(57)【要約】【課題】液滴の吐出量をリニア制御することが可能であり、微細化が容易なアクチュエータを提供する。【解決手段】機能液を吐出するノズル１４を備える圧力室１５と、一方の面が圧力室１５の一面を構成し他方の面が空隙２８に対面しており、圧力室１５の容積を拡大する方向、および縮小する方向に弾性変形可能な振動板２０と、振動板２０の少なくともどちらか一方の面上に積層配置された、表裏面を磁極とする薄膜永久磁石２２と、通電時に生じる磁束が薄膜永久磁石２２の膜面に対して略垂直となるように配置された電流経路２４と、を含むことを特徴とする磁気アクチュエータ。【選択図】図２
2008030213.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機能液を吐出するノズルを備える圧力室と、
一方の面が前記圧力室の一面を構成し他方の面が空隙に対面しており、前記圧力室の容積を拡大する方向および縮小する方向に弾性変形可能な、表裏面を磁極とする薄膜永久磁石からなる振動板と、
通電時に生じる磁束の中心線が前記振動板に対して略垂直となるように配置された電流経路と、を備えることを特徴とする磁気アクチュエータ。
【請求項２】
機能液を吐出するノズルを備える圧力室と、
一方の面が前記圧力室の一面を構成し他方の面が空隙に対面しており、前記圧力室の容積を拡大する方向および縮小する方向に弾性変形可能な振動板と
前記振動板の少なくともどちらか一方の面上に積層配置された、表裏面を磁極とする薄膜永久磁石と、
通電時に生じる磁束が前記薄膜永久磁石の膜面に対して略垂直となるように配置された電流経路と、を備えることを特徴とする磁気アクチュエータ。
【請求項３】
前記薄膜永久磁石が、前記振動板の空隙に対面している方の面上に積層配置されていることを特徴とする請求項２に記載の磁気アクチュエータ。
【請求項４】
前記薄膜永久磁石は、前記振動板上の全域に積層された永久磁石からなる薄膜をフォトリソグラフィーによりパターニングして形成されていることを特徴とする請求項２または３に記載の磁気アクチュエータ。
【請求項５】
機能液を吐出するノズルを備える圧力室と、
一方の面が前記圧力室の一面を構成し他方の面が空隙に対面しており、前記圧力室の容積を縮小する方向に弾性変形可能な強磁性体材料からなる振動板と、
通電時に生じる磁束により、前記振動板を前記圧力室の容積を縮小する方向に吸引するように配置された電流経路と、を備えることを特徴とする磁気アクチュエータ。
【請求項６】
機能液を吐出するノズルを備える圧力室と、
一方の面が前記圧力室の一面を構成し他方の面が空隙に対面しており、前記圧力室の容積を縮小する方向に弾性変形可能な振動板と、
前記振動板の少なくともどちらか一方の面上に積層配置された強磁性体材料からなる板状部材と、
通電時に生じる磁束により、前記振動板を前記圧力室の容積を縮小する方向に吸引するように配置された電流経路と、を備えることを特徴とする磁気アクチュエータ。
【請求項７】
前記電流経路は、当該電流経路を前記振動板が位置する仮想平面に投影した形状が、前記薄膜永久磁石の周囲を囲む形状である、環状コイルであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の磁気アクチュエータ。
【請求項８】
前記環状コイルは、前記薄膜永久磁石の周囲を２周以上周回する部分を有することを特徴とする請求項７に記載の磁気アクチュエータ。
【請求項９】
前記環状コイルは、導電性材料からなる薄膜をフォトリソグラフィーによりパターニングして形成されていることを特徴とする請求項７または８に記載の磁気アクチュエータ。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の磁気アクチュエータを備えることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項１１】
請求項１０に記載のインクジェットヘッドを備えることを特徴とするインクジェットプリンタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクジェットヘッドにおいて、機能液を吐出する機構に用いる磁気アクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
紙等の記録媒体若しくは基板等に、画像若しくは配線パターン等を形成する手段として、インク等の機能液の液滴を微細なノズルから連続的に吐出するインクジェット装置がある。上記ノズルから液滴を吐出するエネルギーを得るアクチュエータとしては、インク等を加熱することにより気泡を発生させ、その際の発泡圧力を利用する電気熱変換方式のアクチュエータが提案されている（特許文献１）。圧力室内のインクに圧電振動子などにより圧力を加えて、インクを液滴状態にしてノズルから吐出する電気機械変換方式のアクチュエータも提案されている（特許文献２）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−４２３９９号公報
【特許文献２】特開２００１−１７９９７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、電気熱変換方式のアクチュエータは、気泡の体積変化および液滴の吐出量をリニア制御することが困難であり、上記課題は微細化が進むにつれて特に顕著になる。また、電気機械変換方式のアクチュエータは、振動による動作量は上記圧電振動子の大きさと相関するため、将来的な微細化には物理的に限界が生じる可能性がある。
【０００５】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、液滴の吐出量をリニア制御することが可能であり、微細化が容易なアクチュエータと、当該アクチュエータを備えたインクジェットヘッド、インクジェット装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の磁気アクチュエータは、機能液を吐出するノズルを備える圧力室と、一方の面が上記圧力室の一面を構成し他方の面が空隙に対面しており、上記圧力室の容積を拡大する方向および縮小する方向に弾性変形可能な、表裏面を磁極とする薄膜永久磁石からなる振動板と、通電時に生じる磁束の中心線が上記振動板に対して略垂直となるように配置された電流経路と、を備えることを特徴とする。
上記電流経路に通電して磁束を発生させることにより、当該磁束の中心線上に配置された表裏面を磁極とする薄膜永久磁石からなる振動板を、磁界による吸引力または反発力により振動させることができる。そして、当該振動により、上記振動板を上記圧力室の容積が縮小する方向に磁束を発生させ、圧力室内に正圧を生じさせることにより、上記ノズルから機能液を吐出できる。また、上記圧力室の容積が拡大する方向に磁束を発生させ、圧力室内に負圧を生じさせることにより、ノズルの口部近傍の機能液を上記圧力室内まで吸引することもできる。そしてさらに、上記正圧および負圧の大きさは上記コイルに通電する電流量によりリニアに制御できる。したがってかかる構成により、制御性が向上した磁気アクチュエータを得ることができる。
【０００７】
また、上記課題を解決するために、本発明の磁気アクチュエータは、機能液を吐出するノズルを備える圧力室と、一方の面が上記圧力室の一面を構成し他方の面が空隙に対面しており、上記圧力室の容積を拡大する方向および縮小する方向に弾性変形可能な振動板と、上記振動板の少なくともどちらか一方の面上に積層配置された、表裏面を磁極とする薄膜永久磁石と、通電時に生じる磁束が上記薄膜永久磁石の膜面に対して略垂直となるように配置された電流経路と、を備えることを特徴とする。
上記振動板上に別途薄膜永久磁石を形成して、当該薄膜永久磁石に上記コイルの通電により発生する磁束を作用させることにより、上記振動板が非磁性体材料で形成されていても、上記振動板を間接的に振動させられる。すなわち、弾性変形可能な振動板としての機能と薄膜永久磁石としての機能を分離できる。したがってかかる構成により、振動板および薄膜永久磁石の夫々の機能につき最適な材料や形成手段を採用でき、制御性がより一層向上した磁気アクチュエータを得ることができる。
【０００８】
好ましくは、上記薄膜永久磁石が、上記振動板の空隙に対面している方の面上に積層配置されている。
かかる構成により上記薄膜永久磁石と上記機能液が直接接触することを回避できる。したがってかかる構成により、上記薄膜永久磁石の構成材料が上記機能液中に拡散することを防止する部材の配置を省略でき、構造の簡略化、製造コストの抑制が可能となる。
【０００９】
また、好ましくは、上記薄膜永久磁石は、上記振動板上の全域に積層された永久磁石からなる薄膜をフォトリソグラフィーによりパターニングして形成されている。
振動板上の全域に永久磁石からなる薄膜を形成することにより個々のアクチュエータごとに上記薄膜を形成する方式に比べて膜厚を均一にできる。そして、フォトリソグラフィー法によりパターニングすることにより、微細な薄膜永久磁石を、寸法のばらつきを抑制しつつ形成できる。したがってかかる方式により形成された薄膜永久磁石を用いることにより、磁気アクチュエータのより一層の微細化が可能となる。
【００１０】
また、上記課題を解決するために、本発明の磁気アクチュエータは、機能液を吐出するノズルを備える圧力室と、一方の面が上記圧力室の一面を構成し他方の面が空隙に対面しており、上記圧力室の容積を縮小する方向に弾性変形可能な強磁性体材料からなる振動板と、通電時に生じる磁束により、上記振動板を上記圧力室の容積を縮小する方向に吸引するように配置された電流経路と、を備えることを特徴とする。
強磁性体は磁化されていなくて磁力により吸引される。つまり、磁束が近傍に生じると吸引され、磁束が消滅すると源位置に復帰する。したがって、強磁性体材料を弾性変形可能な形状にして得られる振動板を圧力室の一面とし、通電により生じる磁束が上記振動板を上記圧力室の容積を縮小する方向に吸引するような位置に電流経路を配置することにより、永久磁石を用いずに上記圧力室の容積を制御でき、制御性が向上した磁気アクチュエータを低コストで得ることができる。
【００１１】
また、上記課題を解決するために、本発明の磁気アクチュエータは、機能液を吐出するノズルを備える圧力室と、一方の面が上記圧力室の一面を構成し他方の面が空隙に対面しており、上記圧力室の容積を縮小する方向に弾性変形可能な振動板と、上記振動板の少なくともどちらか一方の面上に積層配置された強磁性体材料からなる板状部材と、通電時に生じる磁束により、上記振動板を上記圧力室の容積を縮小する方向に吸引するように配置された電流経路と、を備えることを特徴とする。
上記振動板上に別途強磁性体材料からなる板状部材を配置して、当該板状部材に上記電流経路の通電により発生する磁束を作用させることにより、上記振動板が非磁性体材料で形成されていても、上記振動板を間接的に振動させられる。すなわち、弾性変形可能な振動板としての機能と磁束により吸引される強磁性体としてのとしての機能を分離できる。したがってかかる構成により、振動板および板状部材の夫々の機能につき最適な材料や形成手段を採用でき、制御性がより一層向上した磁気アクチュエータを低コスト得ることができる。
【００１２】
好ましくは、上記電流経路は、当該電流経路を上記振動板が位置する仮想平面に投影した形状が、上記薄膜永久磁石の周囲を囲む形状である環状コイルである。
かかる構成によれば、通電により発生する磁束の中心線が上記薄膜永久磁石の略中心を通るため、通電エネルギーを振動エネルギーに効率的に変換し、上記振動板を効率的に振動させられる。したがって、吐出する液滴量が同一である場合の電流経路の形状を縮小でき、磁気アクチュエータのより一層の微細化が可能となる。
【００１３】
また、好ましくは、上記環状コイルは、上記薄膜永久磁石の周囲を２周以上周回する部分を有する。
かかる構成によれば、同一の方向に略平行に電流を流すことができるため、電流値を抑制しつつ磁束密度を増加できる。したがって、通電可能な電流値に制限がある場合においても用いることが容易な磁気アクチュエータを得ることができる。
【００１４】
また、好ましくは、上記環状コイルは、導電性材料からなる薄膜をフォトリソグラフィーによりパターニングして形成されている。
かかる構成によれば上記環状コイルを微細化できるため、より一層微細化された磁気アクチュエータを得ることができる。
【００１５】
また、本発明のインクジェットヘッドは、上記の磁気アクチュエータを備えることを特徴とする。
また、本発明のインクジェットプリンタは、上記のインクジェットヘッドを備えることを特徴とする。
かかる構成により、液滴の吐出量のリニア制御と、微細化とを両立した磁気アクチュエータを備えることにより、高精細な画像形成が可能なインクジェットプリンタをコストを抑制しつつ得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下に述べる実施の形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られるものではない。また、以下の説明で参照する図では、図示の便宜上、部材ないし部分の縮尺等を実際のものとは異なるように表す場合がある。
【００１７】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態にかかる磁気アクチュエータの概略構成を示す平面図である。そして図２は、図１のＡ−Ａ´線における断面図である。以下、図１、および図２の双方に基づいて、本実施形態にかかる磁気アクチュエータの構成等について説明する。
（磁気アクチュエータの構成）
【００１８】
本実施形態の磁気アクチュエータは、後述するように、圧力室１５内に充填されているインク等の機能液からなる液滴を外部からの指令に基づき媒体上に吐出して、上述媒体に当該機能液からなるパターンを形成するものである。主としてインクジェット装置のヘッドに用いられ、その際は、各々が１つのノズル１４を備える磁気アクチュエータが整列配置される。
【００１９】
図２に示すように、磁気アクチュエータは、ノズルプレート１２と、基板ユニット１０と、からなる。
ノズルプレート１２は、ノズル１４および当概ノズルに連なる、圧力室１５の一面となる漏斗状の孔の壁面（以下、「漏斗壁面」と称する。）１６が一列に形成されている、剛性を有する板状の部材である。１つのノズル１４について１つの圧力室１５があり、ノズル１４の口部（先端部）は開放状態にある。したがって、後述するように圧力室１５内に機能液を充填した状態で圧力室１５の容積を変化させるとノズル１４の口部からは機能液が吐出される。
基板ユニット１０は、孔あき基板（以下、「基板」と称する。）１８と、振動板２０と、薄膜永久磁石２２と、振動板を保護する保護膜２３と、電流経路としての環状コイル（以下、「コイル」と称する。）２４と、ノズルプレート支持台（以下、「支持台」と称する。）２６等とからなる。
【００２０】
振動板は、基板上の全面に配置されている板状の部材である。極めて薄いため、剛性材料で形成されていながら弾性変形可能となっている。
薄膜永久磁石２２は、振動板２０上に各々のノズル１４毎に１枚ずつ独立して配置されている。そして磁極は、表裏夫々の面方向である。本実施形態の薄膜永久磁石２２は表側の面すなわち上面ががＮ極で、裏側の面すなわち振動板２０に接する面がＳ極である。
保護膜２３は、後述する基板と薄膜永久磁石２２が直接接触することを防止するための極薄い薄膜で、振動板２０と共に弾性変形可能である。振動板２０と同様に極薄いため、剛性材料で形成されていながら弾性変形可能である。そして保護膜２３は振動板２０および薄膜永久磁石２２上の全面に配置されているため、薄膜永久磁石２２は振動板２０と保護膜２３で挟み込まれている。振動板２０は直接的に機能液に接触してないが、保護膜２３、あるいは保護膜２３と薄膜永久磁石２２とを介して機能液と対面することにより圧力室１５の一面を構成している。
コイル２４は、銅、アルミニウム、銀等の低抵抗金属からなる配線である。平面視した状態、すなわち基板から垂直方向から見た状態で、外部の制御回路等との導通部を除き、薄膜永久磁石２２の周囲を囲むように配置されている。振動板２０上の全面にスパッタ法により形成された金属の薄膜を、フォトリソグラフィー法によりパターニングして形成する。
【００２１】
本実施形態では薄膜永久磁石２２の平面形状が略円形のため、コイル２４も略円形である。そして、円弧が切れる部分の一方は図示しない制御回路に接続する制御配線３１となり、もう一方は、接地されてゼロ電位となっている共通配線３２に接続している（接地点は図示を省略している）。制御回路との導通はＦＰＣ（フレキシブル・プリント・サーキット）を介してなされる。制御配線３１は延長された先で方形の端子部３０を形成し、当該端子部に制御回路と接続されているＦＰＣの導通端子が溶着される。そして、制御回路はプラスマイナス双方の起電力を所定の値まで連続的に変化させることが可能であり、コイル２４に任意の向き、および大きさの電流を供給できる。
なお、制御配線３１はコイル２４と端子部との間の屈折部で折り曲げられている。その結果、端子部は、ノズル１４が整列配置される面に対して垂直な面に配置され、ＦＰＣの導通端子が、上述するノズル１４が整列配置される面に溶着されることはない。
【００２２】
支持台２６は、剛性を有する絶縁材料からなり、コイル２４を周囲から絶縁するとともに、ノズルプレート１２を支持する台として機能している。
ノズルプレート１２と、支持台２６と、振動板２０上に配置された保護膜２３により圧力室１５が形成されている。そして、圧力室１５には、支持台２６又はノズルプレート１２に形成された図示しない経路を通して、図示しない機能液タンクより供給される機能液が充填されている。
【００２３】
基板は、厚さが約７０μｍのシリコンからなり、各々の圧力室１５毎に振動板２０の裏面を露出させる空隙としての動作孔２８が形成されている。当該動作孔の平面形状は薄膜永久磁石２２と中心線が一致し、大きさ（面積）は当該薄膜永久磁石２２よりも大きい。上述したように振動板２０および保護膜２３は弾性変形可能である。したがって、薄膜永久磁石２２が弾性変形しなくとも、振動板２０は振動（上下方向の動作）することが可能である。
（磁気アクチュエータの吐出動作）
【００２４】
上述したように、ノズルプレート１２と支持台２６は剛性を有し、変形しない。一方、振動板２０は弾性変形可能であり、振動板２０と共に薄膜永久磁石２２を挟み込んでいる保護膜２３も極薄いため振動板２０と一体になって弾性変形可能である。そして、基板の圧力室１５の対面する位置には、直径が薄膜永久磁石２２の直径よりも大きな動作孔２８が形成されている。したがって、薄膜永久磁石２２を上下動させることにより、間接的に振動板２０および振動板２０と一体化している保護膜２３を上下動させ、圧力室１５の容積を変化させることができる。
【００２５】
図３に、薄膜永久磁石２２を上下動させるしくみを概略的に示す。図３はコイル２４と薄膜永久磁石２２を斜め上方（ノズル側）から見た態様を示すもので、振動板等は図示を省略している。
薄膜永久磁石２２は上方（上面）がＮ極となっている。図３（ａ）に示すように、コイル２４に矢印方向に電流を供給すると、右ねじの法則により第１の磁束３３が発生する。その結果、薄膜永久磁石２２に対して、図示するように下向きの力が働く。一方、図３（ｂ）に示すように、コイル２４に図３（ａ）とは逆の方向に電流を供給すると、第２の磁束３４が発生する。その結果、薄膜永久磁石２２に対して、図示するように上向きの力が働く。
【００２６】
上述したように薄膜永久磁石２２は振動板２０と保護膜２３とで挟まれた状態で支持されている。そして、一方の面は圧力室１５に（保護膜２３を介して）対面し、もう一方の面は基板の設けられた動作孔２８に（振動板２０を介して）対面している。そして振動板２０と保護膜２３はともに弾性変形可能であり一体化して動作する。したがって、磁束により薄膜永久磁石２２に力を加えることにより振動板２０を上下動させて圧力室１５の容積を変化させることができる。
【００２７】
上述したように、圧力室１５は機能液が充填されており、ノズル１４の口のみが開放されている。したがって、圧力室１５の容積を縮小することにより、機能液をノズル１４から吐出させることができ、また、圧力室１５の容積を拡大することにより、ノズル１４内の機能液、すなわち吐出される寸前の機能液を再度圧力室１５内に引き戻すこと（以下、「引き打ち」と称する。）ができる。引き打ちは、圧力室１５の容積を急速に拡大して負圧を生じさせることで勢いづいた機能液が必要以上にノズル１４から吐出される現象を抑制するもので、吐出される機能液の量をより一層精度良く制御できる。
【００２８】
ここで、薄膜永久磁石２２および振動板２０の位置が変化する量は、薄膜永久磁石２２に働く力により一義的に定まる。そして、薄膜永久磁石２２に働く力は、第１の磁束３３や第２の磁束３４の大きさにより一義的に定まる。そしてさらに、磁束の大きさはコイルに供給される電流量により一義的に定まる。したがって、制御回路により任意の電流を供給することで、任意の量の機能液を吐出でき、また、引き打ちをする事ができる。したがって、機能液の吐出量をリニア制御することができ、また、ノズル径や吐出量等の微細化における物理的な限界が生じることを遅らせることができる。
（磁気アクチュエータの製造方法）
【００２９】
次に、本実施形態の磁気アクチュエータの製造工程を、基板を中心に説明する。図４（ａ）〜（ｅ）、および図５（ａ）〜（ｃ）は本実施形態の磁気アクチュエータの製造工程を示す概略断面図である。
まず図４（ａ）に示すように、基板上に振動板２０を配置する。基板１８は７０μｍ厚のシリコンからなる。振動板２０は、厚さ１μｍシリコン酸化膜であり、基板表面を熱酸化して形成する。
次に図４（ｂ）に示すように、振動板２０上に薄膜永久磁石層２１を形成する。そして図４（ｃ）に示すように薄膜永久磁石層２１をフォトリソグラフィー法によりパターニングして、薄膜永久磁石２２とする。なお、薄膜永久磁石２２の材質等は後述する。
次に図４（ｄ）に示すように、振動板２０上および薄膜永久磁石２２上に保護膜２３を形成する。保護膜２３は厚さ１００ｎｍのアルミナをＣＶＤ法により成膜する。これにより薄膜永久磁石２２が振動板２０と保護膜２３とで挟み込まれる。
次に図４（ｅ）に示すように、保護膜２３上に形成した金属薄膜をパターニングしてコイルおよびコイルと制御回路等とを結ぶ配線３１等を一括して形成する。金属薄膜は銅をスパッタで形成する事が好ましい。他の低抵抗金属としてアルミニウムや銀等を用いてもよい。
【００３０】
次に図５（ａ）に示すように、保護膜２３等の上層に積層した酸化シリコン膜をパターニングして、コイルおよび配線上その他所要の領域に支持台２６を形成する。上記酸化シリコン膜の膜厚は１乃至２μｍでありＣＶＤ法で形成する。支持台２６は配線およびコイルを保護するだけでなく、後述するノズルプレート１２を保持する台、および圧力室１５（図５（ｃ）参照）の一部を形成する面となる。従ってコイル等と重なる領域のみならず、圧力室１５が形成される領域以外の全面に形成される。
【００３１】
次に図５（ｂ）に示すように、ノズル１４およびノズル１４に連なる漏斗壁面１６が形成されたノズルプレート１２を矢印の方向に移動させ、基板１８に接合する。具体的には支持台２６の上面とノズルプレート１２を接着剤で接合する。
【００３２】
最後に図５（ｃ）に示すように、基板１８の一部領域を裏面からエッチングして、振動板２０を下方に動作可能にするための動作孔２８を形成する。エッチングは振動板２０を形成する酸化シリコンに対して選択性を有する条件で行う。その結果、振動板２０の裏面が露出して、振動板２０の薄膜永久磁石２２を挟んでいる領域が宙に浮くように保持されることになる。
動作孔２８の形状は、形成すべき圧力室１５、および薄膜永久磁石２２の形状等により定められる。本実施形態では、圧力室１５の（基板と平行な面における）断面形状、および薄膜永久磁石２２の形状が円形であるため、動作孔２８の断面形状も円形となる。そして、薄膜永久磁石２２自体をあまり変形させずに振動板２０を上下動させるために、動作孔２８の径は薄膜永久磁石２２の径よりも大きくすることが好ましい。
【００３３】
以上の工程により、図１の平面図および図２の断面図に示すような、基板上に整列配置される磁気アクチュエータを形成できる。なお、機能液タンクから圧力室１５内に機能液を供給する図示しない導通路は、ノズルプレート１２又は支持台２６の一部に、切り欠き状の溝を掘って形成する。当該工程は上記の接合前に行う。また、薄膜永久磁石２２の形成とパターニング等については後述する。
（薄膜永久磁石、およびその製法）
【００３４】
上記第１の実施形態では、薄膜永久磁石２２を弾性変形可能な振動板２０上に積層している。そこで、以下当該薄膜永久磁石の製法の概要について述べる。
上記実施形態には、各種の薄膜永久磁石を用いることが可能である。具体的には、一般的なネオジム・鉄・ボロン系、鉄・プラチナ系、プラチナ・コバルト系、の他も、コバルト・パラジウム系、あるいはサマリウム・コバルト系等の薄膜永久磁石を用いることが可能である。そして磁性体膜の形成方法としては、スパッタ法、あるいは真空蒸着法で形成する方法と、金属微粉末を用いる方法に大別できる。スパッタ法、あるいは真空蒸着法についても、異なる金属の薄膜を相互に形成する手法と、合金のターゲット等を用いて合金の薄膜を形成する手法がある。
【００３５】
異なる金属の薄膜を相互に形成する手法は、例えば、鉄・プラチナ系の薄膜永久磁石の形成に用いられる。鉄とプラチナを蒸着法により数ｎｍの厚さで交互に積層して約１μｍの厚さに形成する。そして次に当該積層膜を加熱して焼鈍することで薄膜永久磁石形成する。コバルト・パラジウム系の薄膜永久磁石も同様の手法で形成できる。
【００３６】
合金のターゲット等を用いて合金の薄膜を形成する手法は、例えばネオジム・鉄・ボロン系の薄膜永久磁石の形成に適用できる。具体的には、ネオジム・鉄・ボロンを溶解し混合して得た合金で形成されたスパッタターゲットを用いる。あるいは、鉄からなる基体上の一部の領域ににネオジムおよびボロンの基体を配置したスパッタターゲットを用いて、異なる元素からなる薄膜を交互に積層するのではなく、薄膜形成時にネオジム・鉄・ボロンの各々の微粒子が混合された薄膜を形成できる。そして上記手法で得た薄膜を加熱しながら磁化することで、あるいは、加熱後に磁化薄膜永久磁石を得ることができる。なお、上記の鉄・プラチナ系の薄膜永久磁石の形成は、当該手法でも形成できる。
【００３７】
金属微粉末を用いる手法は、例えば、プラチナ・コバルト系の薄膜永久磁石の形成に適用できる。高純度の粒状プラチナおよびコバルトを、ボールミル等で数ｎｍの微粉末とする。そして当該微粉末を振動板上に約１μｍ厚積層した後、磁場中で加圧成形して、薄膜永久磁石とする。好ましくは、その後さらに真空中あるいはアルゴン等の不活性ガス雰囲気中で加熱焼成して保磁力が向上した薄膜永久磁石とする。
なお、本実施形態における薄膜永久磁石は整列配置される圧力室に個別に配置されるため、形成時または形成後にパターニングする必要がある。パターニングの手法としては、全面に形成された薄膜永久磁石の不要な部分を選択的に除去するフォトリソグラフィー法が好ましい。
（インクジェットヘッド）
【００３８】
図６に、本実施形態に係る磁気アクチュエータを備えるインクジェットヘッド６０のノズル面６２の概略を示す。
インクジェットヘッド６０は、Ｋ（ブラック）、Ｃ（シアン）、Ｍ（マゼンタ）、Ｙ（イエロー）の４色の機能液としてのインクを吐出して多色印刷することが可能である。上記４色の各々に対して、複数の磁気アクチュエータが一列に等間隔に配置されており、それぞれブラックインクユニット６１Ｋ、シアンインクユニット６１Ｃ、マゼンタインクユニット６１Ｍ、イエローインクユニット６１Ｙ、を形成している。
【００３９】
各々のインクは機能液タンクとしてのカートリッジ（図７参照）から各ユニットに供給される。そして、各ユニットを構成する複数の磁気アクチュエータの圧力室１５は図示しない導通経路により連通しており、少なくともパターン形成時には、常にインクが充填されている。
一方で、複数の磁気アクチュエータは夫々独立して図示しない制御回路と制御配線３１により接続され、薄膜永久磁石２２を備える振動板２０を上下動させられる。上述したように本実施形態に係る磁気アクチュエータは圧力室１５の容積をリニアに制御できるため、ノズル１４から媒体としての用紙７１２（図７参照）上に精度良くインクを吐出して高精細なパターンを形成できる。
（インクジェットプリンタ）
【００４０】
図７は、本実施形態に係る磁気アクチュエータを備えるインクジェットヘッドを搭載したインクジェットプリンタの概略を示す斜視図である。図７に示すように、インクジェットプリンタ７０は、ブラックインクカートリッジ７０２Ｋ、シアンインクカートリッジ７０２Ｃ、マゼンタインクカートリッジ７０２Ｍ、イエローインクカートリッジ７０２Ｙ、の計４色に対応するインクカートリッジを収容するカートリッジホルダ７０３と、上記各インクからなる液滴を吐出するインクジェットヘッド６０と、を有するキャリッジ７０５を備えている。上述したように、各々のカートリッジに充填されているインクは常時各々のユニットに供給されている。
【００４１】
キャリッジ７０５は、ヘッド走査機構によって、往復移動が可能に構成されている。ヘッド走査機構は、ハウジングの左右方向に架設されたガイド軸７０６と、ハウジングの一方側に設けられたキャリッジモータ７０７と、キャリッジモータ７０７の回転軸に接続されて回転駆動される駆動プーリー７０８と、ハウジングの他方側に取り付けられた遊転プーリー７０９と、駆動プーリー７０８及び遊転プーリー７０９の間に掛け渡されると共にキャリッジ７０５に結合されたタイミングベルト７１０と、キャリッジモータ７０７の回転などを制御する制御部７７０と、を有する。
【００４２】
上記構成により、キャリッジモータ７０７を作動させることによって、キャリッジ７０５、即ち、本実施形態に係るインクジェットヘッド６０を、ガイド軸７０６と平行な記録媒体としての用紙７１２の幅方向である主走査方向に往復移動させ、記録領域にある用紙７１２にインクを吐出させることが可能である。また、インクジェットプリンタ７０は、用紙７１２を幅方向と直交する副走査方向である紙送り方向に送り出す紙送り機構を有する。この紙送り機構は、紙送りモータ７１３及び紙送ローラ７１４などから構成され、インクジェットヘッド７０のインク吐出動作に連動して印刷用紙７１２を順次送り出す。以上の記録媒体としての用紙の略全面に機能液としてのインクを吐出してパターンを形成できる。
（第２の実施形態）
【００４３】
図８に、本発明の第２の実施形態にかかる磁気アクチュエータの概略断面図を示す。平面上の配置、すなわち振動板等に平行な仮想面に投影した各々の構成要素の形状は、第１の実施形態に係る磁気アクチュエータと略同一である。また、複数の磁気アクチュエータが整列配置されてインクジェットヘッドを構成することも第１の実施形態と同様であるため、図示等は省略する。
【００４４】
本実施形態の磁気アクチュエータは、第１の実施形態に係る磁気アクチュエータにおけるノズルプレート１２の接合位置を基板の表側、すなわち薄膜永久磁石２２やコイル２４、制御配線３１等が形成されている方の面ではなく、裏側の面に接合したものである。
基板の裏側の面には、コイル等が存在しないためコイル等を保護するめの支持台２６（図２参照）も不要になり、直接接合している。そして、薄膜永久磁石２２とコイル２４は双方とも振動板２０上に形成している。本実施形態の磁気アクチュエータは機能液と薄膜永久磁石２２が直接接触することはないため、保護膜２３（図２参照）は必ずしも必要ではない。したがって、本実施形態の磁気アクチュエータは、第１の実施形態に係る磁気アクチュエータに比べて構成要素を１乃至２削減でき、上記磁気アクチュエータと同等の磁気アクチュエータを、より一層低コストで得ることができる。
なお、組立作業時等の物理的な接触等から薄膜永久磁石２２およびコイル２４を保護するために、必要に応じて保護膜２３を配置しても良い。その場合、保護膜２３は振動板２０との間に、薄膜永久磁石２２およびコイル２４を挟み込むこともできる。
（第３の実施形態）
【００４５】
図９に、本発明の第３の実施形態にかかる磁気アクチュエータの概略断面図を示す。本実施形態に係る磁気アクチュエータは、コイル２４の中心軸９１（通電により発生する磁束密度が最大となる線上）上とは離れた位置にノズル１４が形成されていることである。振動板２０を上下動させるしくみは上記第１、第２の実施形態と同様で、コイル２４に電流を供給することにより生じる磁束により薄膜永久磁石２２を上下動させる力を発生させる。そして、振動板２０を上下動させることにより圧力室の容積をリニアに変化させる。圧力室内に充填している機能液は、機能液流路９２を介してノズル１４の近傍まで満ちている。そして上記圧力室の容積の変動に応じてノズル１４から吐出される。なお、制御配線３１は図示を省略している。
【００４６】
磁気アクチュエータにおけるノズル１４の位置をコイル２４の中心から偏在させることにより、ノズル１４の配置の自由度が向上する。その結果、例えばコイル２４および薄膜永久磁石２２を千鳥状に配置することで、一列に並ぶノズル１４のピッチを縮小し、当該磁気アクチュエータを備えるインクジェットヘッド等の小型化が可能となる。
（第４の実施形態）
【００４７】
図１０に、本発明の第４の実施形態にかかる磁気アクチュエータの概略断面図を示す。本実施形態の磁気アクチュエータは、コイルに電流を供給して発生する磁束を作用させる物体として磁石でなく強磁性体としての鉄の薄膜を用いることが特徴である。
環状コイル内に発生する磁束は、その方向性により磁石に対して吸引あるいは反発力を生じるが、その一方で、密度の差により強磁性体を吸引する作用も生じる。すなわち、磁束の密度は当該コイルが位置する面上で最大となるため、当該面上から距離を置いた領域、すなわち磁束密度が弱い領域に強磁性体を配置すると、磁極を有していなくとも引き寄せられる。
【００４８】
図１１に、強磁性体からなる薄膜を吸引するしくみを概略的に示す。図３と同様に振動板等は省略している。図に示すように、コイル２４に電流を矢印の方向に流すと第３の磁束３５が生じる。当該磁束の密度はコイルの中心、すなわち環状コイルが位置する平面とコイル２４の中心軸９１との交点９３で最大となる。環状コイルが位置する平面からは外れているが、中心はコイル２４の中心軸９１上に鉄の薄膜４２配置をすると、矢印の方向の力が発生し、交点９３の方向に吸引される。したがって、図１０に示すように振動板２０とノズルプレート１２の間にコイル２４を配置し、振動板２０上に鉄の薄板を配置すると、コイル２４に電流を供給して発生する磁束により振動板２０を上方すなわち圧力室１５の容積を縮小する方向に移動させ、当該圧力室１５内に充填されている機能液をノズル１４から吐出できる。
【００４９】
なお、本実施形態に係る磁気アクチュエータは、鉄等の強磁性体薄膜上に保護膜２３を形成後、まず第１の支持体４４を形成し鉄の薄膜４２から所定の距離を確保した後にコイル２４、制御配線３１等を形成した後、当該第１の支持体４４上に第２の支持体４６を形成する。そして第２の支持体４６上にノズルプレート１２を接合する。
本実施形態に係る磁気アクチュエータは、振動板２０を下方向に吸引させられず、引き打ちはできないが、薄膜永久磁石２２を用いないため、第１〜第３の実施形態に係る磁気アクチュエータに比べてより一層低コストで形成できる。
（第５の実施形態）
【００５０】
図１２に、本発明の第５の実施形態にかかる磁気アクチュエータの概略断面図を示す。本実施形態の磁気アクチュエータは、薄膜永久磁石２２が厚さが略一定の平板状ではなく、中央部が厚い凸型（凸レンズ型）であることが特徴である。薄膜永久磁石２２の断面形状以外は第１の実施形態に係る磁気アクチュエータと同様であり、振動板２０上に薄膜永久磁石２２を保持している点も同様である。またコイル２４および制御配線３１の形成位置等も第１の実施形態と同様である。
【００５１】
上述したように、振動板２０を弾性変形可能に形成し、また基板の動作孔２８の径を薄膜永久磁石２２の径よりも大きくすると、薄膜永久磁石２２が弾性を有するか否かにかかわらず、振動板２０は上下動可能となる。しかし、振動板２０をスムーズに上下動させるためには、薄膜永久磁石２２についても、特に周縁部には弾性を付与することが好ましい。図示すように薄膜永久磁石２２の断面形状をを凸型（凸レンズ型）にすることにより、薄膜永久磁石２２の材質を変えずに周縁部に弾性を付与できる。したがって、かかる構成の薄膜永久磁石２２によれば、振動板２０をより一層スムーズに上下動させることが可能となるため、磁気アクチュエータのより一層の微細化が可能となる。
（第６の実施形態）
【００５２】
図１３、図１４に、本発明の第６の実施形態にかかる磁気アクチュエータを示す。図１３は磁気アクチュエータの概略構成を示す平面図であり、図１４は図１３のＢ−Ｂ´線における断面図である。
本実施形態の磁気アクチュエータは、図１３に示すように、コイル２４が、薄膜永久磁石２２の周囲を周回していることが特徴である。コイル２４の磁束は電流量とコイル２４の巻数に比例するため、図示するように、薄膜永久磁石２２の周囲にコイル２４を２周させると同一の磁束を発生させる場合の電流量を半分に減らすことができる。インクジェットプリンタ７０の制御部７７０等に通電可能な電流値に制限がある場合においても充分に振動板２０を上下動させることができる。したがって、液滴の吐出量のリニア制御および筐体の微細化が容易な磁気アクチュエータを、より高範囲に適用できる。
【００５３】
なお、本実施形態の磁気アクチュエータのコイル２４は周回しているため、同一平面上からは、（当該コイルの）起点と終点との双方に他の配線を接続できない。そこで配線を２層にして接続を果たしている。図１４に示すように、コイル２４、端子部３０（図１３参照）、および制御配線３１が配置される層と共通配線３２が配置される層との２層になっており、それに合せて支持体も第１の支持体４４と第２の支持体４６の２層になっている。そして、第１の支持体４４に形成したコンタクトホール６６によりコイル２４と共通配線３２との接続を確保している。
（変形例）
【００５４】
上記第１〜５の実施形態においては、コイル２４および薄膜永久磁石２２の平面形状が略円形である磁気アクチュエータについて記載したが、本実施形態に係る磁気アクチュエータはそれに限定されるものではない。コイル２４および薄膜永久磁石２２の平面形状を方形あるいは菱型にしても本発明にかかる磁気アクチュエータは実施可能である。方形であれば、磁気アクチュエータを整列配置してインクジェットヘッドを構成する場合に間隔を詰めることができ、ノズルピッチの縮小による高精細化と、インクジェットヘッドの小型化、軽量化が可能となる。また菱型であれば、ノズル１４を一列ではなく千鳥状に配置して、より一層ノズルのピッチを縮小する事が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】第１の実施形態にかかる磁気アクチュエータの概略構成を示す平面図。
【図２】図１のＡ−Ａ´線における断面図。
【図３】薄膜永久磁石を上下動させるしくみを概略的に示す図。
【図４】第１の実施形態にかかる磁気アクチュエータの製造工程を示す概略断面図。
【図５】第１の実施形態にかかる磁気アクチュエータの製造工程を示す概略断面図。
【図６】第１の実施形態に係る磁気アクチュエータを備えるインクジェットヘッドのノズル面の概略を示す図。
【図７】第１の実施形態に係る磁気アクチュエータを備えるインクジェットヘッドを搭載したインクジェットプリンタの概略を示す斜視図。
【図８】第２の実施形態にかかる磁気アクチュエータの概略断面図。
【図９】第３の実施形態にかかる磁気アクチュエータの概略断面図。
【図１０】第４の実施形態にかかる磁気アクチュエータの概略断面図。
【図１１】強磁性体からなる薄膜を上下動させるしくみを概略的に示す図。
【図１２】第５の実施形態にかかる磁気アクチュエータの概略断面図。
【図１３】第６の実施形態にかかる磁気アクチュエータの概略構成を示す平面図。
【図１４】第６の実施形態にかかる磁気アクチュエータの概略断面図。
【符号の説明】
【００５６】
１０…基板ユニット、１２…ノズルプレート、１４…ノズル、１５…圧力室、１６…漏斗壁面、１８…基板、２０…振動板、２１…薄膜永久磁石層、２２…薄膜永久磁石、２３…保護膜、２４…コイル、２６…支持台、２８…空隙としての動作孔、３０…端子部、３１…制御配線、３２…共通配線、３３…第１の磁束、３４…第２の磁束、３５…第３の磁束、４２…強磁性体としての鉄の薄膜、４４…第１の支持体、４６…第２の支持体、６０…インクジェットヘッド、６１Ｋ…ブラックインクユニット、６１Ｃ…シアンインクユニット、６１Ｍ…マゼンタインクユニット、６１Ｙ…イエローインクユニット、６２…ノズル面、６６…コンタクトホール、７０…インクジェットプリンタ、９１…コイルの中心軸、９２…機能液流路、９３…交点、７０２Ｋ…ブラックインクカートリッジ、７０２Ｃ…シアンインクカートリッジ、７０２Ｍ…マゼンタインクカートリッジ、７０２Ｙ…イエローインクカートリッジ、７０３…カートリッジホルダ、７０５…キャリッジ、７０６…ガイド軸、７０７…キャリッジモータ、７０８…駆動プーリー、７０９…遊転プーリー、７１０…タイミングベルト、７１２…用紙、７１３…紙送りモータ、７１４…紙送ローラ、７７０…制御部。
【図１】
2008030213.tif 000003
【図２】
2008030213.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2008030213.tif 000007
【図６】
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【図７】
2008030213.tif 000009
【図８】
2008030213.tif 000010
【図９】
2008030213.tif 000011
【図１０】
2008030213.tif 000012
【図１１】
2008030213.tif 000013
【図１２】
2008030213.tif 000014
【図１３】
2008030213.tif 000015
【図１４】
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