３，１４が付設され、ヒータ１３に電流を流すための配線１５，１６、およびヒータ１４に電流を流すための配線１７，１８を設けている。
【００１７】
次に、図３に示すように、バネ構造部１９，２０を備えるダイヤフラム２１が節部１１，１２を押しつぶし、アクチュエータ１０の凸形状部を圧縮するように付勢している。
【００１８】
さらに、図４に示すように、オリフィス２２を備えたノズル板２３がダイヤフラム２１に接するように取付けられ、ノズル板２３内部のインク流路２５内にはインク２４が収納されている。また、ヒータ１３，１４に電流を流すための配線１５，１６，１７，１８は、制御回路（図示せず）に接続されている。
【００１９】
以上のように構成されたインクジェットヘッドについて、図５を用いて、その動作について説明する。
【００２０】
まず、オリフィス２２から小インク滴２６を吐出させたい場合、制御回路から配線１７，１８を介してヒータ１４に通電すると、ヒータ１４が発熱して節部１２を加熱するため、その温度が形状復元温度５０℃〜１００℃を越えると、ダイヤフラム２１のバネ構造部２０の力に抗して、節部１２が予め記憶させた形状に復元することにより、ダイヤフラム２１を急激に変形させ図５に示すような状態となる。このとき、節部１２の復元力によってダイヤフラム２１が変形する際の勢いで、インク流路２５内のインク２４に圧力が加わり、オリフィス２２から小インク滴２６が吐出される。
【００２１】
次に、オリフィス２２から大インク滴２７を吐出させたい場合、制御回路からヒータ１３，１４に同時に通電を行うと、ヒータ１３，１４が発熱して節部１１，１２を同時に加熱するため、その温度が形状復元温度５０℃〜１００℃を越えると、ダイヤフラム２１のバネ構造部１９，２０の力に抗して節部１１，１２が共に予め記憶させた形状に復元することにより、ダイヤフラム２１を急激に変形させ、図６に示すような状態となる。このとき、節部１１，１２の双方の復元力が発生し、ヒータ１４のみを加熱した場合よりもダイヤフラム２１を大きく変形させるため、インク流路２５内のインク２４に大きな圧力が加わり、オリフィス２２から大インク滴２７が吐出される。
【００２２】
以上のように、本実施の形態においては、ヒータ１３，１４の加熱を個別に制御することにより、形状復元温度に達する節部の数を制御して、アクチュエータ１０の凸形状部の変位量を変化させ、この変位をインク流路２５内のインク２４に与えることで、分量の異なる大小インク滴２６，２７を発生させることが可能である。
【００２３】
（実施の形態２）
図７は第２の実施の形態におけるインクジェットヘッドのアクチュエータの断面図、図８は同インクジェットヘッドのアクチュエータの上面図である。図７において、２８は基板、２９は形状記憶合金製のアクチュエータであり、アクチュエータ２９は基板２８にスパッタ、蒸着等の手段を用いて形成されている。アクチュエータ２９を構成する形状記憶合金としては、Ｔｉ４９％〜５０％，Ｎｉ５０％〜５１％（原子数比重量％）の組成を有するＴｉ−Ｎｉ合金を使用しているが、このほか、Ｃｕ６０％〜８７％，Ｚｎ１０％〜３０％，Ａｌ１％〜１０％（原子数比）の組成を有するＣｕ−Ｚｎ−Ａｌ合金などを使用することもできる。また、他の形状記憶特性を示す合金の使用も可能である。
【００２４】
なお、アクチュエータ２９は、基板２８から浮いた状態の２つの節部３０，３１を設けることにより凸形状とし、２００℃〜５００℃の高温で熱処理を行うことによりこの凸形状を記憶させている。さらに、アクチュエータ２９に電流を流すために配線３２，３３を設けている
一方、図８に示すように、節部３０の幅は、節部３１の幅よりも広く形成されているため、この幅の違いにより、節部３０の電気抵抗は節部３１の電気抵抗よりも小さくなっている。
【００２５】
次に、図９に示すように、バネ構造部３４，３５を備えたダイヤフラム３６が、節部３０，３１を押しつぶし、アクチュエータ２９の凸形状部を圧縮するように付勢している。
【００２６】
さらに、図１０に示すように、オリフィス３７を備えたノズル板３８がダイヤフラム３６に接するように取り付けられ、ノズル板３８内部のインク流路４０にはインク３９が収納されている。また、配線３２，３３は制御回路（図示せず）に接続されている。
【００２７】
以上のように構成されたインクジェットヘッドについて、図１１を用いて、その動作について説明する。
【００２８】
まず、オリフィス３７から小インク滴４１を吐出させたい場合には、制御回路からアクチュエータ２９へ比較的低電圧の電流を流すことにより、節部３０が形状回復温度５０℃〜１００℃に達しないで、節部３１のみが形状回復温度に達する程度に発熱させる。
【００２９】
すなわち、アクチュエータ２９に低電圧の電流を流すと、電気抵抗値が大きな節部３１のみが発熱し、その温度が形状復元温度５０℃〜１００℃を越えると、節部３１はダイヤフラム３６のバネ構造部３５の力に抗して予め記憶させていた形状に復元し、ダイヤフラム３６を急激に変形させるため、図１１に示すような状態となる。このとき、節部３１の復元力によるダイヤフラム３６変形の勢いでインク流路４０内のインク３９に圧力が加わり、オリフィス３７から小インク滴４１が吐出される。
【００３０】
次に、オリフィス３７から大インク滴４２を吐出させたい場合には、制御回路からアクチュエータ２９に対して、節部３１および節部３０の両方が形状回復温度に達するまで発熱する程度の高電圧の電流を流す。これによって、節部３０，３１は共に発熱し、その温度が形状復元温度を越えると、節部３０，３１はダイヤフラム３６のバネ構造部３４，３５の力に抗して、予め記憶させていた形状に復元するため、ダイヤフラム３６を急激に変形させ、図１２に示すような状態となる。このとき、節部３０，３１の双方の復元力が発生し、節部３１のみが復元する場合よりも大きな力でダイヤフラム３６を変形させるため、インク流路４０内のインク３９に大きな圧力が加わり、オリフィス３７から大インク滴４２が吐出される。
【００３１】
以上のように、本実施の形態においては、形状記憶合金製のアクチュエータ２９に印可する電圧の大きさを制御することにより、形状復元温度に達する節部の数を制御し、アクチュエータの凸形状部の変位量を変化させ、この変位をインクに与えることで、異なる量のインク滴を発生させることができる。
【００３２】
【発明の効果】
以上のように、請求項１記載の発明では、複数の節部で構成される凸形状を記憶させた形状記憶合金製のアクチュエータと、アクチュエータを変形可能に係止した基板と、節部を個別に加熱するためのヒータとを備え、さらに、アクチュエータの凸形状部を圧縮するように付勢したダイヤフラムと、ダイヤフラムの変形によって容積変化するインク流路とを設けたことにより、加熱するヒータの数を変えることで、インクの吐出量を変化させることができ、これによって、高画質印字を実現することが可能となるという有利な効果が得られる。
【００３３】
また、請求項２記載の発明では、電気抵抗値の異なる複数の節部で構成される凸形状を記憶させた形状記憶合金製のアクチュエータと、アクチュエータを変形可能に係止した基板と、アクチュエータに電流を供給する給電回路とを備え、さらに、アクチュエータの凸形状部を圧縮するように付勢したダイヤフラムと、ダイヤフラムの変形によって容積変化するインク流路とを設けたことにより、アクチュエータへの印可電圧の大きさを切り替えることで、インクの吐出量を変化させることができ、これによって、高画質印字を実現することが可能という有利な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態におけるインクジェットヘッドのアクチュエータの断面図
【図２】本発明の第１の実施の形態におけるアクチュエータの上面図
【図３】本発明の第１の実施の形態におけるアクチュエータの断面図
【図４】本発明の第１の実施の形態におけるインクジェットヘッドの断面図
【図５】図４のインクジェットヘッドの動作を示す断面図
【図６】図４のインクジェットヘッドの動作を示す断面図
【図７】本発明の第２の実施の形態におけるインクジェットヘッドのアクチュエータの断面図
【図８】本発明の第２の実施の形態におけるアクチュエータの上面図
【図９】本発明の第２の実施の形態におけるアクチュエータの断面図
【図１０】本発明の第２の実施の形態におけるインクジェットヘッドの断面図
【図１１】図１０のインクジェットヘッドの動作を示す断面図
【図１２】図１０のインクジェットヘッドの動作を示す断面図
【図１３】形状記憶合金アクチュエータを使用した従来のインクジェットヘッドの構造を示す断面図
【符号の説明】
１  インクジェットヘッド
２，１０，２９  アクチュエータ
３，１３，１４  ヒータ
４，２１，３６  ダイヤフラム
５，２５，４０  インク流路
６  インクタンク
７，２４，３９  インク
８，２２，３７  オリフィス
９，２８  基板
１１，１２，３０，３１  節部
１５〜１８，３２，３３  配線
１９，２０，３４，３５  バネ構造部
２３，３８  ノズル板
２６，４１  小インク滴
２７，４２  大インク滴
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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