(57)【要約】【課題】  光誘起磁性材料と強磁性体の磁気的相互作用を利用することで、耐久性・環境性・微細構造に優れたインクジェットヘッドが可能となる。【解決手段】  インク流路３を形成しているインク流路壁、インク流路壁の一部に振動板５、振動板５上部に光誘起磁性材料薄膜層２、光誘起磁性材料薄膜層２とインク流路３を挟んで対向する位置に強磁性体１を配置し、光照射により光誘起磁性材料薄膜層２の磁性を変化させることで、強磁性体１と磁気的相互作用を生じさせ、吸引及び反発を繰り返すことでインク流路３の体積変化を伴い、インクを吐出する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インク流路を形成しているインク流路壁、前記インク流路壁の一部に振動板、前記振動板の上部に特定の波長の光を照射することで磁性を変化させることができる光誘起磁性材料薄膜層、前記光誘起磁性材料薄膜層と前記インク流路をはさんで対向する位置に強磁性体を配置し、前記光誘起磁性材料薄膜層の磁性を変化させることで、前記強磁性体と磁気的相互作用を生じさせ、吸引及び反発を繰り返すことで前記インク流路の体積変化を伴い、インクを吐出させることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項２】
前記強磁性体は少なくとも永久磁石を含む構造体であることを特徴とする請求項1記載のインクジェットヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体に外部からエネルギーを加えることによって、所望の液体を吐出することのできるインクジェットヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェット方式プリンタとして代表的なものは、バブルジェット（登録商標）方式（例えば、特公昭61-59911等）、圧電方式（例えば、特公平2-51734等）などがある。
【０００３】
バブルジェット（登録商標）方式は、構造が単純であり、微細構造に向いていることが特徴としてあげられ、インク室内のヒーターによりインクを急激に加熱・冷却を繰り返すことで、インク室内でインクが発泡と消泡を繰り返し、その圧力変化でインクが吐出される。圧電方式は、インク吐出の制御性が良いことが特徴としてあげられ、圧電素子両面の電極に電圧を印加することにより圧電素子が変形し、圧電素子及び振動板がたわみ変形を起こし、その体積変化でインクが吐出される。
【特許文献１】特公昭61-59911号公報
【特許文献２】特公平2-51734号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
バブルジェット（登録商標）方式は、駆動源として加熱による発泡を利用しているため、インクの選択自由度が低くなってしまうという問題点を有している。また、ヒーター部は加熱・冷却を繰り返すため、耐久性という点で問題を有している。
【０００５】
圧電方式においては、圧電素子が圧電性セラミックスであるため、素子を作製する際に高温での焼結が必要となり、振動子以外の材料に制約があるという問題点があった。そして、圧電素子は、一般的に鉛を含むピエゾ素子を使用しているため、環境への影響が問題となっている。また、圧電素子の変形量は非常に微量であり、インクが吐出するのに十分な変形を得るために振動板構造を複雑化させざるをえず、微細構造化、高密度化に不向きであるという問題点を有している。
【０００６】
以上のような従来のインクジェット方式における問題点は、インク吐出駆動源に磁歪素子を用いることで解決されるが、従来の磁歪素子型インクジェットヘッドは、コイルなどの励磁部が必要となるため大型化、磁界の漏れによる磁界の制御性などの点で問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記問題点は、インク流路を形成しているインク流路壁、前記インク流路壁の一部に振動板、前記振動板の上部に特定の波長の光を照射することで磁性を変化させることができる光誘起磁性材料薄膜層、前記光誘起磁性材料薄膜層と前記インク流路をはさんで対向する位置に強磁性体を配置し、前記光誘起磁性材料の磁性を変化させることで、前記強磁性体と磁気的相互作用を生じさせ、吸引及び反発を繰り返すで前記インク流路壁の体積の変化を伴いインクを吐出させることを特徴とするインクジェットヘッドによって解決される。
【０００８】
上記問題点は、前記強磁性体は少なくとも永久磁石を含む構造体であることを特徴とするインクジェットヘッドによって解決される。
【発明の効果】
【０００９】
光誘起磁性材料薄膜層と前記光誘起磁性材料薄膜層と前記インク流路を挟んで対向する位置に強磁性体を配置し、前記光誘起磁性材料薄膜層と前記強磁性体が磁気的相互作用を生じ、反発及び吸引を繰り返しによってインク流路壁の体積を変化させインクを吐出するインクジェットヘッドであるため、インク選択自由度に優れ、また、従来にない新規な構成であり、鉛を使用しない環境性に優れたインクジェットヘッドが実現可能となる。
【００１０】
光誘起磁性材料は、特定の波長の光で磁性状態が変化し、磁界の向き、磁場の強さを変化させることができる材料であり、インク吐出駆動が光による制御となるため、インク吐出制御性に優れ、また、電気駆動配線が必要ないことから、省消費電力性及び微細構造・高密度化などに優れたインクジェットヘッドが実現可能となる。さらに、加熱プロセスを利用しない光による駆動制御のため、耐久性に優れたインクジェットヘッドが実現可能となる。
【００１１】
また、インク流路壁の一部に振動板、前記振動板上部に光誘起磁性材料を積層させて配置するため、微細構造及び高密度化に優れたインクジェットヘッドが実現可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施例について、図を用いて説明する。
【実施例１】
【００１３】
図1は本発明の実施例1によるインクジェットヘッドのインク吐出部周辺の概略を示す断面図である。インク流路壁の一部に振動板5を、振動板5と積層するように光誘起磁性材料薄膜層2を配置し、前記光誘起磁性材料薄膜層2とインク流路3を挟んだ対向する流路壁の位置に強磁性体粒子を含む混合物層を配置した。
【００１４】
光誘起磁性材料薄膜は、光誘導磁性積層膜を用いた。光誘導磁性積層膜は、図2のように、半導体層8と磁性体層6、9の積層構造をとっており、半導体層8のバンドギャップに相当する光（hν）を照射すると第1の磁性体層6と第2の磁性体層9の間に交換相互作用が励起され、第2の磁性層を保磁力の高い磁性層にすることで、強磁性的結合が生じ第1の磁性体層6のみ磁気スピンは反転することになり、特定磁性体層の磁気スピンを自由に反転させることが可能となる。本実施例では、最初から上向きの磁性を有しており、光（hν1）の照射時に磁気スピンが打ち消しあい、磁性が消失するように設計した光誘起磁性材料薄膜を使用した。
【００１５】
強磁性体1として、インク流路壁に永久磁石粒子を混合した構造体を使用した。ここで、光誘起磁性材料薄膜層2が磁性を誘起する磁場と引き付けあう方向に強磁性体1の磁場が発生するように設計した。永久磁石としては、SmCo系合金を用いた。SmCo系合金は磁界の強度が強く、キュリー点が高いため、耐熱性に優れているという利点がある。本実施例では、SmCo系合金磁石を使用したが、特に限定される必要はなく、例えば、非常に磁力の強いNdFeB系合金や合金に元素を添加したものであるSmFeNなどの磁力の強い磁石を選んでもよい。また、本実施例では、永久磁石がインク流路壁の中に含有されているため、永久磁石の腐食等を考える必要がない。
【００１６】
本実施例におけるインクジェットヘッドによるインクが吐出される原理を図3の断面図に従って説明する。最初の状態では、光誘起磁性材料薄膜層2は上向きの磁性を有しており、インク流路を挟んで対向する位置に配置した強磁性体1と磁気的に吸引し、振動板5が変形し、図3(a)のようにインク流路3の体積が狭くなった状態となっている。次に、光誘起磁性材料薄膜層2に光（hν1）を照射することで、光誘起磁性材料薄膜層2の磁性が消失し、強磁性体1との磁気的吸引がなくなり、振動板5の変形がなくなることで、図3(b)に示すとおり、インク流路3の体積が広くなり、インクをインク流路3に取り入れる。そして、光照射をやめることで、光誘起磁性材料薄膜層2に上向きの磁性が誘起され、強磁性体1と磁気的に吸引し、振動板5が再度変形し、図3(c)のようにインク流路3の体積が狭くなることで、インク滴11が吐出される。
【００１７】
本実施例では振動板5の上部に光誘起磁性材料薄膜層2を積層したが、振動板5の代わりに光誘起磁性材料薄膜層を単層で用いることも可能である。その場合は、変形をより大きくすることができ、さらに素子の小型化が可能となる。またこの場合は、光誘起磁性薄膜層とインクが接する面に薄い保護膜を形成するとなお好ましい。
【００１８】
本実施例においては、インク吐出口4の向きが振動板5変形方向に対して垂直であるエッジシュータタイプのインクジェットヘッドとしたが、特に限定することはなく、例えば、振動板変形方向に対して平行にインクを吐出するサイドシュータタイプであってもかまわない。
【００１９】
また、本実施例では、光誘起磁性材料薄膜層2と強磁性体1の磁気的吸引を利用したが、特に限定されるものではなく、例えば、光誘起磁性材料薄膜層2の磁性変化を本実施例と逆向きに設計することにより、磁気的反発を利用しても良い。
【実施例２】
【００２０】
図4は本発明の実施例2によるインクジェットヘッドのインク吐出部周辺の概略を示す断面図である。インク流路壁の一部に振動板5を、振動板5と積層するように光誘起磁性材料薄膜層2を配置し、光誘起磁性材料薄膜層2とインク流路を挟んで対向する流路壁の上部インク側に強磁性体1を配置した。本実施例では、強磁性体1をインク流路壁のインク側に配置したが、特に限定されるものではなく、インク流路壁の外側に配置しても構わない。
【００２１】
光誘起磁性材料としては、光変調磁性半導体を用いた。光変調磁性半導体は、図5のように、光（hν）照射によりキャリアを生成する半導体結晶12の中に、磁性体微粒子13を分散させた構造をとっており、光照射により磁性体微粒子13間の相互作用が変化して磁性が変調する材料である。半導体結晶12は、III−Ｖ族系、II−VI族系、IV族系、非晶質系であれば良いが、GaAsが好ましい。また、磁性体微粒子13は、結晶性または非晶質性で、遷移金属元素及び希土類元素を含むものであり、微粒子表面には磁性体微粒子13とは異なる反強磁性またはフェリ磁性化合物が形成されている。本実施例では、半導体結晶12としてGaAs、磁性体微粒子13としてFeを用いて、光（hν2）の照射時に上向きに磁性が誘起される光誘起磁性材料を使用した。
【００２２】
強磁性体1として、永久磁石を使用し、光誘起磁性材料薄膜層2に誘起された磁性と引き付けあう方向に永久磁石の磁場が発生するように設計した。永久磁石としては、SmCo系合金を用いた。SmCo系合金は磁界の強度が強く、キュリー点が高いため、耐熱性に優れているという利点があり、インクの近くに配置するには最も適していると考えられるが、特に限定されるものではない。また、永久磁石とインクが接する面に薄い保護膜層を構成するとさらに好ましい。
【００２３】
本実施例におけるインクジェットによるインクが吐出される原理を図6の断面図に従って説明する。最初の状態では、光誘起磁性材料薄膜層2は磁性を有しておらず、図6(a)のように振動板5も変形せず、インク流路3の体積も変化していない状態となっている。次に、光誘起磁性材料薄膜層2に光（hν2）を照射することで、光誘起磁性材料薄膜層2が上向きに磁性が誘起され、対向する位置にある強磁性体1との間に磁気的な吸引が働くと、図6(b)に示すとおり、振動板5が変形し、インク流路3の体積が狭くなり、インクのメニスカス11が形成される。そして、光照射をやめることで、光誘起磁性材料薄膜層2の磁性が消失し、強磁性体1との間の磁気的吸引がなくなることにより、図6(c)のように振動板5の変形がなくなり、インク流路3の体積が再び広くなることで、インクが引きちぎられ、インク滴11が吐出される。
【実施例３】
【００２４】
図7は本発明の実施例3によるインクジェットヘッドのインク吐出部周辺の概略を示す断面図である。インク流路壁の一部に振動板5を、振動板5と積層するように光誘起磁性材料薄膜層2を配置し、光誘起磁性材料薄膜層2とインク流路を挟んで対向する位置に強磁性体1を配置した。この場合の強磁性体1は、インク流路壁に接している必要はなく、少なくとも磁界をかけることができればよい。
【００２５】
光誘起磁性材料薄膜としては、光誘導磁性積層膜を用いた。光誘導磁性積層膜は、実施例1の場合は、磁性体の二層構造とし、磁性を上向きに変化させることを特徴としたが、図8のように磁性体の三層構造を導入することで、高保磁力をもつ第1の磁性体層6と第3の磁性体層15にそれぞれの磁気スピン7を上向きと下向きに設計することで、二種類の波長の異なる光（hν及びhν'）の照射により、第2の磁性体層9が上向きと下向きの磁気スピンを取ることになり、積層膜全体として磁性が上向きと下向きに反転する材料を得ることが可能となる。本実施例では、二種類の波長の異なる光（hν3及びhν'3）照射により、それぞれ上向き、下向きに磁性が誘起される光誘起磁性材料薄膜を使用した。
【００２６】
本実施例におけるインクジェットによるインクが吐出される原理を図9の断面図に従って説明する。最初の状態では、光誘起磁性材料積層膜2は無磁性であり、振動板5も図9(a)のように変形していない。光誘起磁性材料薄膜層2に光（hν3）を照射することで、光誘起磁性材料薄膜層2の磁性が上向きに誘起され、対向する位置にある強磁性体1との間に磁気的な吸引が働くことにより、図9(b)に示すとおり、振動板5がインク流路側に変形し、インク流路3の体積が狭くなり、インクのメニスカス11が形成される。そして光誘起磁性材料薄膜層2に波長の異なる光（hν'3）を照射することで、光誘起磁性材料薄膜層2の磁性が下向きに誘起され、強磁性体1との間に磁気的反発が働くことにより、図9(c)のように、インク流路壁と逆側に振動板5の変形が起こり、インク流路3の体積が広くなることで、インクが引きちぎられ、インク滴11が吐出される。
【００２７】
本実施例においては、光誘導磁性積層膜の三層構造を導入することで、実施例1及び2に比べ、振動板5の大きな変形が得られるため、インクのメニスカス制御が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】実施例1によるインクジェットヘッドのインク吐出部周辺の概略を示す断面図。
【図２】光誘導磁性積層膜（上向き磁性誘起）。
【図３】実施例1におけるインクジェットヘッドの吐出原理を示す断面図。
【図４】実施例2によるインクジェットヘッドのインク吐出部周辺の概略を示す断面図。
【図５】光変調磁性半導体（上向き磁性誘起）。
【図６】実施例2におけるインクジェットヘッドの吐出原理を示す断面図。
【図７】実施例3によるインクジェットヘッドのインク吐出部周辺の概略を示す断面図。
【図８】光誘導磁性積層膜（三層構造）。
【図９】実施例3におけるインクジェットヘッドの吐出原理を示す断面図。
【符号の説明】
【００２９】
1  強磁性体
2  光誘起磁性材料薄膜層
3  インク流路
4  インク吐出口
5  振動版
6  第1の磁性体層
7  磁気スピン
8  半導体層
9  第2の磁性体層
10  インクメニスカス
11  インク滴
12  半導体結晶
13  磁性体微粒子
14  半導体結晶薄膜
15  第3の磁性体層
【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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