(57)【要約】【課題】  光誘起磁性材料と磁歪素子を組み合わせ用いることで、変位量が大きく、吐出制御性・耐久性・環境性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磁歪素子１、磁歪素子１と同じ側に少なくとも一つの光誘起磁性材料薄膜層２を配置し、光照射によって光誘起磁性材料薄膜層２の磁性を変化させることで、磁歪素子１が変形し、インク流路３の体積変化によりインク吐出口４よりインクを吐出させる。【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磁歪素子、前記磁歪素子と同じ側に少なくとも一つの磁界発生素子を配置し、前記磁界発生素子の磁性を変化させることにより、前記磁歪素子を変形させ、前記インク流路の体積変化によりインク吐出口からインクを吐出させることを特徴するインクジェットヘッド。
【請求項２】
前記磁界発生素子は、前記磁歪素子に積層されていることを特徴とした請求項1記載のインクジェットヘッド。
【請求項３】
前記磁界発生素子は、前記磁歪素子を同一平面上で挟む位置に配置されていることを特徴とした請求項1記載のインクジェットヘッド。
【請求項４】
前記磁界発生素子は、特定の波長の光を照射することで磁界を変化させることができる光誘起磁性材料から構成された素子であることを特徴とする請求項1及び2ないし3記載のインクジェットヘッド。
【請求項５】
前記磁歪素子は、印加された同一の磁界に応じて伸びる性質を有する材料と縮む性質を有する材料の積層体であることを特徴とする請求項1から4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んでいるため、近年話題となっている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構造を複雑にせざるをえず、微細構造化及び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磁歪素子、前記磁歪素子と同じ側に少なくとも一つの磁界発生素子を配置し、前記磁界発生素子の磁性を変化させることにより、前記磁歪素子を変形させ、前記インク流路の体積変化によりインク吐出口からインクを吐出させることを特徴するインクジェットヘッドで解決される。
【０００８】
上記問題点は、前記磁界発生素子が、前記磁歪素子に積層されていることを特徴としたインクジェットヘッドによって解決される。
【０００９】
上記問題点は、前記磁界発生素子が、前記磁歪素子を同一平面上で挟む位置に配置されていることを特徴としたインクジェットヘッドによって解決される。
【００１０】
上記問題点は、前記磁界発生素子が、特定の波長の光を照射することで磁界を変化させることができる光誘起磁性材料から構成された素子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。
【００１１】
上記問題点は、前記磁歪素子が、印加された同一の磁界に応じて、伸びる性質を有する材料と縮む性質を有する材料の積層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】
【００１２】
インク流路の一部に磁歪素子を配置し、前記磁歪素子に磁界を印加することで磁歪素子を変形させ、前記インク流路の体積を変化させることでインク滴を吐出させ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、鉛を使用しない従来にない新規な構成であり、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。
【００１３】
前記磁界発生素子として、特定の波長の光で磁性状態が変化し、磁界の向き及び磁場の強さを変化させることができる光誘起磁性材料により構成されており、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、微細構造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。
【００１４】
前記磁歪素子として、印加された磁界に応じて、伸びる性質を有する材料と縮む性質を有する材料の積層体を用いることで、いずれかの磁歪材料を単独で用いた場合に比べ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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
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】
【００１６】
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磁歪素子1周辺の概略を示す断面図である。インク流路壁の一部に磁歪素子1を、磁歪素子1を同一平面上で挟む両側に磁界発生素子2を配置した。本実施例においては、磁界発生素子2をインク流路3方向に対して垂直に配置したが、この限りではなく、例えば、平行方向に配置してもよく、また、四方向すべてに配置しても構わない。
【００１７】
ここで、磁歪とは磁性体が磁界印加されることにより伸びるまたは縮むといった変形を起こす性質である。磁性材料は程度の差はあるが、この性質を持っており、変形量の大きいものを磁歪材料、特に大きいものを超磁歪材料と呼び、TbFeやSmFe等が代表的な材料として知られている。
【００１８】
磁歪素子1としては、TbFe及びSmFe合金の積層体を使用した。これらの材料は、長さLの磁性体の長さ方向に磁界を印加した場合の磁性体の変化量ΔLは、ΔL／L = 2×10-3程度とかなり大きな変位量を示すことが知られている。また、TbFeは磁界印加により伸びる性質を、SmFeは縮む性質を持っており、両者を積層させることで図2に示すように単独で用いるよりも大きな変位量を得ることが可能となる。
【００１９】
磁界発生素子2としての光誘起磁性材料は、光誘導磁性積層膜を用いた。光誘導磁性積層膜は、図3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（hv）を照射すると第1の磁性体層6と第2の磁性体層9間に交換相互作用が励起され、第2の磁性体層9を保磁力の高い磁性体層にすることで、強磁性的結合が生じ第1の磁性体層6のみ磁気スピン7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である。本実施例では、磁界発生素子2として、光（hv1）の照射時に、上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。
【００２０】
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4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は無磁性であり、磁歪素子1も磁界がないので図4(a)のように変形していない。磁歪素子を挟む位置に配置されている光誘起磁性材料薄膜層2に光（hv1）を照射することで、光誘起磁性材料薄膜層2の磁性が誘起され、磁界が上向きに変化し、磁歪素子1に下向きの磁界がかかり、図4(b)に示すとおり、磁歪素子1が磁界に伴って下向きに歪曲し、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が形成された状態となる。次に、光の照射をやめることで、光誘起磁性材料薄膜層2が無磁性になり、磁歪素子1が変形のない状態に戻り、振動板5が元の位置に戻されることで、図4(c)のようにインクが引きちぎられ、インク滴12が吐出される。また、振動板の代わりに磁歪素子1を単体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素子の小型化が可能となる。またこの場合は、磁歪素子1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。
【００２１】
また、本実施例においては、インク吐出口4の向きが磁歪素子1変形方向に対して平行であるサイドシュータタイプのインクジェットノズルとしたが、特に限定することはなく、例えば、磁歪素子1変形方向に対して垂直にインクを吐出するエッジシュータータイプであってもかまわない。
【実施例２】
【００２２】
図5は本発明の実施例2によるインクジェットヘッドの磁歪素子1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、前記振動板5上部に磁歪素子1を、前記磁歪素子1上部に磁界発生素子2を積層した。本実施例においては、磁界発生素子2を磁歪素子1上部に積層したが、この限りではなく、例えば、磁歪素子1と振動板5の間に積層してもかまわない。
【００２３】
磁歪素子1としては、TbFe及びSmFe合金の積層体を使用した。本実施例におけるTbFeは同一の磁界印加により磁界方向と垂直に伸びる性質を、SmFeは磁界方向と垂直に縮む性質を持っている。
【００２４】
また、磁界発生素子2としての光誘起磁性材料は、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、磁界の向きを上向きに変化させることを特徴としたが、図6のように、高保磁力をもつ第2の磁性体層9の磁気スピン7を横向きに設定し、光（hv2）照射による第1の磁性体層6の磁気スピン反転も同様の方向にすることで、光照射により横向きに磁気スピンを揃えることを可能とした。本実施例においては、磁界発生素子2として、光照射により横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。
【００２５】
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7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は無磁性であり、磁歪素子1も磁界がないので図7(a)のように変形していない。磁歪素子1上部の光誘起磁性材料薄膜層2に光（hv2）を照射することで、光誘起磁性材料薄膜層2の磁性が誘起され、磁界が右向きに変化し、磁歪素子1に左向きの磁界がかかることとなり、図7(b)に示すとおり、磁歪素子1が磁界に伴って下向きに歪曲し、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が形成された状態となる。次に、光の照射をやめることで、光誘起磁性材料薄膜層2が無磁性になり、磁歪素子が変形のない状態に戻り、振動板5が元の位置に戻されることで、図7(c)のようにインクが引きちぎられ、インク滴12が吐出される。
【００２６】
本実施例においては、光誘起磁性材料薄膜層2がインク吐出口4に対して一つであるため、微細構造・高密度化が可能である。また、磁歪素子1及び光誘起磁性材料薄膜層2の積層体を囲むように軟磁性材料を配置することで、隣接吐出口への磁界の漏れを防ぐことが可能であり、さらに微細構造・高密度化が可能となる。
【実施例３】
【００２７】
図8は本発明の実施例3によるインクジェットヘッドの磁歪素子1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、前記振動板5上部に磁歪素子1を、磁歪素子1を同一平面上で挟むように磁界発生素子2を配置した。
【００２８】
磁歪素子1としては、TbFe及びSmFe合金の積層体を使用した。本実施例におけるTbFeは同一の磁界印加により磁界方向と垂直に伸びる性質を、SmFeは磁界方向と垂直に縮む性質を持っている。
【００２９】
磁界発生素子2としての光誘起磁性材料は、光変調磁性半導体を用いた。光変調磁性半導体は、図9のように、光（hv）照射によりキャリアを生成する半導体結晶13の中に、磁性体微粒子14を分散させた構造をとっており、光照射により半導体結晶13と磁性体微粒子14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13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14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14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、磁界発生素子として、半導体結晶13としてGaAs、磁性体微粒子14としてFeを用いた、光（hv3）の照射時に上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。
【００３０】
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10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は無磁性であり、磁歪素子1も磁界がないので図10(a)のように変形していない。磁歪素子を挟む位置に配置されている光誘起磁性材料薄膜層2に光（hv3）を照射することで、光誘起磁性材料薄膜層2の磁性が誘起され、磁界が上向きに変化し、磁歪素子1に下向きの磁界がかかり、図10(b)に示すとおり、磁歪素子1が磁界に伴って下向きに歪曲し、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が形成された状態となる。次に、光の照射をやめることで、光誘起磁性材料薄膜層2が無磁性になり、磁歪素子1が変形のない状態に戻り、振動板5が元の位置に戻されることで、図10(c)のようにインクが引きちぎられ、インク滴12が吐出される。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】実施例1によるインクジェットヘッドの磁歪素子周辺の概略を示す断面図
【図２】SmTbとTbFeの積層体からなる磁歪素子
【図３】光誘導磁性積層膜（上向き磁性誘起）
【図４】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５】実施例2によるインクジェットヘッドの磁歪素子周辺の概略を示す断面図
【図６】光誘導磁性積層膜（横向き磁性誘起）
【図７】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８】実施例3によるインクジェットヘッドの磁歪素子周辺の概略を示す断面図
【図９】光変調磁性半導体（上向き磁性誘起）
【図１０】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】
【００３２】
1  磁歪素子
2  磁界発生素子（光誘起磁性材料薄膜層）
3  インク流路
4  インク吐出口
5  振動板
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  磁界の方向
11  インクメニスカス
12  インク滴
13  半導体結晶
14  磁性体微粒子
15  半導体結晶薄膜
【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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