JPH0691866A - インクジェットヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、形状記憶合金を用いたインクジェ
ットヘッドの信頼性の向上と、小型化と、高密度化とを
目的とする。 【構成】 駆動回路５により、加圧振動体４を加熱す
る。これによりまず、第１の形状記憶合金２が変態温度
に達し、母相となり、加圧振動体４はインク室１の容積
を拡大させ、つづいて第２の形状記憶合金３が変態温度
に達し、母相となり、インク室の容積を縮小させる。こ
の最初の変態温度におけるインク室１の容積から、次の
変態温度でのインク室１の容積に容積変化を行なうこと
で、インク液を加圧し、インク液滴をノズル７より射出
させるものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インクジェットプリン
タに用いられるインクジェットヘッドにおいて、特に複
数のインク噴出ノズルを有するマルチノズルタイプのイ
ンクジェットヘッドに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ドロップ・オン・デマンド型のインクジ
ェットプリンタの方式として、印字情報信号に応じて、
インク室に付設された加圧振動機構である圧電素子にパ
ルス電圧を印加して、上記圧電素子を変形させて、イン
ク室の容積を変化させ、この中のインク液圧を加圧し、
インク室と連通するヘッド先端のノズルから、インク液
滴を噴出させて、離間対向する記録用紙等の記録媒体に
印字する方法がとられている。

【０００３】このような、マルチノズルタイプのインク
ジェットプリンタでは、記録密度の向上とヘッドの小型
化が望まれるが、圧電素子の電気から機械的変形への変
換効率が低いため、圧電素子の大きさを小さくできず、
高密度化や小型化が困難である。

【０００４】現在、インクジェットヘッドの小型化と高
密度記録を実現させるため、圧電素子を用いた加圧振動
機構に代る新たな加圧振動機構が試みられている。例え
ば、特開昭６３−５７２５１号公報に開示されるインク
ジェットヘッドのように加圧振動機構として、機械的変
形の大きな形状記憶合金とそれを加熱する加熱手段とを
組み合わせたものを用いたものがある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記の形状記憶合金を
用いた加圧振動機構では、一般的形状記憶合金の特性と
して、変態温度以上に加熱され母相に戻る際の形状は安
定しているものの、変態温度以下のいわゆるマルテンサ
イト相の形状は、熱処理等で記憶されるが、不安定な面
がある。このため、変態温度以下では、インク室の容積
を一定に維持するのは難しく、元の形状に比べてある程
度の誤差を生じる。この誤差によりインクの噴出特性が
変化するため、印字品質の劣化の原因となる。

【０００６】本発明は、形状記憶合金を用いたインクジ
ェットヘッドの信頼性の向上と、小型化と、高密度化と
を目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、変態温度の異
なる第１および第２の形状記憶合金を積層して加圧振動
体を構成し、この加圧振動体をインク室に付設し加熱す
ることにより、インク室と連通したノズルからインク液
を射出するよう構成することにより、上記目的を達成す
るものである。

【０００８】上記加圧振動体は、室温より高い第１の温
度以上で上記インク室の容積を拡大する方向に変形し、
かつ第１の温度より高温の第２の温度以上で上記インク
室の容積を縮小する方向に変形することが好ましい。

【０００９】

【実施例】本発明の一実施例のインクジェットヘッドに
ついて図を参照しながら説明する。図１は本発明のの構
成を示す説明図であり、同図において、Ｘはインクジェ
ットヘッド部であり、図１においては図２のＡ−Ａ線で
の断面が示されている。１はインク室であり、長さ１０
０〜１００００μｍ、幅５０〜５００μｍである。

【００１０】２は第１の形状記憶合金であり、３は第２
の形状記憶合金であり、これらを積層固定することによ
り加圧振動体４を構成している。これらの形状記憶合金
としては、Ｎｉ−Ｔｉ系合金や、Ｃｕ−Ｚｎ−Ａｌ系合
金等を用いることが可能であり、本例では、Ｎｉ−Ｔｉ
系合金を使用することとする。

【００１１】このＮｉ−Ｔｉ系形状記憶合金の硬さと温
度変化の様子は次のとうりである。例えば、長さ４０ｍ
ｍ、幅８．９ｍｍ、厚さ０．３２ｍｍの合金において、
長さ方向に１．５ｍｍの変位量を得るのに必要とする押
付力は、マルテンサイト相である２０°Ｃでは約０．３
５Ｎであるが、変態温度８０°Ｃとしてそれ以上の温度
の母相では、約１．９Ｎとなり、マルテンサイト相での
それの５倍以上となる。

【００１２】また、その変態温度は、合金の組成により
可変であり、例えば、５０ａｔ％Ｎｉでの変態温度は約
８０°Ｃであり、Ｎｉの組成が０．１ａｔ％ずれると、
１０°Ｃ低くなる。

【００１３】以上のような特性のＮｉ−Ｔｉ系形状記憶
合金からなる第１の形状記憶合金２は、厚み約１００μ
ｍ、面積０．１〜１０ｍｍ² であり、第２の形状記憶合
金３の上面に積層され、マルテンサイト相での形状は、
平面形であり、変態温度を約５０°Ｃとし、その温度を
越えた母相での形状は、図１の上方に撓むように形成さ
れている。

【００１４】同様にＮｉ−Ｔｉ系形状記憶合金からなる
第２の形状記憶合金３は、厚み約２５０μｍ、面積０．
１〜１０ｍｍ２であり、インク室１の上面に付設されそ
の外周を固定してあり、マルテンサイト相での形状は、
平面形であり、変態温度を約６０°Ｃとし、その温度を
越えた母相での形状は、下方に撓むように形成されてい
る。

【００１５】上記第１の形状記憶合金２および第２の形
状記憶合金３を積層固定してなる加圧振動体４は、上記
温度５０°Ｃ、６０°Ｃにおいて形状を変化させ、イン
ク室１の容積を拡大、縮小させ、同内のインクを加圧す
る。

【００１６】なお、本例において加圧振動体４は第１の
形状記憶合金２を上に第２の形状記憶合金３を下にして
積層固定してなるが、この上下の順を変更しても同様の
動作が可能である。

【００１７】５は加熱手段としての駆動回路であり、制
御回路（図示せず）の印字情報信号を受け、加圧振動体
４に１ｋＨｚの矩形波を通電し、加圧振動体４を加熱す
る。６は供給手段としてのインク流路であり、この深さ
は１０〜１００μｍである。これはインク室１に連通し
ており、インク室１にインクを供給する。７はノズルで
あり、直径１０〜１００μｍである。これはインク室１
に連通しており、加圧振動体４により加圧されたインク
液を射出する。

【００１８】次に動作について、図１、図３、図４、を
参照しながら説明する。

【００１９】まず、制御回路（図示せず）の印字情報信
号を受けた駆動回路５は、加圧振動体４に１ｋＨｚの矩
形波を通電する。通電により加圧振動体４は加熱され
る。

【００２０】ここで図３には、温度変化に伴なうインク
室１の容積変化を示してある。同図においては、マルテ
ンサイト相をマルテンと表し、インク室１の容積の変化
がな無い場合の形状であれば同じと表し、容積が拡大す
る形状の場合には拡大と表し、容積が縮小する形状の場
合には縮小と表してある。同図を用いて室温より６０°
Ｃ以上になり再び室温になる過程に従って加圧振動体４
の動作を説明する。

【００２１】まず、室温から５０°Ｃまでの温度範囲で
は、第１の形状記憶合金２および第２の形状記憶合金３
はともにマルテンサイト相の状態であり、いずれの形状
記憶合金も形状変化を示さない。このときインク室１の
形状は図４に示される初期状態の形状となる。

【００２２】５０°Ｃ以上で６０°Ｃより低い温度範囲
では、第１の形状記憶合金２が母相であり、事前に記憶
された形状に変化する。ここでは上方に撓む形状を示
す。第２の形状記憶合金３はマルテンサイト相の状態に
あり、形状変化を示さない。

【００２３】このとき第１の形状記憶合金２の厚さ（１
００μｍ）に対して第２の形状記憶合金の厚さ（２５０
μｍ）は厚いが、第１の形状記憶合金の変化は母相によ
るものであり、母相での押付力はマルテンサイト相での
それの約５倍であるため、この第１の形状記憶合金２の
形状変化は、第２の形状記憶合金３をも上方に撓ませ、
加圧振動体４は上方に撓む。これによりインク室１の形
状は、図４に示すように容積を拡大する。インク室１が
容積を拡大することによりインク供給効率の向上にもつ
ながる。

【００２４】６０°Ｃ以上の温度範囲では、第１の形状
記憶合金２および第２の形状記憶合金３はともに母相の
状態となり、第１の形状記憶合金２は下方へ撓もうと
し、第２の形状記憶合金３は上方へ撓もうとする。この
ように第１の形状記憶合金２と第２の形状記憶合金３と
は互いに逆向の形状変化を行なおうとするが、第１の形
状記憶合金２の厚さ（１００μｍ）に対して第２の形状
記憶合金の厚さ（２５０μｍ）は厚いために、第２の形
状記憶合金３は第１の形状記憶合金２をも下方に撓ま
せ、加圧振動体４は下方に撓む。これにより、加圧振動
体４は図４に示すようにインク室容積を縮小し、インク
を加圧しノズル７よりインク液滴を射出する。

【００２５】インク液滴の射出の後、駆動回路よりの電
流の通電が停止され、温度が下りはじめると、加熱の場
合とは逆の過程を経て初期状態に戻る。まず６０°Ｃよ
り低くなると第２の形状記憶合金がマルテンサイト相と
なり、第１の形状記憶合金によりインク室１は容積を拡
大される。温度が５０°Ｃより低くなると第１の形状記
憶合金もマルテンサイト相となり初期状態に戻る。

【００２６】以上のように加圧振動体４のインク噴出動
作は、インク室１の拡大、縮小の二つの動作をともな
い、それぞれの形状が第１の形状記憶合金と第２の形状
記憶合金の母相で規定されるため、初期状態にかかわら
ず、安定した形状変化となり、インクの噴出特性が安定
し、印字品質が安定する。また、冷却され初期状態に戻
る際も、一度インク室１の容積を拡大する動作を行なう
ため、すばやくインク補給がなされ、高速化できる。

【００２７】なお上記の例では第１の形状記憶合金２お
よび第２の形状記憶合金３のそれぞれの変態温度を５０
°Ｃと６０°Ｃとしたが、変態温度はそれら形状記憶合
金の形成段階でさまざまに設定でき、変更可能である。

【００２８】例えば第１の形状記憶合金２の変態温度を
室温より低く設定し、室温では常に母相での形状に維持
する。これにより加圧振動体４は室温では常時、インク
室１の容積を拡大する形状となり、上記のインク室１の
形状を示す図４に示される初期状態が無くなり、加圧振
動体の動作は、拡大と縮小の二つの動作となる。このよ
うに変更しても上記の例と同様の効果を得ることが可能
である。

【００２９】

【発明の効果】加圧振動体に変態温度の異なる第１の形
状記憶合金と第２の形状記憶合金を用い、それぞれの母
相によりインク室の最小容積と、最大容積が決まるた
め、インク液の加圧に要する容積変化は常に一定のもの
となり、射出されるインク液の量や射出圧等が一定とな
り、安定したインク射出が行なえる。これにより小型で
信頼性の高いインクジェットヘッドが実現可能となる。

【００３０】特に、加圧振動体に所望の温度以上で上記
インク室の容積を拡大する方向に変形し、かつ上記所望
の温度より高温の所定の温度以上で上記インク室の容積
を縮小する方向に変形するものを用いることで、加圧振
動体によるインク液の加圧に要する容積変化が大きいた
め、インク室自体の容積を小さく形成でき、小型高密度
化の面では効果的である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のインクジェットヘッドの構
成を示す説明図。

【図２】図１の要部の平面図。

【図３】図１の動作の説明のための説明図。

【図３】図１の動作の説明のための説明図。

【符号の説明】

１ インク室 ２ 第１の形状記憶合金 ３ 第２の形状記憶合金 ４ 加圧振動体 ５ 加熱手段 ６ 供給手段 ７ ノズル

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【手続補正書】

【提出日】平成５年３月１５日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図面の簡単な説明

【補正方法】変更

【補正内容】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のインクジェットヘッドの構
成を示す説明図。

【図２】図１の要部の平面図。

【図３】図１の動作の説明のための説明図。

【図４】図１の動作の説明のための説明図。

【符号の説明】 １ インク室 ２ 第１の形状記憶合金 ３ 第２の形状記憶合金 ４ 加圧振動体 ５ 加熱手段 ６ 供給手段 ７ ノズル

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インク室と、変態温度の異なる第１の形
   状記憶合金と第２の形状記憶合金とを積層してなり上記
   インク室内のインク液圧を加圧する上記インク室に付設
   された加圧振動体と、上記加圧振動体を加熱する加熱手
   段と、上記インク室にインクを供給する供給手段と、上
   記加圧振動体により加圧されたインク液を射出する上記
   インク室と連通したノズルとを具備するインクジェット
   ヘッド。
2. 【請求項２】 上記加圧振動体は、室温より高い第１の
   温度以上で第１の形状記憶合金が母相となり、上記イン
   ク室の容積を拡大する方向に変形し、かつ第１の温度よ
   り高温の第２の温度以上で第２の形状記憶合金が母相と
   なり、上記インク室の容積を縮小する方向に変形するこ
   とを特徴とする請求項１記載のインクジェットヘッド。
3. 【請求項３】 上記加圧振動体は、室温では第１の形状
   記憶合金が母相であり、上記インク室の容積を拡大する
   方向に変形しており、かつ室温より高温の第３の温度以
   上で第２の形状記憶合金が母相となり、上記インク室の
   容積を縮小する方向に変形す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。