专利名称：打印头的记录液喷射装置及其方法
技术领域：
本发明涉及打印头的记录液喷射装置及其方法，具体地说明，涉及这样一种装置和方法，即，该装置中薄膜形状记忆合金的温度变化使振动板振动，调节液室压力，并将具有残留压缩应力的第2薄膜蒸镀在薄膜形状记忆合金上，能容易地调节振动板的变形量，调节复原力，增加动作频率、提高打印速度，可以实现小型化，构造简单，用半导体薄膜制造工序批量生产，生产性好。
通常广泛采用的打印头是DOD(Dorp On Demand)方式。该DOD方式不必使记录液滴带电或偏向，也不需要高压，可在大气压力下即时地喷射记录液滴，容易打印。因此，该方式越来越多地被采用。其代表性的喷射原理是采用电阻的加热式喷射法和采用压电元件(Piezo-Electric)的振动式喷射法。
图1说明加热式喷射法的原理。装置中具有内装着记录液的腔室a1、从该腔室a1朝向被记录材的喷射口a2、在该喷射口a2相反侧的腔室a1底部埋设着的用于诱发空气膨胀的电阻a3。被电阻膨胀了的气泡将腔室a1内部的记录液推出喷射口a2，记录液在该力作用下朝着被记录材喷射。
图2说明采用压电元件的振动式喷射方法原理。装置中具有内装着记录液的腔室b1、从该腔室b1朝向被记录材的喷射口b2、在该喷射口b2相反侧的底部埋设着的用于诱发振动的压电元件(Piezo-Transducer)。
这样，在腔室b1底部的压电元件b3诱发了振动时，记录液被振动力推出喷射口b2，记录液被该振动力喷射到记录材上。
由于这种借助于压电元件振动的喷射方法不采用热，所以记录液的选择度大。
另外，为了排出记录液，现有的打印头中采用形状记忆合金。在日本专利公报特开昭57-203177号、特开昭63-57251号、特开平4-247680号、特开平2-265752号、特开平2-308466号、特开平3-65349号中揭示了使用形状记忆合金的打印头的实施例。这些现有的实施例中，有相变态温度不同、厚度不同的形状记忆合金多个被结合而产生弯曲变形的构造，也有通过弹性部件与形状记忆合金的结合而产生弯曲变形的构造等。
但是，上述加热式喷射方法的缺点是，记录液被加热而诱发化学变化，这种记录液会附着在喷射口a2的内面而堵塞，而且发热电阻器的寿命短。并且，由于使用水溶性记录液，不利于文件的保存。
上述用压电元件振动的喷射方法的缺点是，压电元件的加工困难，特别是把压电元件付着在腔室b1底部的作业更困难，所以，批量生产的生产性差。
采用现有形状记忆合金的打印头，不容易实现小型化，喷咀的密集度低，成像度差，制造不容易，批量生产性差。另外，所用的形状记忆合金不是薄膜，而是厚度约为50μm的厚膜，所以加热时电力消耗大，冷却时间长，动作频率低，打印速度慢，缺乏实用性。
本发明者为了解决上述各问题，已申请了一项打印头的发明，该打印头是借助液室的压力变化而喷射记录液，该液室压力的变化是由薄膜形状记忆合金温度变化而产生的。该已申请的打印头，由于薄膜形状记忆合金的发生力(Actuating force)大，所以能减少喷咀的堵塞，而且由于薄膜形状记忆合金的变形量大，所以，可将打印头制作得小，提高喷咀的密集度，提高成像度。用半导体薄膜制造工序和基板蚀刻工序可以容易地得导到薄膜形状记忆合金，提高批量生产性。
本发明是对上述已申请打印头的改进，本发明的目的是提供一种打印头的记录液喷射装置及其方法。本发明的装置和方法中，用半导体薄膜制造工序使能调节振动板变形量和复原力的第2薄膜与薄膜形状记忆合金结合，在薄膜形状记忆合金冷却的过程中复原到弯曲变形状态时，通过增加该复原力，使记录液喷射后振动板复原到弯曲变形状态的时间缩短，增加动作频率，提高打印速度，并提高振动板的强度，减少因外部冲击产生的损伤。
为了实现上述目的，本发明的打印头记录液喷射装置，其特征在于，备有振动板、电源供给部、流路板和喷咀板；振动板由薄膜形状记忆合金和至少一片第2薄膜构成，薄膜形状记忆合金由随温度变化而变化形状的形状记忆合金材质做成，第2薄膜与薄膜形状记忆合金结合并调节其形状变化量；电源供给部使薄膜形状记忆合金产生温度变化；流路板设置在薄膜形状记忆合金上，形成用于储存记录液的液室，在围成液室的壁面的一侧形成供记录液流入用的流路；喷咀板设置在流路板上，其上形成面积小于流路板的液室面积的喷咀，在上述薄膜变化形状时，记录液以液滴形态被喷射出。
本发明的记录液喷射装置能克服现有技术中的采用压电元件的方式和通过加热使空气膨胀的方式的缺点，也能克服现有的采用形状记忆合金方式的缺点，用半导体薄膜制造工序在基板上形成振动板，该振动板由薄膜形状记忆合金和具有残留压缩应力的第2薄膜构成，对基板的一部分进行蚀刻，构成使振动板能振动的空间部，借助于振动板的振动喷射液滴。
该喷射装置是在基板上用真空阴极喷镀法蒸镀后，进行热处理，形成薄膜形状记忆合金。因此，成为母相状态的扁平形状。第2薄膜也是用半导体薄膜制造工序与薄膜形状记忆合金结合。蒸镀的第2薄膜可以具有残留压缩应力，根据蒸镀方法、蒸镀条件或材质，可以变化残留压缩应力的大小。对基板的一部分进行蚀刻而形成空间部时，由薄膜形状记忆合金和第2薄膜构成的振动板在第2薄膜的残留压缩应力作用下，产生弯曲变形。薄膜形状记忆合金被加热时，由形状记忆合金变化成扁平状态，这时，液室容积减小，记录液被喷射出。薄膜形状记忆合金被冷却时，借助于第2薄膜的残留压缩应力产生弯曲变形，这时，进行记录液的再充填(Refill)。反复此过程进行连续的记录液喷射。
本发明构造简单，用半导体薄膜制造工序和基板蚀刻工序就可以做成由薄膜形状记忆合金和第2薄膜构成的振动板，利用由半导体薄膜制造工序制造的第2薄膜的残留压缩应力，能容易得到喷射记录液所需的振动板的变位，可提高批量生产性。另外，通过改变第2薄膜的残留应力的大小可以调节变形量，可得到大的变位量，从而可减小振动板的面积。因此，可实现打印头的小型化，提高喷咀的密集度，提高成像度。另外，第2薄膜调节弯曲变形方向可实现记录液喷射装置构造的多样化。
本发明中，由于采用薄膜形状记忆合金，减少了加热时的电力消耗，冷却时间也减少，记录液喷射后，薄膜形状记忆合金被第2薄膜的残留压缩应力复原到弯曲变形的状态时，其复原力强不产生残留振动，所以，能稳定地进行记录液的喷射。因此，动作频率增加，提高打印速度。
图1是现有加热式喷射装置的断面图。
图2是现有压电元件式喷射装置的断面图。
图3是本发明一实施例喷射装置的分解立体图。
图4是表示本发明一实施例的记录液流动的立体图。
图5A、图5B、图5C是本发明一实施例喷射装置的正剖视图。
图6A、图6B、图6C是本发明一实施例喷射装置的侧剖视图、表示动作过程。
图7是表示本发明的薄膜形状记忆合金的相变化的线图。
图8是表示本发明的振动板制造方法的工序图。
图9是表示本发明的振动板制造方法的框图。
图10是表示本发明的薄膜加热时间与温度的线图。
图11是表示本发明的振动板大小的断面图。
图12A、12B、12C是本发明另一实施例喷射装置的断面图，是表示动作过程的图。
图13A、13B、13C、13D是表示本发明另一实施例喷射装置的断面图。
图14A、14B是表示本发明另一实施例喷射装置的断面图。
下面，参照
本发明的实施例。
图3是本发明一实施例喷射装置的分解立体图，图4是表示本发明一实施例中记录液流动的立体图。本发明的喷射装置，为了提高成像度，喷射记录液的喷咀19在纵、横向配设多排，使记录液喷射的振动板12与这些喷咀19一一对应。即，在基板10的前后方，形成多个贯通上下侧的空间部11，备有多个结合在基板10的上面并堵塞各空间部11的振动板12。振动板12借助于温度变化振动，振动时产生的力(发生力)使记录液20喷射。该振动板12由薄膜形状记忆合金(Thin film Shaoememory alloy)12a和第2薄膜12b构成，第2薄膜12b由能调节振动板12的变形量及复原力的材质构成，使弯曲变形速度(复原力)增加，提高动作频率。
还备有复盖基板10上部的流路板13，在该流路板13上，在每个振动板12的正上方，形成收容记录液20的液室14。在流路板13的中央备有供记录液20流过的主流路15，主流路15与液室14通过流路16相互连通。在基板10的一侧，备有与流路板13的一侧主流路15连通的液注入口17，记录液20被供给到主流路15。
还备有结合在流路板13上部的喷咀板18，在喷咀板18上形成多个喷咀19，这些喷咀19与形成在流路板13上的各液室14对应。另外，各喷咀19与朝着液室14侧露出的振动板12对应，该振动板12振动时，液室14的压力变化，记录液20以液滴状态通过各喷咀19喷射到打印纸上。
构成振动板12的薄膜形状记忆合金12a因温度变化而连续地产生相变化，在此过程中引起振动，使记录液20通过各喷咀19以液滴状态喷射出。如图5A所示，薄膜形状记忆合金12a被电源供给部21加热。即，结合在薄膜形状记忆合金12a两端的电极21a上接通了电源供给部21的电源时，薄膜形状记忆合金12a因本身阻抗而被加热，温度上升而成为扁平状。当电源供给部21的电源切断时，薄膜形状记忆合金12a自然冷却，振动板12被第2薄膜12b恢复到原来的鼓起状态。
如图5B所示，也把被电源供给部21的电源加热的加热器21b付着在第2薄膜12b的一侧面，加热薄膜形状记忆合金12a。另外，如图5C所示，为了提高振动板12的冷却速度，也可以将散热膜12c付着在第2薄膜12b的底面。散热膜12c使被加热了的振动板12在短时间内冷却并复原，从而使振动板12的动作频率增加。该散热膜12c由散热性好的镍(Ni)构成，其厚度约为0.5μm～3μm。构成振动板12的薄膜形状记忆合金12a以钛(Ti)和镍(Ni)为主要成分，其厚度约为0.1μm～5μm。第2薄膜12b用热的二氧化硅(Thermallygrown Sio2)或多晶硅(Polysilicon)等做成，其厚度约为0.1μm～3μm。
图6A至图6C是本发明一实施例喷射装置的侧断面图。基板10的材质是硅。振动板12在喷咀19的相反侧，其初期状态是呈鼓起的变形状态，在该状态下，当薄膜形状记忆合金12a被加热到没定以上温度时，振动板12成为扁平状，这时，液室14的内压增加而被压缩，记录液20就通过喷咀19喷射出。
当薄膜形状记忆合金12a温度下降到设定温度以下时，振动板12在第2薄膜12b的残留压缩应力作用下，恢复到原来的鼓起状态，这时，液室14的内压降低，记录液20在喷咀19的毛细管现象和吸入力作用下，流入液室14。以下连续地反复上述过程，记录液作为液滴状态喷射出。另外，在振动板12变形为鼓起状态时，振动板12的复原力被第2薄膜12b的残留压缩应力强化，动作频率增加，即第2薄膜12b使振动板12的复原力增大，可在短时间内复原，这样，记录液的补充得以很快进行，能即时地进行记录液的喷射，可提高打印头的动作速度。
图8是表示本发明振动板制造方法的工序图。图9是表示本发明振动板制造方法的框图，采用半导体薄膜制造工序和基板蚀刻工序。备有步骤(100)～(108)。在步骤(100)，在由硅、玻璃、金属或聚合物等材质构成的基板10上，用半导体薄膜制造工序形成第2薄膜12b，并使其具有一定大小残留压缩应力。在步骤(101)，将薄膜形状记忆合金12a蒸镀在第2薄膜12b的上部，构成振动板12。该蒸镀的方法主要采用真空阴极喷镀(Sputterdeposition)。在步骤(102)，用一定的温度对薄膜形状记忆合金12a进行一定时间的热处理，使其结晶化，把平板状态作为母相记忆。在步骤(103)，使薄膜形状记忆合金12a冷却到马氏体终了温度(Mf)即约40～70℃，成为马氏体。
在步骤(104)，对振动板12的正下部进行蚀刻，在基板10上形成空间部11，使振动板12向外露出。在步骤(105)，一边使振动板12向外露出一边使其在第2薄膜12b的残留应力作用下向下部(或上部)弯曲变形，成为图6A所示形状。第2薄膜12b，在用半导体薄膜制造工序形成的过程中，根据蒸镀条件和材质可以调节残留应力的大小，通过将第2薄膜12b形成在薄膜形状记忆合金12a的上侧或下侧可以决定振动板12的弯曲方向。
在该弯曲变形的过程中，薄膜形状记忆合金12a保持着马氏体。在步骤(106)，将薄膜形状记忆合金12a加热到设定温度、即母相终了温度(Af)的约50～90℃时，变形为图6B所示的平板状态，记录液20被喷射。在步骤(107)，薄膜形状记忆合金12a被冷却而成为马氏体时，在第2薄膜12b的残留压缩应力作用下弯曲变形，记录液20被补充到液室14。在步骤(108)，借助于薄膜形状记忆合金12a的温度变化而反复上述各步骤(106)、(107)，记录液20作为液滴状态被喷射而打印。
本发明的薄膜形状记忆合金12a借助于温度差而变形，在加热时成为母相的扁平状，冷却时成为马氏体弯曲变形，所以，温度差越小薄膜12的振动数(动作频率)越增加。因此，为了减少温度差，可在钛(Ti)和镍(Ni)的合金中添加铜(Cu)。这样，采用了钛、镍、铜的形状记忆合金能减少相变化温度差，可增加薄膜形状记忆合金12a的振动数即动作频率，提高打印速度。
下面，说明上述构造的本发明薄膜形状记忆合金形成液滴的可能性。
由薄膜形状记忆合金12a产生的能量密度最大为10×106J/m3，薄膜形状记忆合金12a的露出于空间部11的大小为200×200×1μm时，设产生的液滴直径为60μm，则如下式地决定薄膜是否能使喷射产生。
U＝Us+UkUs＝πR2VUk=112πρR3γ2]]>U＝产生所需记录液的液滴需要的能量Us＝记录液的表面能量Uk＝记录液的运动能量R＝液滴的直径V＝记录液的速度ρ＝记录液的密度(1000kg/m3)γ＝记录液的表面张力(0.073N/m)设希望的液滴速度为10m/sec，则所需能量(U)为U＝2.06×10-10+7.07×10-10＝9.13×10-10j
薄膜形状记忆合金12a产生的最大能量为Wmax＝Wv·VWmax＝(10×108)·(200×200×1)＝4×10-7j另外，当液滴直径为100μm时，所需要的能量为U＝3.85×10-9j因此，由于Wmax》U，所以能形成所需大小的液滴。即，由于薄膜形状记忆合金12a产生的力非常大，所以能容易得到所需记录液的液滴。
下面，分析本发明一实施例中的加热时间和消耗能量及残留压缩应力引起的变位量。给薄膜形状记忆合金12a接通电源，由其本身的阻抗产生热，该热引起相变化，求把25℃的薄膜形状记忆合金12a加热至70℃即使其成为母相所需的加热时间和消耗能量。用下式求出。
薄膜形状记忆合金的材质＝TiNi薄膜形状记忆合金的长度(1)＝400μm薄膜形状记忆合金的密度(ρs)＝6450kg/m3温度变化量(ΔT)＝70-25＝45℃热容量(Specific heat)(Cρ)＝230J/kg℃薄膜形状记忆合金的比抵抗(ρ)＝80μ·cm电流(I)＝1.0A薄膜形状记忆合金的宽度(W)＝300μm薄膜形状记忆合金的高度(t)＝1.0μm加热时间(tn)th=ρsΔTCD(W·t)2ρ·I2=7.4μsec]]>薄膜形状记忆合金的阻抗(R)＝ρ(1/W·t)＝1.1Ω消耗电力(I2R)＝1.1Watt产生液滴所需的能量加热时间×消耗电力＝8.1μJ因此，喷射记录液20、产生液滴所需的能量约为8.1μJ，比已往加热方式的20μJ减少了消耗能量。
图10是表示本发明的薄膜形状记忆合金的加热时间和温度的线图，用于实验的物性值如下。
薄膜形状记忆合金12a的厚度为1μm，周围温度为25℃。
周围温度为25℃时，加热到70℃变成为母相后，再冷却到30℃的时间约200μsec，换算为振动频率则约为5KHz。因此，打印头的动作频率约为5KHz。但是，变形全部结束的温度(马氏体终了温度)约为45℃，所以，没有必要冷却到30℃，可在此之前再加热，继续喷射记录液20，所以，能提高5KHz以上的动作频率。动作频率大则打印速度快。
下面，参照图11分析薄膜形状记忆合金和因其自身的残留压缩应力引起的变位量及复原力。
a＝b时，a＝200μm薄膜形状记忆合金的材质＝TiNi薄膜形状记忆合金的杨氏模量(Em)＝30GPa存在于薄膜形状记忆合金的残留压缩应力＝30MPa泊松比(Poisson’sratio)(ν)＝0.3向空间部11露出的薄膜形状记忆合金的长度＝a薄膜形状记忆合金的厚度＝hm向空间部11露出的薄膜形状记忆合金的宽度＝b薄膜形状记忆合金的临界压力(Scr)Scr=4.38h2ma2Em1-v2---(1)]]>Scr＝3.6MPa薄膜形状记忆合金的中心变位(δm)δm=2.298hm(SScr-1)---(2)]]>δm＝6.2μm薄膜形状记忆合金产生的最大能量Wmax＝WV·V(WV每单位薄膜形状记忆合金能发挥的能量J/m3V薄膜形状记忆合金的体积Wmax＝(10×106)·(200×200×1)＝4×10-7j冷却时，薄膜形状记忆合金的弯曲(Buckling)产生的能量(Um)为Um=2500Dmh2m33a2(SScr-1)2Dm=Emh3m12(1-v2)]]>＝2.8×10-10j记录液20喷射后，薄膜形状记忆合金弯曲时产生的能量变成使薄膜形状记忆合金产生弯曲变形的复原力P。复原力如下。
Um＝P·ΔV体积变化(ΔV)＝(δs·α2)/4＝6.2×10-14m3复原力(P)＝4.5KPa假设薄膜形状记忆合金的弯曲产生的体积变化的1/2用于喷射，则能形成39μm的液滴。
相对于薄膜形状记忆合金厚度的变位量如下表所示，单位是(μm)。
表1
另外，当构成振动板12的薄膜形状记忆合金12a上没有残留压缩应力时，按以下方法求第2薄膜12b的残留压缩应力产生的变位量及复原力。
(见图11)a＝b时，a＝200μm薄膜形状记忆合金的材质＝TiNi第2薄膜的材质＝热氧化SiO2薄膜形状记忆合金的杨氏模量(Em)＝30GPa第2薄膜的杨氏模量(Es)＝70GPa作用于第2薄膜的残留压缩应力(S)＝300MPa泊松比(Poisson’s ratio)(γ)＝0.3向空间部11露出的振动板12的长度＝a向空间部11露出的振动板12的宽度＝b薄膜形状记忆合金的厚度(hm)＝1μm第2薄膜的厚度(hs)＝1μm第2薄膜的临界压力(Scr)Scr=4.38h2ma2Em1-v2---(1)]]>Scr＝8.4MPa与薄膜形状记忆合金结合时的第2薄膜的中心变位(δs)δm=2.298h(SScr-1)----(2)]]>δs＝13.5μm第2薄膜的残留压缩应力产生的弯曲(bending)能量(Ub)Ub=Π4δ2Dsα2]]>Ds=Esh3s12(1-v2)]]>＝2.9×10-19j第2薄膜的弯曲能量作为由薄膜形状记忆合金和第2薄膜构成的振动板12的弯曲能量储存起来。Ub=Π2δ2Dsα2+Π4δ2Dmα2]]>Ds＝6.5×10-9N/mDm＝2.7×10-9N/m用前式求振动板12的变位量(δ)，则δ＝11.4μm记录液因薄膜形状记忆合金的加热而喷射时，由第2薄膜损失的能量是第2薄膜的残留压缩压力产生的弯曲能量。
弯曲能量(Us)＝2.9×10-9j薄膜形状记忆合金产生的最大能量Wmax＝WV·V(WV每单位薄膜形状记忆合金能发挥的能量J/m3V薄膜形状记忆合金的体积Wmax＝(10×106)·(200×200×1)＝4×10-7j第2薄膜消耗的能量相对于薄膜形状记忆合金的该算出最大能量的比(Us/Wmax)是0.73％。因此，记录液喷射时，可以忽略第2薄膜引起的能量的损失影响。第2薄膜弯曲时产生的能量(Us)US=2500Dsh2s33α2(SScr-1)2=1.5×10-8j]]>记录液喷射后，第2薄膜弯曲时产生的能量Us变成为振动板12的复原力(P)。复原力如下。
Us＝P·ΔV体积变化(ΔV)＝(δs·α)/4＝1.4×10-13m3
复原力(P)＝107.1KPa假设振动板12的变形产生的体积变化的1/2用于喷射，则液滴直径为51μm。
把仅由薄膜形状记忆合金构成的构造与由薄膜形状记忆合金和第2薄膜构成的振动板相比较，变位量从6.2增加到11.4μm，约增加了2倍。复原力从4.5KPa增加到107.1KPa，约增加了20倍。因此，采用第2薄膜能容易地得到所需的变位量，能增加复原力。
由薄膜形状记忆合金和第2薄膜构成的振动板12的变位量如下表所示，其单位是(μm)表2
图12是本发明另一实施例喷射装置的断面图，与图3中相同部件注以相同标号。该实施例中，在基板10的下部备有流路板13和喷咀板18，表示薄膜的结合状态。在基板10上形成上下方向贯通的空间部11，还备有结合在基板10的上部并复盖空间部11的振动板12。振动板12借助于薄膜形状记忆合金12a的温度变化而振动，该振动时产生的力使记录液20喷射。构成振动板12的第2薄膜12b使振动板12的弯曲变形速度(复原力)增加，提高动作频率。
还备有复盖基板10下部的流路板13，在该流路板13上形成与空间部11对应的、收容记录液20的液室14。还备有结合在流路板13下部的喷咀板18，在该喷咀板18上形成与上述液室14对应的喷咀19。喷咀19与朝液室14一侧露出的振动板12对应，振动板12变形时，液室14的压力变化，记录液20以液滴状态通过喷咀19喷射到打印纸上。
这样，在本实施例中在基板10的上部形成了薄膜形状记忆合金12a后，把第2薄膜12b蒸镀在薄膜形状记忆合金12a的上部。然后，用蚀刻在基板10的下部形成空间部11，这样，振动板12就能在第2薄膜12b的残留压缩应力作用下产生弯曲变形。在该弯曲变形的状态加热薄膜形状记忆合金12a时，振动板12变形成为平板状态，然后被冷却又弯曲变形到初期状态。在振动板12的弯曲变形过程中，第2薄膜12b的残留压缩应力引起的复原力被强化，动作频率提高。
图13是本发明另一实施例喷射装置的断面图，与上述第1实施例相同的部件注以相同标号。本实施例中，在基板10的下部形成振动板12，在基板10的上部分别形成流路板13和喷咀板18。即，在薄膜形状记忆合金12a未被加热的初期状态，振动板12是突出到空间部11内部的状态，加热后变成为扁平状态。因此，振动板12被加热成为扁平状时，记录液20补充到液室14内部，振动板12冷却时弯曲变形时，液室14内部的压力增加，记录液20被喷射出。
图14是本发明另一实施例喷射装置的断面图，与上述第1实施例相同的部件注以相同标号。本实施例中，使用了若干片第2薄膜12b，用不同的材质构成第2薄膜12b。图14A中，在薄膜形状记忆合金12a的下面形成2片第2薄膜12b。图14b中，在薄膜形状记忆合金12a的上下面分别形成第2薄膜12b。该构造可以更加强化振动板12的复原力，更加容易地得到所需的变位量。另外，还可以增加振动板12耐久性，确保可靠性。
如上所述，根据本发明，振动板借助于薄膜形状记忆合金的温度变化而振动，该振动使记录液喷射。由于结合着具有残留压缩应力的第2薄膜，所以，在被冷却而复原到初期状态时，该残留压缩应力使复原力强化，动作频率增加。由于振动板的变位量大，形成在基板上的各空间部和形成在流路板上的各液室可以减小，这样，减小了打印头的整体尺寸，可实现小型化，提高喷咀的密集度，有利于实现高成像度。
由于振动板的强度因第2薄膜而加强，所以外部冲击造成的损伤小。由于振动时发生的力大，把记录液推出的力增加，可减少喷咀的堵塞，提高可靠性。并且记录液的液滴大小能够形成得很小，能得到高的打印质量。由于驱动电压在10伏以下，所以驱动电路的设计及制作都很容易，用现有的半导体薄膜制造工序和蚀刻工序极易得到振动板，所以，能提高批量生产的生产性，并且构造简单化。
权利要求
1.一种打印头的记录液喷射装置，其特征在于，备有振动板(12)、电源供给部(21)、流路板(13)和喷咀板(18)；振动板(12)由薄膜形状记忆合金12a和至少一片第2薄膜(12b)构成，薄膜形状记忆合金(12a)由随温度变化而变化形状的形状记忆合金材质做成，第2薄膜(12b)与薄膜形状记忆合金(12a)结合并调节其形状变化量；电源供给部(21)使上述薄膜形状记忆合金(12a)产生温度变化；流路板(13)设置在上述薄膜形状记忆合金(12a)上，形成用于储存记录液(20)的液室(14)，在围成上述液室(14)的壁面的一侧形成供记录液(20)流入用的流路(16)；喷咀板(18)设置在上述流路板(13)上，其上形成面积小于上述流路板(13)的液室(14)面积的喷咀(19)，在(12)薄膜记忆合金12a变化形状时，上述记录液(20)以液滴形态被喷射出。
2.如权利要求1所述的打印头的记录液喷射装置，其特征在于，上述薄膜形状记忆合金(12a)是以钛(Ti)和镍(Ni)为主要成分的形状记忆合金。
3.如权利要求2所述的打印头的记录液喷射装置，其特征在于，为了减小相变化温度差、提高动作频率，上述薄膜形状记忆合金(12a)中还添加了铜(Cu)。
4.如权利要求1所述的打印头的记录液喷射装置，其特征在于，上述薄膜形状记忆合金(12a)的厚度约为0.3～5μm。
5.如权利要求1所述的打印头的记录液喷射装置，其特征在于，上述第2薄膜(12b)的厚度约为0.1～3μm。
6.如权利要求1所述的打印头的记录液喷射装置，其特征在于，上述第2薄膜(12b)含有热二氧化硅(SiO2)。
7.如权利要求1所述的打印头的记录液喷射装置，其特征在于，上述第2薄膜(12b)含有多晶硅。
8.如权利要求1所述的打印头的记录液喷射装置，其特征在于，上述电源供给部(21)备有结合在薄膜形状记忆合金(12a)两端的电极(21a)，使得薄膜形状记忆合金(12a)由自身阻抗发热。
9.如权利要求1所述的打印头的记录液喷射装置，其特征在于，上述电源供给部(21)备有形成在振动板(12)一侧面的加热器(21b)，通过接通电源加热薄膜形状记忆合金(12a)。
10.如权利要求1所述的打印头的记录液喷射装置，其特征在于，备有形成在振动板(12)一侧面的散热膜(12c)，当薄膜形状记忆合金(12a)被加热后又冷却时该散膜(12c)使热发散。
11.如权利要求10所述的打印头的记录液喷射装置，其特征在于，上述散热膜(12c)的厚度约为0.5～3μm。
12.如权利要求10所述的打印头的记录液喷射装置，其特征在于，上述散热膜(12c)含有热传导性好的镍(Ni)。
13.如权利要求1所述的打印头的记录液喷射装置，其特征在于，备有设置在振动板(12)下面的基板(10)，在该基板(10)上形成能使振动板(12)形状变化的空间部(11)。
14.如权利要求13所述的打印头的记录液喷射装置，其特征在于，上述振动板(12)朝着空间部(11)露出，其形状变化的面积是宽度(b)为100μm-500μm，长度(a)为100～300μm。
15.如权利要求13所述的打印头的记录液喷射装置，其特征在于，上述基板(10)含有单晶硅材质。
16.如权利要求1所述的打印头的记录液喷射装置，其特征在于，上述振动板(12)，在薄膜形状记忆合金(12a)被加热到母相终了温度时变化为母相的平板状态；在薄膜形状记忆合金(12a)被冷却到马氏体终了温度时变化为马氏体，这时被第2薄膜(12b)的残留压缩应力弯曲变形。
17.如权利要求16所述的打印头的记录液喷射装置，其特征在于，薄膜形状记忆合金(12a)的母相终了温度约为50～90℃，马氏体终了温度约为40～70℃。
18.如权利要求16所述的打印头的记录液喷射装置，其特征在于，上述薄膜形状记忆合金(12a)被加热到母相后冷却到马氏体的时间约为200μsec以下，动作频率为5KHz以上。
19.一种打印头的记录液喷射方法，其特征在于备有步骤(100)～(108)；在步骤(100)，在基板(10)上形成第2薄膜(12b)；在步骤(101)，把薄膜形状记忆合金(12a)蒸镀到第2薄膜(12b)上，形成振动板(12)；在步骤(102)，对薄膜形状记忆合金(12a)进行热处理，将平板作为母相记忆；在步骤(103)，冷却上述薄膜形状记忆合金(12a)，使其成为马氏体；在步骤(104)，对基板(10)的一部分进行蚀刻，使上述振动板(12)的一部分露出；在步骤(105)，使振动板(12)的露出部位被第2薄膜(12b)的残留压缩应力产生弯曲变形；在步骤(106)，薄膜形状记忆合金(12a)被加热而成为平板状，记录液(20)被喷射出；在步骤(107)，薄膜形状记忆合金(12a)被冷却而成为马氏体，被上述第2薄膜(12b)的残留压缩应力产生弯曲变形，记录液(20)被补充到液室(14)的内部；在步骤(108)，借助于薄膜形状记忆合金(12a)的温度变化，反复上述步骤(106)、(107)，记录液(20)以液滴状被喷射而打印。
全文摘要
本发明能缩短记录液喷射后振动板复原到弯曲变形状态的时间,增加动作频率,提高打印速度,增强振动板的强度,减小外部冲击的损伤。本发明的装置备有振动板、电源供给部、流路板和喷嘴板。振动板由薄膜形状记忆合金和薄膜构成。电源供给部使薄膜形状记忆合金产生温度变化。流路板设置在薄膜形状记忆合金上,其上形成液室,包围液室壁面的一侧形成流路。喷嘴板设置在流路板上,其上形成喷嘴,在薄膜形成变化时,记录液以液滴形态被喷射。
文档编号B41J2/015GK1192963SQ971221
公开日1998年9月16日 申请日期1997年11月21日 优先权日1997年3月10日
发明者崔海龙 申请人:三星电机株式会社