JP3347590B2

JP3347590B2 - 液体吐出ヘッド、ヘッドカートリッジ及び液体吐出装置

Info

Publication number: JP3347590B2
Application number: JP18357496A
Authority: JP
Inventors: 清光工藤; 俊雄樫野; 博之石永
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1996-07-12
Filing date: 1996-07-12
Publication date: 2002-11-20
Anticipated expiration: 2016-07-12
Also published as: JPH1024611A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、熱エネルギーを液
体に作用させることで起こる気泡の発生によって、所望
の液体を吐出する液体吐出ヘッド、液体吐出ヘッドを用
いたヘッドカートリッジ、液体吐出装置に関する。

【０００２】特に本発明は、気泡の発生を利用して変位
する可動部材を有する液体吐出ヘッド、液体吐出ヘッド
を用いたヘッドカートリッジ、液体吐出装置に関する。

【０００３】また本発明は紙、糸、繊維、布帛、皮革、
金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックス等の
被記録媒体に対し記録を行うプリンター、複写機、通信
システムを有するファクシミリ、プリンタ部を有するワ
ードプロセッサ等の装置、さらには各種処理装置と複合
的に組み合わせた産業用記録装置に適用できる発明であ
る。

【０００４】なお、本発明における、「記録」とは、文
字や図形等の意味を持つ画像を被記録媒体に対して付与
することだけでなく、パターン等の意味を持たない画像
を付与することをも意味するものである。

【０００５】

【従来の技術】熱等のエネルギーをインクに与えること
で、インクに急峻な体積変化（気泡の発生）を伴う状態
変化を生じさせ、この状態変化に基づく作用力によって
吐出口からインクを吐出し、これを被記録媒体上に付着
させて画像形成を行なうインクジェット記録方法、いわ
ゆるバブルジェット記録方法が従来知られている。この
バブルジェット記録方法を用いる記録装置には、米国特
許４，７２３，１２９号等の公報に開示されているよう
に、インクを吐出するための吐出口と、この吐出口に連
通するインク流路と、インク流路内に配されたインクを
吐出するためのエネルギー発生手段としての電気熱変換
体が一般的に配されている。

【０００６】この様な記録方法によれば、品位の高い画
像を高速、低騒音で記録することができると共に、この
記録方法を行うヘッドではインクを吐出するための吐出
口を高密度に配置することができるため、小型の装置で
高解像度の記録画像、さらにカラー画像をも容易に得る
ことができるという多くの優れた点を有している。この
ため、このバブルジェット記録方法は近年、プリンタ
ー、複写機、ファクシミリ等の多くのオフィス機器に利
用されており、さらに、捺染装置等の産業用システムに
まで利用されるようになってきている。

【０００７】このようにバブルジェット技術が多方面の
製品に利用されるに従って、次のような様々な要求が近
年さらにたかまっている。

【０００８】例えば、エネルギー効率の向上の要求に対
する検討としては、保護膜の厚さを調整するといった発
熱体の最適化が挙げられている。この手法は、発生した
熱の液体への伝搬効率を向上させる点で効果がある。

【０００９】また、高画質な画像を得るために、インク
の吐出スピードが速く、安定した気泡発生に基づく良好
なインク吐出を行える液体吐出方法等を与えるための駆
動条件が提案されたり、また、高速記録の観点から、吐
出された液体の液流路内への充填（リフィル）速度の速
い液体吐出ヘッドを得るために流路形状を改良したもの
も提案されている。

【００１０】この流路形状の内、流路構造として図３８
（ａ），（ｂ）に示すものが、特開昭６３−１９９９７
２号公報等に記載されている。この公報に記載されてい
る流路構造やヘッド製造方法は、気泡の発生に伴って発
生するバック波（吐出口へ向かう方向とは逆の方向へ向
かう圧力、即ち、液室１２へ向かう圧力）に着目した発
明である。このバック波は、吐出方向へ向かうエネルギ
ーでないため損失エネルギーとして知られている。

【００１１】図３８、（ａ），（ｂ）に示す発明は、発
熱素子２が形成する気泡の発生領域よりも離れ、かつ、
発熱素子２に関して吐出口１１とは反対側に位置する弁
１０を開示する。

【００１２】図３８（ｂ）においては、この弁１０は、
板材等を利用する製造方法によって、流路３の天井に貼
り付いたように初期位置を持ち、気泡の発生に伴って流
路３内へ垂れ下がるものとして開示されている。この発
明は、上述したバック波の一部を弁１０によって制御す
ることでエネルギー損失を抑制するものとして開示され
ている。

【００１３】しかしながら、この構成において、吐出す
べき液体を保持する流路３内部に、気泡が発生した際を
検討するとわかるように、弁１０によるバック波の一部
を抑制することは、液体吐出にとっては実用的なもので
ないことがわかる。

【００１４】もともとバック波自体は、前述したように
吐出に直接関係しないものである。このバック波が流路
３内に発生した時点では、図３８（ａ）に示すように、
気泡のうち吐出に直接関係する圧力はすでに流路３から
液体を吐出可能状態にしている。従って、バック波のう
ち、しかもその一部を抑制したからといっても、吐出に
大きな影響を与えないことは明らかである。

【００１５】他方、バブルジェット記録方法において
は、発熱体がインクに接した状態で加熱を繰り返すた
め、発熱体の表面にインクの焦げによる堆積物が発生す
るが、インクの種類によってはこの堆積物が多く発生す
ることで、気泡の発生を不安定にしてしまい、良好なイ
ンクの吐出を行うことが困難な場合があった。また、吐
出すべき液体が熱によって劣化しやすい液体の場合や十
分に発泡が得られにくい液体の場合においても、吐出す
べき液体を変質させず、良好に吐出するための方法が望
まれていた。

【００１６】このような観点から、熱により気泡を発生
させる液体（発泡液）と吐出する液体（吐出液）とを別
液体とし、発泡による圧力を吐出液に伝達することで吐
出液を吐出する方法が、特開昭６１−６９４６７号公
報、特開昭５５−８１１７２号公報、米国特許４，４８
０，２５９号等の公報に開示されている。これらの公報
では、吐出液であるインクと発泡液とをシリコンゴムな
どの可撓性膜で完全分離し、発熱体に吐出液が直接接し
ないようにすると共に、発泡液の発泡による圧力を可撓
性膜の変形によって吐出液に伝える構成をとっている。
このような構成によって、発熱体表面の堆積物の防止
や、吐出液体の選択自由度の向上等を達成している。

【００１７】しかしながら、前述のように吐出液と発泡
液とを完全分離する構成のヘッドにおいては、発泡時の
圧力を可撓性膜の伸縮変形によって吐出液に伝える構成
であるため、発泡による圧力を可撓性膜がかなり吸収し
てしまう。また、可撓性膜の変形量もあまり大きくない
ため、吐出液と発泡液とを分離することによる効果を得
ることはできるものの、エネルギー効率や吐出力が低下
してしまう虞があった。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、基本的に従
来の気泡（特に膜沸騰に伴う気泡）を液流路中に形成し
て液体を吐出する方式の、根本的な吐出特性を、従来で
は考えられなかった観点から、従来では予想できない水
準に高めることを主たる背景課題とする。

【００１９】発明者達の一部は、液滴吐出の原理に立ち
返り、従来では得られなかった気泡を利用した新規な液
滴吐出方法及びそれに用いられるヘッド等を提供すべく
鋭意研究を行った。このとき、流路中の可動部材の機構
の原理を解析すると言った液流路中の可動部材の動作を
起点とする第１技術解析、及び気泡による液滴吐出原理
を起点とする第２技術解析、さらには、気泡形成用の発
熱体の気泡形成領域を起点とする第３解析を行うことに
した。

【００２０】これらの解析によって、可動部材の支点と
自由端の配置関係を吐出口側つまり下流側に自由端が位
置する関係にすること、また可動部材を発熱体もしく
は、気泡発生領域に面して配することで積極的に気泡を
制御する全く新規な技術を確立するに至った。

【００２１】つぎに、気泡自体が吐出量に与えるエネル
ギーを考慮すると気泡の下流側の成長成分を考慮するこ
とが吐出特性を格段に向上できる要因として最大である
との知見に至った。つまり、気泡の下流側の成長成分を
吐出方向へ効率よく変換させることこそ吐出効率、吐出
速度の向上をもたらすことも判明した。このことから、
発明者らは気泡の下流側の成長成分を積極的に可動部材
の自由端側に移動させるという従来の技術水準に比べ極
めて高い技術水準に至った。

【００２２】さらに、気泡を形成するための発熱領域、
例えば電気熱変換体の液体の流れ方向の面積中心を通る
中心線から下流側、あるいは、発泡を司る面における面
積中心等の気泡下流側の成長にかかわる可動部材や液流
路等の構造的要素を勘案することも好ましいということ
がわかった。

【００２３】また、一方、可動部材の配置と液供給路の
構造を考慮することで、リフィル速度を大幅に向上する
ことができることがわかった。

【００２４】発明者達の一部及び本出願人は、このよう
に研究で得られた知見および、総合的観点から優れた液
体の吐出原理を出願しているが、本発明者達は、この発
明を前提に、より好ましい着想をするに至った。

【００２５】本発明者達が認識した点は、上述した吐出
原理をより有効に活用することを狙い、可動部材の形状
に着目し、それを改善することによって、より高い吐出
効率及び吐出力を達成するという点である。

【００２６】本発明の主たる目的は以下の通りである第
１の目的は、気泡の発生に基づく圧力が可動部材に作用
した際に、圧力の伝搬をより吐出口側に向けることで、
より高い吐出効率及び吐出力が得られる液体吐出ヘッド
等を提供することにある。

【００２７】本発明の第２の目的は、第１の目的に加え
て、吐出効率、吐出力の向上を図りつつ、発熱体上の液
体への蓄熱を大幅に軽減できると共に、発熱体上の残留
気泡の低減を図ることで、良好な液体の吐出を行いうる
液体吐出ヘッド等を提供することにある。

【００２８】本発明の第３の目的は、さらにバック波に
よる液体供給方向とは逆方向への慣性力が働くのを抑え
ると同時に、可動部材の弁機能によって、メニスカス後
退量を低減させることで、リフィル周波数を高め、印字
スピード等を向上させた液体吐出ヘッド等を提供するこ
とにある。

【００２９】本発明の第４の目的は、発熱体上への堆積
物を低減すると共に、吐出用液の用途範囲を広げること
ができ、しかも吐出効率や吐出力が十分に高い液体吐出
ヘッド等を提供することにある。

【００３０】本発明の第５の目的は、吐出する液体の選
択自由度を高くできる液体吐出ヘッド等を提供すること
にある。

【００３１】本発明の第６の目的は複数の液体を供給す
るための液体導入路を少ない部品点数で構成することで
製造が容易で安価なヘッドおよび装置を提供すること、
また小型化が図れた液体吐出ヘッド、装置等を提供する
ことである。

【００３２】

【課題を解決するための手段】上記のような目的を達成
するための本発明の代表的な要件は、次のようなもので
ある。

【００３３】液体を滴として吐出する吐出口と、該吐出
口に連通する液流路と、該液流路の壁に沿って設けら
れ、液体に熱を加えることで該液体に気泡を発生させる
発熱体と、該発熱体に面して設けられた前記吐出口側の
自由端と、該自由端より上流側に設けられた支点と、を
有し、前記液流路内に設けられた可動部材と、を具備
し、前記可動部材が、前記発熱体との対向面の少なくと
も前記自由端に、前記吐出口の最大径より小さい幅を有
する、前記発熱体側から見て凹部となる形状をもつ液体
吐出ヘッド。

【００３４】

【００３５】もしくは、液体を滴として吐出する吐出口
と、該吐出口に連通する第１の液流路と、液体に熱を加
えることで該液体に気泡を発生させる気泡発生領域を有
する第２の液流路と、前記気泡発生領域に面して設けら
れた前記吐出口側の自由端と、該自由端より上流側に設
けられた支点と、を有し、前記第１の液流路と前記気泡
発生領域との間に設けられた可動部材と、を具備し、前
記可動部材が、前記気泡発生領域との対向面の少なくと
も前記自由端に、前記吐出口の最大径より小さい幅を有
する、前記気泡発生領域側から見て凹部となる形状をも
つ液体吐出ヘッド。

【００３６】もしくは、液体を滴として吐出するための
複数の吐出口と、それぞれの吐出口に対応して直接連通
する複数の第１の液流路を構成するための複数の溝と、
前記複数の第１の液流路に液体を供給するための第１の
共通液室を構成する凹部とを一体的に有する溝付き部材
と、液体に熱を与えることで液体に気泡を発生させるた
めの複数の発熱体が配された素子基板と、前記溝付き部
材と前記素子基板との間に前記素子基板の前記発熱体が
配された面に面して設けられた前記吐出口側の自由端
と、該自由端より上流側に設けられた支点と、を有し、
前記発熱体に対応した第２の液流路の壁の一部を構成す
る可動部材と、を具備し、前記可動部材が、前記素子基
板との対向面の少なくとも前記自由端に、前記吐出口の
最大径より小さい幅を有する、前記発熱体側から見て凹
部となる形状をもつ液体吐出ヘッド。

【００３７】もしくは、上述の液体吐出ヘッドと、該液
体吐出ヘッドに供給される液体を保持する液体容器とを
有するヘッドカートリッジ。

【００３８】もしくは、上述の液体吐出ヘッドと、該液
体吐出ヘッドから液体を吐出させるための駆動信号を供
給する駆動信号供給手段とを有する液体吐出装置。

【００３９】もしくは、上述の液体吐出ヘッドと、該液
体吐出ヘッドから吐出された液体を受ける被記録媒体を
搬送する被記録媒体搬送手段とを有する液体吐出装置。

【００４０】本発明の代表的なものにおいては、発熱体
（気泡発生領域）で発生した気泡に基づく圧力により可
動部材が変位し、圧力を吐出口側に導くが、可動部材の
発熱体（気泡発生領域）との対向面の少なくとも自由端
に、吐出口部の最大径より小さい幅を有する、発熱体
（気泡発生領域）側から見て凹部となる形状をもつの
で、可動部材は上記圧力を受けやすく、しかも、受けた
圧力をより吐出口側へ導きやすくなっている。その結
果、吐出口近傍の液体を効率よく吐出できるため、従来
のバブルジェット方式の液体吐出ヘッド等に比べて、吐
出効率を向上できる。例えば本発明の最も好ましい形態
においては２倍以上という飛躍的な吐出効率の向上を達
成できた。

【００４１】この発明のさらに特徴的な構成によれば、
低温や低湿で長期放置を行った場合であっても不吐出に
なることを防止でき、仮に不吐出になっても、予備吐出
や吸引回復といった回復処理をわずかに行うだけで正常
状態に即座に復帰できる利点もある。

【００４２】具体的には６４個の吐出口を持つ従来のバ
ブルジェット方式のヘッドの大半が不吐出になるような
長期放置条件においても、本発明のヘッドでは約半分以
下の吐出口が吐出不良になるだけである。また、これら
のヘッドを予備吐出で回復した場合、各吐出口に対して
従来ヘッドで数千発の予備吐出を行う必要があったが、
本発明では１００発程度の予備吐出で回復を行うだけで
十分であった。これは、回復時間の短縮や回復による液
体の損失を低減でき、ランニングコストも大幅に下げる
ことが可能であることを意味する。

【００４３】また、特に本発明のリフィル特性を向上し
た構成によれば、連続吐出時の応答性、気泡の安定成
長、液滴の安定化を達成して、高速液体吐出による高速
記録また高画質記録を可能にすることができた。

【００４４】本発明のその他の効果については、各実施
例の記載から理解される。

【００４５】なお、本発明の説明で用いる「上流」「下
流」とは、液体の供給源から気泡発生領域（又は可動部
材）を経て、吐出口へ向かう液体の流れ方向に関して、
又はこの構成上の方向に関しての表現として表されてい
る。

【００４６】また、気泡自体に関する「下流側」とは、
主として液滴の吐出に直接作用するとされる気泡の吐出
口側部分を代表する。より具体的には気泡の中心に対し
て、上記流れ方向や上記構成上の方向に関する下流側、
又は、発熱体の面積中心より下流側の領域で発生する気
泡を意味する。

【００４７】また、本発明の説明で用いる「実質的に密
閉」とは、気泡が成長するとき、可動部材が変位する前
に可動部材の周囲の隙間（スリット）から気泡がすり抜
けない程度の状態を意味する。

【００４８】さらに、本発明でいう「分離壁」とは、広
義では気泡発生領域と吐出口に直接連通する領域とを区
分するように介在する壁（可動部材を含んでもよい）を
意味し、狭義では気泡発生領域を含む流路を吐出口に直
接連通する液流路とを区分し、それぞれの領域にある液
体の混合を防止するものを意味する。

【００４９】

【発明の実施の形態】（実施例１）以下、図面を参照して本発明の第１の実施
例を詳細に説明する。

【００５０】まず本実施例では液体を吐出するための、
気泡に基づく圧力の伝搬方向や気泡の成長方向を制御す
ることで吐出力や吐出効率の向上を図る場合の例を説明
する。

【００５１】図１はこのような本実施例の液体吐出ヘッ
ドを液流路方向で切断した模式断面図を示しており、図
２はこの液体吐出ヘッドの部分破断斜視図を示してい
る。また図３は本実施例の液体吐出ヘッドを吐出口方向
から見た模式断面図を示している。

【００５２】本実施例の液体吐出ヘッドは、液体を吐出
するための吐出エネルギー発生素子として、液体に熱エ
ネルギーを作用させる発熱体２（本実施例においては４
０μｍ×１０５μｍの形状の発熱抵抗体）が素子基板１
に設けられており、この素子基板１上に発熱体２に対応
して液流路１０が配されている。液流路１０は吐出口１
８に連通していると共に、複数の液流路１０に液体を供
給するための共通液室１３に連通しており、吐出口１８
から吐出された液体に見合う量の液体をこの共通液室１
３から受け取る。

【００５３】この液流路１０の素子基板１上には、前述
の発熱体２に対向するように面して、金属等の弾性を有
する材料で構成された板状の可動部材３１が片持梁状に
設けられている。可動部材３１の一端は液流路１０の壁
や素子基板上に感光性樹脂などをパターニングして形成
した土台（支持部材）３４等に固定されている。これに
よって可動部材３１は保持されると共に支点（支点部
分）３３を構成している。

【００５４】この可動部材３１は、液体の吐出動作によ
って共通液室１３から可動部材３１を経て吐出口１８側
へ流れる大きな流れの上流側に支点３３を持ち、この支
点３３に対して下流側に自由端（自由端部分）３２を持
つように、発熱体２に面した位置に発熱体２を覆うよう
な状態で発熱体２から１５μｍ程度の距離を隔てて配さ
れている。この発熱体２と可動部材３１との間が気泡発
生領域１１となる。

【００５５】可動部材３１の発熱体２との対向面には、
自由端３２から支点３３側へ向かって延び、可動部材３
１の幅方向での断面が円弧状の凹部６０が形成されてい
る。図３に示すように、自由端３２での凹部６０の幅ｗ
は、吐出口１８の直径ｄより小さくなっている。また、
凹部６０の幅ｗ及び深さは、自由端３２から支点３３側
に向かうにつれ、徐々に小さくなっている。なお、可動
部材３１は板状の部材であるため、発熱体２との対向面
に凹部６０が形成されることに伴い、それと反対側の面
は凸状になっている。

【００５６】発熱体２、可動部材３１の種類や形状およ
び配置はこれに限られることなく、後述するように気泡
の成長や圧力の伝搬を制御しうる形状および配置であれ
ばよい。また、上述した液流路１０は、後に取り上げる
液体の流れの説明のため、可動部材３１を境にして、直
接吐出口１８に連通している部分である第１液流路１４
と、気泡発生領域１１や液体供給路１２を有する部分で
ある第２液流路１６との２つの領域に分け、以降の説明
ではこれら第１液流路１４及び第２液流路１６を用いて
説明する。

【００５７】発熱体２を発熱させることで可動部材３１
と発熱体２との間の気泡発生領域１１の液体に熱を作用
させ、液体に米国特許4,723,129号に記載されているよ
うな膜沸騰現象に基づく気泡４０を発生させる。気泡４
０の発生に基づく圧力と気泡４０は可動部材３１に優先
的に作用し、可動部材３１は図１（ｂ）、（ｃ）もしく
は図２で示されるように支点３３を中心に吐出口１８側
に大きく開くように変位する。可動部材３１の変位若し
くは変位した状態によって気泡４０の発生に基づく圧力
の伝搬や気泡自身の成長が吐出口１８側に導かれる。

【００５８】ここで、本発明の基本的な吐出原理の一つ
を説明する。本発明において最も重要な原理の１つは、
気泡４０に対面するように配された可動部材３１が気泡
４０の圧力あるいは気泡自体に基づいて、定常状態の第
１の位置から変位後の位置である第２の位置へ変位し、
この変位する可動部材３１によって、気泡４０の発生に
伴う圧力や気泡自身を吐出口１８が配された下流側へ導
くことである。

【００５９】この原理を可動部材を用いない従来の液流
路構造を模式的に示した図４と本発明の図５とを比較し
てさらに詳しく説明する。なおここでは吐出口方向への
圧力の伝搬方向をＶA、上流側への圧力の伝搬方向をＶB
として示した。

【００６０】図４で示されるような従来のヘッドにおい
ては、発生した気泡４０による圧力の伝搬方向を規制す
る構成はない。このため気泡４０の圧力伝搬方向はV1〜
V8のように気泡表面の垂線方向となり様々な方向を向い
ていた。このうち、特に液吐出に最も影響を及ぼすＶA
方向に圧力伝搬方向の成分を持つものは、V1〜V4即ち気
泡４０のほぼ半分の位置より吐出口に近い部分の圧力伝
搬の方向成分であり、吐出効率、吐出力、吐出速度等に
直接寄与する重要な部分である。さらにV1は吐出方向Ｖ
Aの方向に最も近いため効率よく働き、逆にV4はＶAに向
かう方向成分は比較的少ない。

【００６１】これに対して、図５で示される本発明の場
合には、可動部材３１が図４の場合のように様々な方向
を向いていた気泡の圧力伝搬方向V1〜V4を下流側（吐出
口側）へ導き、ＶAの圧力伝搬方向に変換するものであ
り、これにより気泡４０の圧力が直接的に効率よく吐出
に寄与することになる。そして、気泡４０の成長方向自
体も圧力伝搬方向V1〜V4と同様に下流方向に導かれ、上
流より下流で大きく成長する。このように、気泡４０の
成長方向自体を可動部材３１によって制御し、気泡４０
の圧力伝搬方向を制御することで、吐出効率や吐出力ま
た吐出速度等の根本的な向上を達成することができる。

【００６２】次に図１に戻って、本実施例の液体吐出ヘ
ッドの吐出動作について詳しく説明する。

【００６３】図１（ａ）は、発熱体２に電気エネルギー
等のエネルギーが印加される前の状態であり、発熱体２
が熱を発生する前の状態である。ここで重要なことは、
可動部材３１が、発熱体２の発熱によって発生した気泡
４０に対し、この気泡４０の少なくとも下流側部分に対
面する位置に設けられていることである。つまり、気泡
４０の下流側が可動部材３１に作用するように、液流路
構造上では少なくとも発熱体２の面積中心３（図１
（ｂ）参照）より下流（発熱体２の面積中心３を通って
液流路１０の長さ方向に直交する線より下流）の位置ま
で可動部材３１が配されている。

【００６４】図１（ｂ）は、発熱体２に電気エネルギー
等が印加されて発熱体２が発熱し、発生した熱によって
気泡発生領域１１内を満たす液体の一部を加熱し、膜沸
騰に伴う気泡４０を発生させた状態である。

【００６５】このとき可動部材３１は気泡４０の発生に
基づく圧力により、気泡４０の圧力の伝搬方向を吐出口
方向に導くように第１位置から第２位置へ変位する。ま
たこのとき、気泡４０の圧力のうち可動部材３１に作用
する圧力成分の大部分は可動部材３１の凹部６０（図２
参照）で受けられ、気泡４０の圧力を吐出口１８側に導
きやすくしている。ここで重要なことは前述したよう
に、可動部材３１の自由端３２を下流側（吐出口側）に
配置し、支点３３を上流側（共通液室１３側）に位置す
るように配置して、可動部材３１の少なくとも一部を発
熱体２の下流部分すなわち気泡４０の下流部分に対面さ
せることである。また、可動部材３１の凹部６０の支点
３３側の終端位置を発熱体２よりも上流側とすること
は、気泡４０の圧力をより凹部６０で受けやすくすると
いう点で好ましいものである。

【００６６】図１（ｃ）は気泡４０がさらに成長した状
態であるが、気泡４０発生に伴う圧力に応じて可動部材
３１はさらに変位している。発生した気泡４０は上流よ
り下流に大きく成長すると共に可動部材３１の第１の位
置（点線位置）を越えて大きく成長している。本実施例
では、可動部材３１の発熱体２との対向面に、吐出口１
８の最大径より小さい幅で自由端３２から支点３３側へ
向かう凹部６０が形成され、可動部材３１に作用する気
泡４０の圧力の大部分を凹部６０で受けているため、気
泡４０の成長に応じて可動部材３１が変位して行くこと
で、気泡４０の圧力伝搬方向や体積移動のしやすい方
向、すなわち気泡４０の成長方向を吐出口１８に均一的
に向かわせることができることも吐出効率を高めると考
えられる。可動部材３１は気泡４０や発泡圧を吐出口方
向へ導く際もこの伝達の妨げになることはほとんどな
く、伝搬する圧力の大きさに応じて効率よく圧力の伝搬
方向や気泡の成長方向を制御することができる。

【００６７】さらに、可動部材３１の凹部６０は、自由
端３２での幅が吐出口１８の直径よりも小さくなってい
るため気泡４０の圧力がより正確に吐出口１８側へ導き
かれ、さらに、凹部６０の幅及び深さが支点３３側に向
かうにつれて徐々に小さくなっているため気泡４０の圧
力がより効率的に吐出口１８側へ導きかれる。

【００６８】図１（ｄ）は、気泡４０が、前述した膜沸
騰の後、気泡内部圧力の減少によって収縮し、消滅する
状態を示している。

【００６９】第２の位置まで変位していた可動部材３１
は、気泡４０の収縮による負圧と可動部材自身のばね性
による復元力によって、図１（ａ）の初期位置（第１の
位置）に速やかに復帰する。また、消泡時には、気泡発
生領域１１での気泡４０の収縮体積を補うため、また、
吐出された液体の体積分を補うために上流側（Ｂ）、す
なわち共通液室側から流れのＶ_D1、Ｖ_D2のように、ま
た、吐出口１８側から流れのＶｃのように液体が流れ込
んでくる。

【００７０】以上、気泡４０の発生に伴う可動部材３１
の動作と液体の吐出動作について説明したが、以下に本
発明の液体吐出ヘッドにおける液体のリフィルについて
詳しく説明する。

【００７１】図１を用いて本発明における液供給メカニ
ズムをさらに詳しく説明する。

【００７２】図１（ｃ）の後、気泡４０が最大体積の状
態を経て消泡過程に入ったときには、消泡した体積を補
う体積の液体が気泡発生領域１１に、第１液流路１４の
吐出口１８側と第２液流路１６の共通液室側１３から流
れ込む。可動部材３１を持たない従来の液流路構造にお
いては、消泡位置に吐出口１８側から流れ込む液体の量
と共通液室１３から流れ込む液体の量は、気泡発生領域
１１より吐出口１８に近い部分と共通液室１３に近い部
分との流抵抗の大きさに起因する（流路抵抗と液体の慣
性に基づくものである。）。

【００７３】このため、吐出口１８に近い側の流抵抗が
小さい場合には、多くの液体が吐出口１８側から消泡位
置に流れ込み、メニスカスＭの後退量が大きくなること
になる。特に、吐出効率を高めるために吐出口１８に近
い側の流抵抗を小さくして吐出効率を高めようとするほ
ど、消泡時のメニスカスＭの後退が大きくなり、リフィ
ル時間が長くなって高速印字を妨げることとなってい
た。

【００７４】これに対して本実施例は可動部材３１を設
けたため、気泡の体積Ｗを、可動部材３１の第１位置を
境に上側をＷ１、気泡発生領域１１側をＷ２とした場
合、消泡時に可動部材３１が元の位置に戻った時点でメ
ニスカスＭの後退は止まり、その後残ったＷ２の体積分
の液体供給は主に第２液流路１６の流れＶD2からの液供
給によって成される。これにより、従来、気泡４０の体
積の半分程度に対応した量がメニスカスＭの後退量にな
っていたのに対して、それより少ないＷ１の半分程度の
メニスカス後退量に抑えることが可能になった。

【００７５】さらに、Ｗ２の体積分の液体供給は消泡時
の圧力を利用して可動部材３１の発熱体２側の面に沿っ
て、主に第２液流路１６の上流側（ＶD2）から強制的に
行うことができるためより速いリフィルを実現できた。

【００７６】ここで特徴的なことは、従来のヘッドで消
泡時の圧力を用いたリフィルを行った場合、メニスカス
の振動が大きくなってしまい画像品位の劣化につながっ
ていたが、本実施例の高速リフィルにおいては可動部材
３１によって吐出口１８側の第１液流路１４の領域と、
気泡発生領域１１との吐出口１８側での液体の流通が抑
制されるためメニスカスＭの振動を極めて少なくするこ
とができることである。このように本発明は、第２液
流路１６の供給路１２を介しての気泡発生領域１１への
強制リフィルと、上述したメニスカス後退や振動の抑制
によって高速リフィルを達成することで、吐出の安定や
高速繰り返し吐出、また記録の分野に用いた場合、画質
の向上や高速記録を実現することができる。

【００７７】本発明の構成においてはさらに次のような
有効な機能を兼ね備えている。それは、気泡４０の発生
による圧力の上流側への伝搬（バック波）を抑制するこ
とである。発熱体２上で発生した気泡４０の内、共通液
室１３側（上流側）の気泡４０による圧力は、その多く
が、上流側に向かって液体を押し戻す力（バック波）に
なっていた。このバック波は、上流側の圧力と、それに
よる液移動量、そして液移動に伴う慣性力を引き起こ
し、これらは液体の液流路１０内へのリフィルを低下さ
せ高速駆動の妨げにもなっていた。本発明においては、
まず可動部材３１によって上流側へのこれらの作用を抑
えることでもリフィル供給性の向上をさらに図ってい
る。

【００７８】次に、本実施例の更なる特徴的な構造と効
果について、以下に説明する。

【００７９】本実施例の第２液流路１６は、発熱体２の
上流に発熱体２と実質的に平坦につながる（発熱体表面
が大きく落ち込んでいない）内壁を持つ液体供給路１２
を有している。このような場合、気泡発生領域１１およ
び発熱体２の表面への液体の供給は、可動部材３１の気
泡発生領域１１に近い側の面に沿って、Ｖ_D2のように行
われる。このため、発熱体２の表面上に液体が淀むこと
が抑制され、液体中に溶存していた気体の析出や、消泡
できずに残ったいわゆる残留気泡が除去され易く、ま
た、液体への蓄熱が高くなりすぎることもない。従っ
て、より安定した気泡の発生を高速に繰り返し行うこと
ができる。なお、本実施例では実質的に平坦な内壁を持
つ供給路１２を持つもので説明したが、これに限らず、
発熱体表面となだらかに繋がり、なだらかな内壁を有す
る供給路であればよく、発熱体２上に液体の淀みや、液
体の供給に大きな乱流を生じない形状であればよい。

【００８０】また、気泡発生領域１１への液体の供給
は、可動部材３１の側部（スリット３５）を介してＶ_D1
から行われるものもある。しかし、気泡発生時の圧力を
さらに有効に吐出口１８に導くために図１で示すように
気泡発生領域１１の全体を覆う（発熱体面を覆う）よう
に大きな可動部材３１を用い、可動部材３１が第１の位
置へ復帰することで、気泡発生領域１１と第１液流路１
４の吐出口１８に近い領域との液体の流抵抗が大きくな
るような形態の場合、前述のＶ_D1から気泡発生領域１１
に向かっての液体の流れが妨げられる。しかし、本発明
のヘッド構造においては、気泡発生領域１１に液体を供
給するための流れＶ_D2があるため、液体の供給性能が非
常に高くなり、可動部材３１で気泡発生領域１１を覆う
ような吐出効率向上を求めた構造を取っても、液体の供
給性能を落とすことがない。

【００８１】ところで、可動部材３１の自由端３２と支
点３３の位置は、例えば図６で示されるように、自由端
３２が相対的に支点３３より下流側にある。このような
構成のため、前述した発泡の際に気泡の圧力伝搬方向や
成長方向を吐出口１８側に導く等の機能や効果を効率よ
く実現できるのである。さらに、この位置関係は吐出に
対する機能や効果のみならず、液体の供給の際にも液流
路１０を流れる液体に対する流抵抗を小さくでき高速に
リフィルできるという効果を達成している。これは図６
に示すように、吐出によって後退したメニスカスＭが毛
管力により吐出口１８へ復帰する際や、消泡に対しての
液供給が行われる場合に、液流路１０（第１液流路１
４、第２液流路１６を含む）内を流れる流れＳ1、Ｓ2、
Ｓ3に対し、逆らわないように自由端と支点３３とを配
置しているためである。

【００８２】補足すれば、本実施例図１においては、前
述のように可動部材３１の自由端３２が、発熱体２を上
流側領域と下流側領域とに２分する面積中心３（発熱体
２の面積中心（中央）を通り液流路１０の長さ方向に直
交する線）より下流側の位置に対向するように発熱体２
に対して延在している。これによって発熱体２の面積中
心位置３より下流側で発生する液体の吐出に大きく寄与
する圧力、又は気泡を可動部材３１が受け、この圧力及
び気泡を吐出口１８側に導くことができ、吐出効率や吐
出力を根本的に向上させることができる。

【００８３】さらに、加えて上記気泡の上流側をも利用
して多くの効果を得ている。

【００８４】また、本実施例の構成においては可動部材
３１の自由端３２が瞬間的な機械的変位を行っているこ
とも、液体の吐出に対して有効に寄与している考えられ
る。

【００８５】（実施例２）図７に本発明の第２の実施例
を示す。この図７において、Ａは可動部材３１が変位し
ている状態を示し（気泡は図示せず）、Ｂは可動部材３
１が初期位置（第１位置）の状態を示し、このＢの状態
をもって、気泡発生領域１１を吐出口１８に対して実質
的に密閉しているとする。（ここでは図示していない
が、Ａ、Ｂ間には流路壁があり流路と流路を分離してい
る。）図７における可動部材３１には、実施例１と同様
に凹部６０が形成されている。また、土台３４を側部に
２点設け、その間に液供給路１２を設けている。これに
より、可動部材３１の発熱体２側の面に沿って、また、
発熱体２の面と実質的に平坦もしくは、なだらかにつな
がる面を持つ液供給路から液体の供給を成すことができ
る。

【００８６】ここで、可動部材３１の初期位置（第１位
置）では、可動部材３１は発熱体２の下流側および横方
向に配された発熱体下流壁３６と発熱体側壁３７に近接
または密着しており、気泡発生領域１１の吐出口１８側
に実質的に密閉されている。このため、発泡時の気泡の
圧力、特に気泡の下流側の圧力を逃がさず可動部材３１
の自由端３２側に集中的に作用させることができる。

【００８７】また、消泡時には、可動部材３１は第１位
置に戻り、発熱体２上への消泡時の液供給は気泡発生領
域１１の吐出口１８側が実質的に密閉状態になるため、
メニスカスの後退抑制等、先の実施例で説明した種々の
効果を得ることができる。また、リフィルに関する効果
においても先の実施例と同様の機能、効果を得ることが
できる。

【００８８】また、本実施例においては、図２や図７の
ように、可動部材３１を支持固定する土台３４を、発熱
体２より離れた上流に設けると共に、液流路１０より小
さな幅とすることで前述のような供給路１２への液体の
供給を行っている。また、土台３４の形状のこれに限ら
ず、リフィルをスムースに行えるものであればよい。

【００８９】なお、本実施例においては可動部材３１と
発熱体２の間隔を１５μｍ程度としたが、気泡の発生に
基づく圧力が十分に可動部材３１に伝わる範囲であれば
よい。

【００９０】（実施例３）図８は、本発明の基本的な概
念の一つを示すもので、本発明の実施例３となる。図８
は、一つの液流路１０中に気泡発生領域１１、そこで発
生する気泡および可動部材３１との位置関係を示してい
ると共に、本発明の液体吐出ヘッドによる液体吐出方法
やリフィル方法をより分かり易くした実施例である。

【００９１】前述の実施例の多くは、可動部材３１の自
由端３２に対して、発生する気泡の圧力を集中して、急
峻な可動部材３１の移動と同時に気泡の移動を吐出口１
８側に集中させることを達成している。これに対して、
本実施例は、発生する気泡の自由度を与えながら、滴吐
出に直接作用する気泡の吐出口１８側である気泡の下流
側部分を可動部材３１の自由端３２側で規制するもので
ある。

【００９２】構成上で説明すると、図８では、前述の図
２（実施例１）に比較すると、図２で素子基板１上に設
けられた気泡発生領域の下流端に位置するバリヤーとし
ての凸部（図１の斜線部分）が本実施例では設けられて
いない。つまり、可動部材３１の自由端領域および両側
端領域は、吐出口領域に対して気泡発生領域１１を実質
的に密閉せずに開放している。その他、可動部材３１の
形状等は実施例１と同様である。

【００９３】本実施例では、気泡の液滴吐出に直接作用
する下流側部分のうち、下流側先端部の気泡成長が許容
されているので、その圧力成分を吐出に有効に利用して
いる。加えて少なくともこの下流側部分の上方へ向かう
圧力（図４のＶ₁、Ｖ₂、Ｖ ₃の分力）を可動部材３１
の自由端側部分が、この下流側先端部の気泡成長に加え
られるように作用するため吐出効率を上述した実施例と
同様に向上する。前記実施例に比較して本実施例は、発
熱体２の駆動に対する応答性が優れている。

【００９４】また、本実施例は、構造上簡単であるため
製造上の利点がある。

【００９５】本実施例の可動部材３１の支点部は、可動
部材３１の面部に対して小さい幅の１つの土台３４に固
定されている。従って、消泡時の気泡発生領域１１への
液体供給は、この土台３４の両側を通って供給される
（図の矢印参照）。この土台３４は供給性を確保するも
のであればどのような構造でもよい。

【００９６】液体の供給時におけるリフィルは、本実施
例の場合には、可動部材３１の存在によって気泡の消泡
にともなって上方から気泡発生領域１１へ流れ込む流れ
が制御されるので、従来の発熱体のみの気泡発生構造に
対して優れたものとなる。無論、これによって、メニス
カスの後退量を減じることもできる。

【００９７】本実施例の変形実施例としては、可動部材
３１の自由端３２に対する両側端（一方でも可）のみを
気泡発生領域１１に対して実質的に密閉状態とすること
は好ましいものとして挙げられる。この構成によれば、
可動部材３１の側方へ向かう圧力をも先に説明した気泡
の吐出口側端部の成長に変更して利用することができる
ので、一層吐出効率が向上する。

【００９８】（実施例４）前述した機械的変位による液
体の吐出力をさらに向上させた例を本実施例で説明す
る。図９はこのようなヘッド構造の横断面図である。図
９においては、可動部材３１の自由端３２の位置が発熱
体２のさらに下流側に位置するように、可動部材３１が
延在している実施例を示している。これによって自由端
位置での可動部材３１の変位速度を高くすることがで
き、可動部材３１の変位による吐出力の発生をさらに向
上させることができる。その他可動部材３１の形状等は
実施例１と同様である。

【００９９】また、自由端３２が先の実施例に比較して
吐出口１８側に近づくことになるので気泡４０の成長を
より安定した方向成分に集中できるので、より優れた吐
出を行うことができる。

【０１００】また、気泡４０の圧力中心部の気泡成長速
度に応じて、可動部材３１は変位速度Ｒ１で変位する
が、この位置より支点３３に対して遠い位置の自由端３
２はさらに速い速度Ｒ２で変位する。これにより、自由
端３２を高い速度で機械的に液体に作用せしめ液移動を
起こさせることで吐出効率を高めている。

【０１０１】（実施例５）図１０（ａ）、（ｂ）、
（ｃ）は本発明の実施例５を示す。

【０１０２】本実施例の構造は先の実施例と異なり、吐
出口１８と直接連通する領域は液室側と連通した流路形
状となっておらず、構造の簡略化が図れるものである。

【０１０３】液供給は全て、可動部材３１の気泡発生領
域側の面に沿った供給路１２からのみ行われるもので、
可動部材３１の形状、自由端３２や支点３３の吐出口１
８に対する位置関係や発熱体２に面する構成は前述の実
施例と同様である。

【０１０４】本実施例は、吐出効率や液供給性等、前述
した効果を実現するものであるが、特にメニスカスの後
退を抑制し消泡時の圧力を利用して、ほとんど全ての液
供給を消泡時の圧力を利用して、強制リフィルを行うも
のである。

【０１０５】図１０（ａ）は発熱体２により液体を発泡
させた状態を示しており、図１０（ｂ）は、前記発泡が
収縮しつつある状態で、このとき可動部材３１の初期位
置への復帰とＳ3による液供給が行われる。

【０１０６】図１０（ｃ）では、可動部材３１が初期位
置に復帰する際のわずかなメニスカス後退を、消泡後に
吐出口１８付近の毛細管力によって、リフィルしている
状態である。

【０１０７】（実施例６）以下、図１１〜図１３を参照
して本発明の実施例６について説明する。

【０１０８】本実施例においても主たる液体の吐出原理
については先の実施例と同じであるが、本実施例におい
ては液流路を複流路構成にすることで、さらに、熱を加
えることで発泡させる液体（発泡液）と、主として吐出
される液体（吐出液）とを分けることができるものであ
る。

【０１０９】図１１は、本実施例の液体吐出ヘッドの流
路方向の断面模式図を示しており、図１２はこの液体吐
出ヘッドの部分破断斜視図を示している。

【０１１０】本実施例の液体吐出ヘッドは、液体に気泡
を発生させるための熱エネルギーを与える発熱体２が設
けられた素子基板１上に、発泡用の第２液流路１６があ
り、その上に吐出口１８に直接連通した吐出液用の第１
液流路１４が配されている。第１液流路１４の上流側
は、複数の第１液流路１４に吐出液を供給するための第
１共通液室１５に連通しており、第２液流路１６の上流
側は、複数の第２液流路１６に発泡液を供給するための
第２共通液室１７に連通している。

【０１１１】但し、発泡液と吐出液を同じ液体とする場
合には、共通液室を一つにして共通化させてもよい。

【０１１２】第１液流路１４と第２液流路１６との間に
は、金属等の弾性を有する材料で構成された分離壁３０
が配されており、第１液流路１４と第２液流路１６とを
区分している。なお、発泡液と吐出液とができる限り混
ざり合わない方がよい液体の場合には、この分離壁３０
によってできる限り完全に第１液流路１４と第２液流路
１６の液体の流通を分離した方がよいが、発泡液と吐出
液とがある程度混ざり合っても問題がない場合には、分
離壁３０に完全分離の機能を持たせなくてもよい。

【０１１３】発熱体２の面方向上方への投影空間（以下
吐出圧発生領域という。；図１１中のＡの領域とＢの気
泡発生領域１１）に位置する部分の分離壁３０は、スリ
ット３５によって、吐出口１８側（液体の流れの下流
側）が自由端３２で、共通液室（１５、１７）側に支点
３３が位置する片持梁形状の可動部材３１となってい
る。この可動部材３１は、気泡発生領域１１（Ｂ）に面
して配されているため、発泡液の発泡によって第１液流
路１４側の吐出口１８側に向けて開口するように動作す
る（図中矢印方向）。図１２においても、発熱体２とし
ての発熱抵抗部と、この発熱抵抗部に電気信号を印加す
るための配線電極５とが配された素子基板１上に、第２
液流路を構成する空間を介して分離壁３０が配置されて
いる。

【０１１４】可動部材３１の支点３３、自由端３２の配
置と、発熱体２との配置の関係については先の実施例と
同様にしている。さらに、可動部材３１の形状について
も、先の実施例と同様に、発熱体２に対向する面に、吐
出口１８部の最大径より幅が小さく、自由端３２から支
点３３側へ向かって延びる凹部６０が形成されており、
気泡の圧力を吐出口１８側へ導きやすい構造となってい
る。

【０１１５】また、先の実施例で液供給路１２と発熱体
２との構造の関係について説明したが、本実施例におい
ても第２液流路１６と発熱体２との構造の関係を同じく
している。

【０１１６】次に図１３を用いて本実施例の液体吐出ヘ
ッドの動作を説明する。

【０１１７】ヘッドを駆動させるにあたっては、第１液
流路１４に供給される吐出液と第２液流路１６に供給さ
れる発泡液として同じ水系のインクを用いて動作させ
た。発熱体２が発生した熱が、第２液流路１６の気泡発
生領域内１１の発泡液に作用することで、先の実施例で
説明したのと同様に発泡液に米国特許4,723,129号に記
載されているような膜沸騰現象に基づく気泡４０を発生
させる。

【０１１８】本実施例においては、気泡発生領域１１の
上流側を除く、３方からの発泡圧の逃げがないため、こ
の気泡発生にともなう圧力が吐出圧発生部に配された可
動部材３１側に集中して伝搬し、気泡４０の成長を伴っ
て可動部材３１が図１３（ａ）の状態から図１３（ｂ）
のように第１液流路１４側に変位する。この可動部材３
１の動作によって第１液流路１４と第２液流路１６とが
大きく連通し、気泡４０の発生に基づく圧力が第１液流
路１４の吐出口側の方向（Ａ方向）に主に伝わる。この
圧力の伝搬と、前述のような可動部材３１の機械的変位
によって液体が吐出口から吐出される。

【０１１９】次に、気泡４０が収縮するに伴って可動部
材３１が図１３（ａ）の位置まで戻ると共に、第１液流
路１４では吐出された吐出液体の量に見合う量の吐出液
体が上流側から供給される。本実施例においても、この
吐出液体の供給は前述の実施例と同様に可動部材３１が
閉じる方向であるため、吐出液体のリフィルを可動部材
３１で妨げることがない。

【０１２０】本実施例は、可動部材３１が変位しやすい
こと、可動部材３１の変位に伴う発泡圧力の伝搬、気泡
４０の成長方向、バック波の防止等に関する主要部分の
作用や効果については先の実施例１等と同じであるが、
本実施例のような２流路構成をとることによって、さら
に次のような長所がある。

【０１２１】すなわち、上述の実施例の構成によると、
吐出液と発泡液とを別液体とし、発泡液の発泡で生じた
圧力によって吐出液を吐出することができる。このため
従来、熱を加えても発泡が十分に行われにくく吐出力が
不十分であったポリエチレングリコール等の高粘度の液
体であっても、この液体を第１液流路１４に供給し、発
泡液として発泡が良好に行われる液体（エタノール：水
＝４：６の混合液１〜２ｃｐ程度等）や低沸点の液体を
第２液流路１６に供給することで良好に吐出させること
ができる。

【０１２２】また、発泡液として、熱を受けても発熱体
２の表面にコゲ等の堆積物を生じない液体を選択するこ
とで、発泡を安定化し、良好な吐出を行うことができ
る。

【０１２３】さらに、本発明のヘッドの構造においては
先の実施例で説明したような効果をも生じるため、さら
に高吐出効率、高吐出力で高粘性液体等の液体を吐出す
ることができる。

【０１２４】また、加熱に弱い液体の場合においてもこ
の液体を第１液流路１４に吐出液として供給し、第２液
流路１６で熱的に変質しにくく良好に発泡を生じる液体
を供給すれば、加熱に弱い液体に熱的な害を与えること
なく、しかも上述のように高吐出効率、高吐出力で吐出
することができる。

【０１２５】（その他の実施例）以上、本発明の液体吐
出ヘッドや液体吐出方法の要部の実施例について説明を
行ったが、以下にこれらの実施例に好ましく適用できる
実施態様例について図面を用いて説明する。但し、以下
の説明においては前述の１流路形態の実施例と２流路形
態の実施例のいずれかを取り上げて説明する場合がある
が特に記載しない限り、両実施例に適用しうるものであ
る。

【０１２６】〈可動部材の形状〉図１４〜図１７に、可
動部材３１の形状の種々の例を示す。図１４〜図１７の
（ａ）は、それぞれ可動部材３１を自由端３２側から見
た図であり、図１４〜図１７の（ｂ）は、それぞれ可動
部材３１を発熱体２ととともに側方から見た図である。

【０１２７】図１４に示した可動部材３１では、凹部６
０は矩形状の断面を有し、その幅及び深さが、自由端３
２から支点３３側へ向かって徐々に小さくなっている。
また、凹部６０の支点３３側の終端は、発熱体２よりも
上流側（支点側）に位置している。

【０１２８】図１５に示した可動部材３１では、凹部６
０は三角形状の断面を有し、その幅及び深さが、自由端
３２から支点３３側へ向かって徐々に小さくなってい
る。また、凹部６０の支点３３側の終端は、発熱体２よ
りも下流側に位置している。

【０１２９】図１６に示した可動部材３１では、凹部６
０は円弧状の断面を有し、その幅及び深さは一定であ
る。また、凹部６０の支点３３側の終端は、発熱体２よ
りも上流側に位置している。

【０１３０】図１７に示した可動部材３１では、凹部６
０の形状は図１６に示したものと同様であるが、支点３
３側の終端がさらに上流側にあり、支点３３よりも上流
側である。

【０１３１】上述の図１４〜図１７のいずれに示した可
動部材３１においても、気泡の圧力を効率良く吐出口側
へ導くことができる。特に、図１４及び図１５に示した
ような、凹部６０の幅及び深さを支点側へ向かって徐々
に小さくしたものでは、気泡の圧力をより効率良く吐出
口側へ導くことができるものである。

【０１３２】＜液流路の天井形状＞図１８は本発明の液
体吐出ヘッドの流路方向断面図であるが、第１液流路１
４（若しくは図１における液流路１０）を構成するため
の溝が設けられた溝付き部材５０が分離壁３０上に設け
られている。本実施例においては可動部材３１の自由端
３２位置近傍の流路天井の高さが高くなっており、可動
部材３１の動作角度θをより大きく取れるようにしてい
る。この可動部材３１の動作範囲は、液流路の構造、可
動部材３１の耐久性や発泡力等を考慮して決定すればよ
いが、吐出口１８の軸方向の角度を含む角度まで動作す
ることが望ましいと考えられる。

【０１３３】また、この図で示されるように吐出口１８
の直径より可動部材３１の自由端３２の変位高さを高く
することで、より十分な吐出力の伝達が成される。ま
た、この図で示されるように、可動部材３１の自由端３
２位置の液流路天井の高さより可動部材３１の支点３３
位置の液流路天井の高さの方が低くなっているため、可
動部材３１の変位による上流側への圧力波の逃げがさら
に有効に防止できる。

【０１３４】＜第２液流路と可動部材との配置関係＞図
１９は、上述の可動部材３１と第２液流路１６との配置
関係を説明するための図であり、同図（ａ）は分離壁３
０、可動部材３１近傍を上方から見た図であり、同図
（ｂ）は、分離壁３０を外した第２液流路１６を上方か
ら見た図である。そして、同図（ｃ）は、可動部材６と
第２液流路１６との配置関係を、これらの各要素を重ね
ることで模式的に示した図である。なお、いずれの図も
図面下方が吐出口が配されている前面側である。また、
可動部材３１の三角状の部分は、発熱体２との対向面に
凹部を形成したことに伴って反対側の面に現れた凸部の
輪郭である。

【０１３５】本実施例の第２液流路１６は発熱体２の上
流側（ここでの上流側とは第２共通液室側から発熱***
置、可動部材、第１流路を経て吐出口に向う大きな流れ
の中の上流側のことである。）に狭窄部１９を持ってお
り、発泡時の圧力が第２液流路１６の上流側に容易に逃
げることを抑制するような室（発泡室）構造となってい
る。

【０１３６】従来のヘッドのように、発泡する流路と液
体を吐出するための流路とが同じで、発熱体より液室側
に発生した圧力が共通液室側に逃げないように狭窄部を
設けるヘッドの場合には、液体のリフィルを充分考慮し
て、狭窄部における流路断面積があまり小さくならない
構成を採る必要があった。

【０１３７】しかし、本実施例の場合、吐出される液体
の多くを第１液流路内の吐出液とすることができ、発熱
体２が設けられた第２液流路１６内の発泡液はあまり消
費されないようにできるため、第２液流路１６の気泡発
生領域への発泡液の充填量は少なくて良い。従って、上
述の狭窄部１９における間隔を数μｍ〜十数μｍと非常
に狭くできるため、第２液流路１６で発生した発泡時の
圧力をあまり周囲に逃がすことをさらに抑制でき、集中
して可動部材３１側に向けることができる。そしてこの
圧力を可動部材３１を介して吐出力として利用すること
ができるため、より高い吐出効率、吐出力を達成するこ
とができる。ただ、第２液流路１６の形状は上述の構造
に限られるものではなく、気泡発生に伴う圧力が効果的
に可動部材３１側に伝えられる形状であれば良い。

【０１３８】可動部材３１の側方は第２液流路１６を構
成する壁の一部を覆っている。このことで、可動部材３
１の第２液流路１６への落ち込みが防止できる。これに
よって、前述した吐出液と発泡液との分離性をさらに高
めることができる。また、気泡のスリット３５からの逃
げの抑制ができるため、さらに吐出圧や吐出効率を高め
ることができる。さらに、前述の消泡時の圧力による上
流側からのリフィルの効果を高めることができる。

【０１３９】なお、図１３（ｂ）や図１８においては、
可動部材３１の第１液流路１４側への変位に伴って、第
２液流路１６の気泡発生領域１１で発生した気泡４０の
一部が第１液流路１４側に延在しているが、この様に気
泡４０が延在するような第２液流路１６の高さにするこ
とで、気泡４０が延在しない場合に比べ更に吐出力を向
上させることができる。この様に気泡４０が第１液流路
１４に延在するようにするためには、第２液流路１６の
高さを最大気泡の高さより低くすることが望ましく、こ
の高さを数μｍ〜３０μｍとすることが望ましい。な
お、本実施例においてはこの高さを１５μｍとした。

【０１４０】＜可動部材および分離壁＞図２０は可動部
材３１の他の平面形状を示すもので、３５は、分離壁に
設けられたスリットであり、このスリット３５によって
可動部材３１が形成されている。同図（ａ）は長方形の
形状であり、（ｂ）は支点側が細くなっている形状で可
動部材の動作が容易な形状であり、同図（ｃ）は支点側
が広くなっており、可動部材３１の耐久性が向上する形
状である。動作の容易性と耐久性が良好な形状として、
図１９（ａ）で示したように、支点側の幅が円弧状に狭
くなっている形態が望ましいが、可動部材３１の形状は
第２液流路１６側に入り込むことがなく、容易に動作可
能な形状で、耐久性に優れた形状であればよい。

【０１４１】先の実施例においては、板状の可動部材３
１及びこの可動部材３１を有する分離壁は厚さ５μｍの
ニッケルで構成したが、これに限られることなく、可動
部材３１、分離壁を構成する材質としては発泡液と吐出
液に対して耐溶剤性があり、可動部材３１として良好に
動作するための弾性を有し、スリットの形成や厚み方向
の形状の制御が行えるものであればよい。

【０１４２】可動部材３１の材料としては、耐久性の高
い、銀、ニッケル、金、鉄、チタン、アルミニュウム、
白金、タンタル、ステンレス、りん青銅等の金属、およ
びその合金、または、アクリロニトリル、ブタジエン、
スチレン等のニトリル基を有する樹脂、ポリアミド等の
アミド基を有する樹脂、ポリカーボネイト等のカルボキ
シル基を有する樹脂、ポリアセタール等のアルデヒド基
を持つ樹脂、ポリサルフォン等のスルホン基を持つ樹
脂、そのほか液晶ポリマー等の樹脂およびその化合物、
耐インク性の高い、金、タングステン、タンタル、ニッ
ケル、ステンレス、チタン等の金属、これらの合金およ
び耐インク性に関してはこれらを表面にコーティングし
たもの若しくは、ポリアミド等のアミド基を有する樹
脂、ポリアセタール等のアルデヒド基を持つ樹脂、ポリ
エーテルエーテルケトン等のケトン基を有する樹脂、ポ
リイミド等のイミド基を有する樹脂、フェノール樹脂等
の水酸基を有する樹脂、ポリエチレン等のエチル基を有
する樹脂、ポリプロピレン等のアルキル基を持つ樹脂、
エポキシ樹脂等のエポキシ基を持つ樹脂、メラミン樹脂
等のアミノ基を持つ樹脂、キシレン樹脂等のメチロール
基を持つ樹脂およびその化合物、さらに二酸化珪素等の
セラミックおよびその化合物が望ましい。

【０１４３】分離壁３０の材質としては、ポリエチレ
ン、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリエチレンテレフ
タレート、メラミン樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹
脂、ポリブタジエン、ポリウレタン、ポリエーテルエー
テルケトン、ポリエーテルサルフォン、ポリアリレー
ト、ポリイミド、ポリサルフォン、液晶ポリマー（ＬＣ
Ｐ）等の近年のエンジニアリングプラスチックに代表さ
れる耐熱性、耐溶剤性、成型性の良好な樹脂、およびそ
の化合物、もしくは、二酸化珪素、チッ化珪素、ニッケ
ル、金、ステンレス等の金属、合金およびその化合物、
もしくは表面にチタンや金をコーティングしたものが望
ましい。

【０１４４】また、分離壁３０の厚さは、分離壁３０と
しての強度を達成でき、可動部材３１として良好に動作
するという観点からその材質と形状等を考慮して決定す
ればよいが、０．５μｍ〜１０μｍ程度が望ましい。

【０１４５】なお、可動部材３１を形成するためのスリ
ット３５の幅は本実施例では２μｍとしたが、発泡液と
吐出液とが異なる液体であり、両液体の混液を防止した
い場合は、スリット幅を両者の液体間でメニスカスを形
成する程度の間隔とし、夫々の液体同士の流通を抑制す
ればよい。例えば、発泡液として２ｃｐ（センチポア
ズ）程度の液体を用い、吐出液として１００ｃｐ以上の
液体を用いた場合には、５μｍ程度のスリットでも混液
を防止することができるが、３μｍ以下にすることが望
ましい。

【０１４６】本発明における可動部材としてはμｍオー
ダーの厚さを対象としており、ｃｍオーダーの厚さの可
動部材は意図していない。μｍオーダーの厚さの可動部
材にとって、μｍオーダーのスリット幅を対象とする場
合、製造のバラツキをある程度考慮することが望まし
い。

【０１４７】本発明の「実質的な密閉状態」を与えるス
リットとしては、このような数μｍオーダであればより
確実である。

【０１４８】上述のように、発泡液と吐出液とに機能分
離させた場合、可動部材がこれらの実質的な仕切部材と
なる。この可動部材が気泡の生成に伴って移動する際に
吐出液に対して発泡液がわずかに混入することが見られ
る。画像を形成する吐出液は、インクジェット記録の場
合、色材濃度を３％乃至５％程度有するものが一般的で
あることを考慮すると、この発泡液が吐出液滴に対して
２０％以下の範囲で含まれても大きな濃度変化をもたら
さない。従って、このような混液としては、吐出液滴に
対して２０％以下となるような発泡液と吐出液との混合
を本発明に含むものとする。

【０１４９】尚、上記構成例の実施では、粘性を変化さ
せても上限で１５％の発泡液の混合であり、５ｃｐ以下
の発泡液では、この混合比率は、駆動周波数にもよる
が、１０％程度を上限とするものであった。

【０１５０】特に、吐出液の粘度を２０ｃｐ以下にすれ
ばする程、この混液は低減（例えば５％以下）できる。

【０１５１】次に、このヘッドにおける発熱体と可動部
材の配置関係について、図を用いて説明する。ただし、
可動部材と発熱体の形状および寸法，数は、以下に限定
されるものではない。発熱体と可動部材の最適な配置に
よって、発熱体による発泡時の圧力を吐出圧として有効
に利用することが可能となる。

【０１５２】熱等のエネルギーをインクに与えること
で、インクに急峻な体積変化（気泡の発生）を伴う状態
変化を生じさせ、この状態変化に基づく作用力によって
吐出口からインクを吐出し、これを被記録媒体上に付着
させて画像形成を行うインクジェット記録方法、いわゆ
るバブルジェット記録方法の従来技術においては、図２
１に示すように、発熱体面積とインク吐出量は比例関係
にあるが、インク吐出に寄与しない非発泡有効領域Ｓが
存在していることがわかる。また、発熱体上のコゲの様
子から、この非発泡有効領域Ｓが発熱体の周囲に存在し
ていることがわかる。これらの結果から、発熱体周囲の
約４μｍ幅は、発泡に関与されていないとされている。

【０１５３】したがって、発泡圧を有効利用するために
は、発熱体の周囲から約４μｍ以上内側の発泡有効領域
の直上が可動部材の可動領域で覆われるように、可動部
材を配置するのが効果的であると、言える。本実施例に
おいては、発泡有効領域を発熱体周囲から約４μｍ以上
内側としたが、発熱体の種類や形成方法によっては、こ
れに限定されるものではない。

【０１５４】図２２に、５８×１５０μｍの発熱体２に
可動領域の総面積が異なる可動部材３１ａ（（ａ）
図）、可動部材３１ｂ（（ｂ）図）を配置したときの上
部から見た模式図を示す。

【０１５５】可動部材３１ａの寸法は、５３×１４５μ
ｍで、発熱体２の面積よりも小さいが、発熱体２の発泡
有効領域と同じ程度の寸法であり、該発泡有効領域を覆
うように、配置されている。一方、可動部材３１ｂの寸
法は、５３×２２０μｍで発熱体２の面積よりも大きく
（幅寸法を同じにした場合、支点３３〜可動先端間の寸
法が発熱体２の長さよりも長い）、可動部材３１ａと同
じように発泡有効領域を覆うように配置されている。上
記２種の可動部材３１ａ，３１ｂに対し、それらの耐久
性と吐出効率について測定を行った。測定条件は以下の
通りである。

【０１５６】発泡液：エタノール４０％水溶液吐出用インク：染料インク電圧：２０．２Ｖ周波数：３ｋＨｚこの測定条件で実験を行った結果、可動部材の耐久性に
関しては、（ａ）可動部材３１ａの方は、１×１０⁷パ
ルス印加したところで可動部材３１ａの支点部分に損傷
が見られた。（ｂ）可動部材３１ｂの方は、３×１０⁸
パルス印加しても、損傷は見られなかった。また、投入
エネルギーに対する吐出量と吐出速度からもとまる運動
エネルギーも約１．５〜２．５倍程度向上することが確
認された。

【０１５７】以上の結果から、耐久性、吐出効率の両面
からみても、発泡有効領域の真上を覆うように可動部材
を設け、該可動部材の面積が発熱体の面積よりも大きい
方が、優れていることがわかる。

【０１５８】図２３に発熱体のエッジから可動部材の支
点までの距離と、可動部材の変位量の関係を示す。ま
た、図２４に、発熱体２と可動部材３１との位置関係を
側面方向から見た断面構成図を示す。発熱体２は４０×
１０５μｍのものを用いた。発熱体２のエッジから可動
部材３１の支点３３までの距離ｌが大きい程、変位量が
大きいことがわかる。したがって、要求されるインクの
吐出量や吐出液の流路構造および発熱体形状などによっ
て、最適変位量を求め、可動部材３１の支点３３の位置
を決めることが望ましい。

【０１５９】また、可動部材３１の支点３３が発熱体２
の発泡有効領域直上に位置する場合は、可動部材３１の
変位による応力に加え、発泡圧力が直接支点３３に加わ
るため可動部材３１の耐久性が低下してしまう。本発明
者の実験によると、発泡有効領域の真上に支点３３を設
けたものでは、１×１０⁶パルス程度で、可動壁に損傷
が生じており、耐久性が低下してしまうことが分かって
いる。したがって、可動部材３１の支点３３は、発熱体
２の発泡有効領域直上外に配置することで耐久性がそれ
程高くない形状や材質の可動部材３１であっても実用可
能性が高くなる。ただし、前記発泡有効領域直上に支点
３３がある場合でも形状や材質を選択すれば、良好に用
いることができる。かかる構成において、高吐出効率お
よび耐久性に優れた液体吐出ヘッドが得られる。

【０１６０】＜素子基板＞以下に液体に熱を与えるため
の発熱体が設けられた素子基板の構成について説明す
る。

【０１６１】図２５は本発明の液体吐出ヘッドの縦断面
図を示したもので、図２５（ａ）は後述する保護膜（耐
キャビテーション層）があるヘッド、同図（ｂ）は保護
膜がないものである。

【０１６２】素子基板１上に第２液流路１６、分離壁３
０、第１液流路１４、第１液流路１４を構成する溝を設
けた溝付き部材５０が配されている。

【０１６３】素子基板１には、シリコン等の基体１０７
に絶縁および蓄熱を目的としたシリコン酸化膜またはチ
ッ化シリコン膜１０６を成膜し、その上に発熱体２を構
成するハフニュウムボライド（ＨｆＢ₂）、チッ化タン
タル（ＴａＮ）、タンタルアルミ（ＴａＡｌ）等の電気
抵抗層１０５（０．０１〜０．２μｍ厚）とアルミニュ
ウム等の配線電極（０．２〜１．０μｍ厚）を図１５の
ようにパターニングしている。この２つの配線電極１０
４から電気抵抗層１０５に電圧を印加し、電気抵抗層１
０５に電流を流し発熱させる。配線電極１０４間の電気
抵抗層１０５上には、酸化シリコンやチッ化シリコン等
の保護層１０３を０．１〜２．０μｍ厚で形成し、さら
にそのうえにタンタル等の耐キャビテーション層１０２
（０．１〜０．６μｍ厚）が成膜されており、インク等
の各種の液体から電気抵抗層１０５を保護している。

【０１６４】特に、気泡の発生、消泡の際に発生する圧
力や衝撃波は非常に強く、堅くてもろい酸化膜の耐久性
を著しく低下させるため、金属材料のタンタル（Ｔａ）
等が耐キャビテーション層１０２として用いられる。

【０１６５】また、液体、液流路構成、抵抗材料の組み
合わせにより上述の耐キャビテーション層１０２を必要
としない構成でもよく、その例を図２５（ｂ）に示す。
このような耐キャビテーション層を必要としない電気抵
抗層１０５の材料としてはイリジュウム−タンタル−ア
ルミ合金等が挙げられる。

【０１６６】このように、前述の各実施例における発熱
体２の構成としては、前述の配線電極１０４間の電気抵
抗層（発熱部）１０５だけででもよく、また電気抵抗層
１０５を保護する保護層１０３を含むものでもよい。

【０１６７】本実施例においては、発熱体２として電気
信号に応じて発熱する電気抵抗層１０５で構成された発
熱部を有するものを用いたが、これに限られることな
く、吐出液を吐出させるのに十分な気泡を発泡液に生じ
させるものであればよい。例えば、発熱部としてレーザ
等の光を受けることで発熱するような光熱変換体や高周
波を受けることで発熱するような発熱部を有する発熱体
でもよい。

【０１６８】なお、前述の素子基板１には、前述の発熱
部を構成する電気抵抗層１０５とこの電気抵抗層１０５
に電気信号を供給するための配線電極１０４で構成され
る電気熱変換体の他に、この電気熱変換素子を選択的に
駆動するためのトランジスタ、ダイオード、ラッチ、シ
フトレジスタ等の機能素子が一体的に半導体製造工程に
よって作り込まれていてもよい。

【０１６９】また、前述のような素子基板１に設けられ
ている電気熱変換体の発熱部を駆動し、液体を吐出する
ためには、前述の電気抵抗層１０５に配線電極１０４を
介して図２６で示されるような矩形パルスを印加し、配
線電極１０４間の電気抵抗層１０５を急峻に発熱させ
る。前述の各実施例のヘッドにおいては、それぞれ電圧
２４Ｖ、パルス幅７μｓｅｃ、電流１５０ｍＡ、電気信
号を６ｋＨｚで加えることで発熱体を駆動させ、前述の
ような動作によって、吐出口１８から液体であるインク
を吐出させた。しかしながら、駆動信号の条件はこれに
限られることなく、発泡液を適正に発泡させることがで
きる駆動信号であればよい。

【０１７０】＜２流路構成のヘッド構造＞以下に、第
１、第２の共通液室に異なる液体を良好に分離して導入
でき部品点数の削減を図れ、コストダウンを可能とする
液体吐出ヘッドの構造例について説明する。

【０１７１】図２７は、このような液体吐出ヘッドの構
造を示す模式図であり、先の実施例と同じ構成要素につ
いては同じ符号を用いており、詳しい説明はここでは省
略する。

【０１７２】本実施例においては、溝付き部材５０は、
吐出口１８を有するオリフィスプレート５１と、複数の
第１液流路１４を構成する複数の溝と、複数の第１液流
路１４に共通して連通し、各第１液流路１４に液体（吐
出液）を供給するための第１共通液室１５を構成する凹
部とから概略構成されている。

【０１７３】この溝付き部材５０の下側部分に分離壁３
０を接合することにより複数の第１液流路１４を形成す
ることができる。このような溝付き部材５０は、その上
部から第１共通液室１５内に到達する第１液体供給路２
０を有している。また、溝付き部材５０は、その上部か
ら分離壁３０を突き抜けて第２共通液室１７内に到達す
る第２液体供給路２１を有している。

【０１７４】第１の液体（吐出液）は、図２７の矢印Ｃ
で示すように、第１液体供給路２０を経て、第１共通液
室１５、次いで第１液流路１４に供給され、第２の液体
（発泡液）は、図２７の矢印Ｄで示すように、第２液体
供給路２１を経て、第２共通液室１７、次いで第２液流
路１６に供給されるようになっている。

【０１７５】本実施形態例では、第２液体供給路２１
は、第１液体供給路２０と平行して配されているが、こ
れに限ることはなく、第１共通液室１５の外側に配され
た分離壁３０を貫通して、第２共通液室１７に連通する
ように形成されればどのように配されてもよい。

【０１７６】また、第２液体供給路２１の太さ（直径）
に関しては、第２液体の供給量を考慮して決められる。
第２液体供給路２１の形状は丸形状である必要はなく、
矩形状等でもよい。

【０１７７】また、第２共通液室１７は、溝付き部材５
０を分離壁３０で仕切ることによって形成することがで
きる。形成の方法としては、図２８で示す本実施例の分
解斜視図のように、素子基板１上にドライフィルムで共
通液室枠７１と第２液路壁７２を形成し、分離壁３０を
固定した溝付き部材５０と分離壁３０との結合体と素子
基板１とを貼り合わせることにより第２共通液室１７や
第２液流路１６を形成してもよい。

【０１７８】本実施形態例では、アルミニュウム等の金
属で形成された支持体７０上に、前述のように、発泡液
に対して膜沸騰による気泡を発生させるための熱を発生
する発熱体としての電気熱変換素子が複数設けられた素
子基板１が配されている。

【０１７９】この素子基板１上には、第２液路壁７２に
より形成された第２液流路１６を構成する複数の溝と、
複数の発泡液流路に連通し、それぞれの発泡液路に発泡
液を供給するための第２共通液室（共通発泡液室）１７
を構成する凹部と、前述した可動壁３１が設けられた分
離壁３０とが配されている。

【０１８０】溝付き部材５０は、分離壁３０と接合され
ることで吐出液流路（第１液流路）１４を構成する溝
と、吐出液流路に連通し、それぞれの吐出液流路に吐出
液を供給するための第１共通液室（共通吐出液室）１５
を構成するための凹部と、第１共通液室１５に吐出液を
供給するための第１液体供給路（吐出液供給路）２０
と、第２共通液室１７に発泡液を供給するための第２液
体供給路（発泡液供給路）２１とを有している。第２の
供給路２１は、第１共通液室１５の外側に配された分離
壁３０を貫通して第２共通液室１７に連通する連通路に
繋がっており、この連通路によって吐出液と混合するこ
となく発泡液を第２共通液室１７に供給することができ
る。

【０１８１】素子基板１、分離壁３０、溝付き部材５０
の配置関係は、素子基板１の発熱体２に対応して可動部
材３１が配置されており、この可動部材３１に対応して
吐出液流路１４が配されている。また、本実施形態例で
は、１つの第２液体供給路２１を溝付き部材５０に配し
た例を示したが、供給量に応じて複数設けてもよい。さ
らに第１液体供給路２０と第２液体供給路２１の流路断
面積は供給量に比例して決めればよい。このような流路
断面積の最適化により溝付き部材５０等を構成する部品
をより小型化することも可能である。

【０１８２】以上説明したように本実施例によれば、第
２液流路１６に第２液体を供給する第２液体供給路２１
と、第１液流路１４に第１液体を供給する第１液体供給
路２０とが同一の溝付き部材５０からなることにより部
品点数が削減でき、工程の短縮化とコストダウンが可能
となる。

【０１８３】また第２液流路１６に連通した第２共通液
室１７への、第２液体の供給は、第１液体と第２液体を
分離する分離壁３０を突き抜ける方向で第２液流路１６
によって行なわれる構造であるため、前記分離壁３０と
溝付き部材５０と素子基板１との貼り合わせ工程が１度
で済み、作りやすさが向上すると共に、貼り合わせ精度
が向上し、良好に吐出することができる。

【０１８４】また、第２液体は、分離壁３０を突き抜け
て第２共通液室１７へ供給されるため、第２液流路１６
に第２液体の供給が確実となり、供給量が十分確保でき
るため、安定した吐出が可能となる。

【０１８５】＜吐出液体、発泡液体＞先の実施例で説明
したように本発明においては、前述のような可動部材を
有する構成によって、従来の液体吐出ヘッドよりも高い
吐出力や吐出効率でしかも高速に液体を吐出することが
できる。本実施例の内、発泡液と吐出液とに同じ液体を
用いる場合には、発熱体から加えられる熱によって劣化
せずに、また加熱によって発熱体上に堆積物を生じにく
く、熱によって気化、凝縮の可逆的状態変化を行うこと
が可能であり、さらに液流路や可動部材や分離壁等を劣
化させない液体であれば種々の液体を用いることができ
る。

【０１８６】このような液体の内、記録を行う上で用い
る液体（記録液体）としては従来のバブルジェット装置
で用いられていた組成のインクを用いることができる。

【０１８７】一方、本発明の２流路構成のヘッドを用
い、吐出液と発泡液を別液体とした場合には、発泡液と
して前述のような性質の液体を用いればよく、具体的に
は、メタノール、エタノール、ｎ−プロパノール、イソ
プロパノール、ｎ−ヘキサン、ｎ−ヘプタン、ｎ−オク
タン、トルエン、キシレン、二塩化メチレン、トリクレ
ン、フレオンＴＦ、フレオンＢＦ、エチルエーテル、ジ
オキサン、シクロヘキサン、酢酸メチル、酢酸エチル、
アセトン、メチルエチルケトン、水等およびこれらの混
合物が挙げられる。

【０１８８】吐出液としては、発泡性の有無、熱的性質
に関係なく様々な液体を用いることができる。また、従
来吐出が困難であった発泡性が低い液体、熱によって変
質、劣化しやすい液体や高粘度液体等であっても利用で
きる。

【０１８９】ただし、吐出液の性質として吐出液自身、
又は発泡液との反応によって、吐出や発泡また可動部材
の動作等を妨げるような液体でないことが望まれる。

【０１９０】記録用の吐出液体としては、高粘度インク
等をも利用することができる。その他の吐出液体として
は、熱に弱い医薬品や香水等の液体を利用することもで
きる。

【０１９１】本発明においては、吐出液と発泡液の両方
に用いることができる記録液体として以下のような組成
のインクを用いて記録を行ったが、吐出力の向上によっ
てインクの吐出速度が高くなったため、液滴の着弾精度
が向上し非常に良好な記録画像を得ることができた。

【０１９２】

【外１】また、発泡液と吐出液に以下で示すような組成の液体を
組み合わせて吐出させて記録を行った。その結果、従来
のヘッドでは吐出が困難であった十数ｃｐ粘度の液体は
もちろん１５０ｃｐという非常に高い粘度の液体でさえ
も良好に吐出でき、高画質な記録物を得ることができ
た。

【０１９３】

【外２】ところで、前述したような従来吐出されにくいとされて
いた液体の場合には、吐出速度が低いために、吐出方向
性のバラツキが助長され記録紙上のドットの着弾精度が
悪く、また吐出不安定による吐出量のバラツキが生じこ
れらのことで、高品位画像が得にくかった。しかし、上
述の実施例の構成においては、気泡の発生を発泡液を用
いることで充分に、しかも安定して行うことができる。
このことで、液滴の着弾精度向上とインク吐出量の安定
化を図ることができ記録画像品位を著しく向上すること
ができた。

【０１９４】＜液体吐出ヘッドの製造＞次に、本発明の
液体吐出ヘッドの製造工程について説明する。

【０１９５】図２で示したような液体吐出ヘッドの場合
には、素子基板１上に可動部材３１を設けるための土台
３４をドライフィルム等をパターニングすることで形成
し、この土台３４に、例えば電鋳法を用いて所定の凹部
を有する形状に形成した可動部材３１を接着、もしくは
溶着固定した。その後、各液流路１０を構成する複数の
溝と吐出口１８と共通液室１３を構成する凹部を有する
溝付き部材を、溝と可動部材３１が対応するような状態
で素子基板１に接合することで形成した。

【０１９６】次に、図１１や図２８で示されるような２
流路構成の液体吐出ヘッドの製造工程について説明す
る。

【０１９７】大まかには、素子基板１上に第２液流路１
６の壁を形成し、その上に、可動部材３１を有する分離
壁３０を取り付け、さらにその上に第１液流路１４を構
成する溝等が設けられた溝付き部材５０を取り付ける。
もしくは、第２液流路１６の壁を形成した後、この壁の
上に分離壁３０を取り付けた溝付き部材５０を接合する
ことでヘッドの製造を行った。

【０１９８】さらに第２液流路１６の作製方法について
詳しく説明する。

【０１９９】図２９（ａ）〜（ｅ）は、本発明の液体吐
出ヘッドの製造方法の一例を説明するための概略断面図
である。

【０２００】本例においては、（ａ）に示すように、素
子基板（シリコンウエハ）１上に半導体製造工程で用い
るのと同様の製造装置を用いてハフニュウムボライドや
チッ化タンタル等からなる発熱体２を有する電気熱変換
用素子を形成した後、次工程における感光性樹脂との密
着性の向上を目的として素子基板１の表面に洗浄を施し
た。さらに、密着性を向上させるには、素子基板１の表
面に紫外線−オゾン等による表面改質を行った後、例え
ばシランカップリング剤（日本ユニカ製：Ａ１８９）を
エチルアルコールで１重量％に希釈した液を上記改質表
面上にスピンコートすることで達成される。

【０２０１】次に、表面洗浄を行い、密着性を向上した
素子基板１上に、（ｂ）に示すように、紫外線感光性樹
脂フィルム（東京応化製：ドライフィルムオーディル
ＳＹ−３１８）ＤＦをラミネートした。

【０２０２】次に、（ｃ）に示すように、ドライフィル
ムＤＦ上にフォトマスクＰＭを配し、このフォトマスク
ＰＭを介してドライフィルムＤＦのうち、第２流路壁と
して残す部分に紫外線を照射した。この露光工程は、キ
ヤノン（株）製：ＭＰＡ−６００を用いて行い、約６０
０ｍＪ／ｃｍ²の露光量で行った。

【０２０３】次に、（ｄ）に示すように、ドライフィル
ムＤＦを、キシレンとブチルセルソルブアセテートとの
混合液からなる現像液（東京応化製：ＢＭＲＣ−３）で
現像し、未露光部分を溶解させ、露光して硬化した部分
を第２液流路１６の壁部分として形成した。さらに、素
子基板１表面に残った残渣を酸素プラズマアッシング装
置（アルカンテック社製：ＭＡＳ−８００）で約９０秒
間処理して取り除き、引き続き、１５０℃で２時間、さ
らに紫外線照射１００ｍＪ／ｃｍ²を行って露光部分を
完全に硬化させた。

【０２０４】以上の方法により、上記シリコン基板から
分割、作製される複数のヒータボード（素子基板）に対
し、一様に第２液流路１６を精度よく形成することがで
きる。シリコン基板を、厚さ０．０５ｍｍのダイヤモン
ドブレードを取り付けたダイシングマシン（東京精密
製：ＡＷＤ−４０００）で各々のヒータボード１に切
断、分離した。分離されたヒータボード１を接着剤（東
レ製：ＳＥ４４００）でアルミベースプレート（支持
体）７０上に固定した（図３２）。次いで、予めアルミ
ベースプレート７０上に接合しておいたプリント配線基
板７３（図３２）と、ヒータボード１とを直径０．０５
ｍｍのアルミワイヤ（図示略）で接続した。

【０２０５】次に、このようにして得られたヒータボー
ド１に、図２９（ｅ）に示すように、上述の方法で溝付
き部材５０と分離壁３０との接合体を位置決め接合し
た。すなわち、凹部６０を有する可動部材３１が形成さ
れた分離壁３０を接合した溝付き部材５０とヒータボー
ド１とを位置決めし、押さえバネ７８（図３２）により
係合、固定した後、インク・発泡液用供給部材８０（図
３２）をアルミベースプレート７０上に接合固定し、ア
ルミワイヤ間、溝付き部材５０とヒータボード１とイン
ク・発泡液用供給部材８０との隙間をシリコーンシーラ
ント（東芝シリコーン製：ＴＳＥ３９９）で封止して完
成させた。

【０２０６】以上の製法で第２液流路１６を形成するこ
とにより、各ヒータボード１の各発熱体２に対して位置
ズレのない精度の良い流路を得ることができる。特に、
溝付き部材５０と分離壁３０とをあらかじめ先の工程で
接合しておくことで、第１液流路１４と可動部材３１の
位置精度を高めることができる。

【０２０７】そして、これらの高精度製造技術によっ
て、吐出安定化が図られ印字品位が向上する。また、ウ
エハ上に一括で形成することが可能なため、多量に低コ
ストで製造することが可能である。

【０２０８】なお、本例では、第２液流路１６を形成す
るために紫外線硬化型のドライフィルムを用いたが、紫
外域、特に２４８ｎｍ付近に吸収帯域をもつ樹脂を用
い、ラミネート後、硬化させ、エキシマレーザで第２液
流路１６となる部分の樹脂を直接除去することによって
も得ることが可能である。

【０２０９】図３０（ａ）〜（ｄ）は、本発明の液体吐
出ヘッドの製造方法の他の例を説明するための概略断面
図である。

【０２１０】本例においては、（ａ）に示すように、Ｓ
ＵＳ基板１１００上に厚さ１５μｍのレジスト１０１を
第２液流路の形状でパターニングした。

【０２１１】次に、（ｂ）に示すように、ＳＵＳ基板１
１００に対して電気メッキを行ってＳＵＳ基板１１００
上にニッケル層１１０２を同じく１５μｍ成長させた。
メッキ液としては、スルフォミン酸ニッケルに応力減少
剤（ワールドメタル社製：ゼロオール）とほう酸、ピッ
ト防止剤（ワールドメタル社製：ＮＰ−ＡＰＳ）、塩化
ニッケルを使用した。電着時の電界のかけ方としては、
アノード側に電極を付け、カソード側に既にパターニン
グしたＳＵＳ基板１１００を取り付け、メッキ液の温度
を５０℃とし、電流密度を５Ａ／ｃｍ²とした。

【０２１２】次に、（ｃ）に示すように、上記のような
メッキを終了したＳＵＳ基板１１００に超音波振動を与
え、ニッケル層１１０２の部分をＳＵＳ基板１１００か
ら剥離し、所望の第２の液流路を得た。

【０２１３】一方、電気熱変換用素子を配設したヒータ
ボードを、半導体と同様の製造装置を用いてシリコンウ
エハに形成した。このウエハを先の実施例と同様に、ダ
イシングマシンで各々のヒータボードに分離した。この
ヒータボード１を、予めプリント配線基板７３が接合さ
れたアルミベースプレート７０に接合し、プリント配線
基板７３とアルミワイヤ（図示略）とを接続することで
電気的配線を形成した。このような状態のヒータボード
１上に、図３０（ｄ）に示すように、先の工程で得た第
２液流路１６を位置決め固定した。この固定に際して
は、後工程で、図２９を用いて説明した例と同様に分離
壁を固定した溝付き部材と押さえバネによって係合・密
着されるため、溝付き部材接合時に位置ズレが発生しな
い程度に固定されていれば十分である。

【０２１４】本例では、上記位置決め固定に紫外線硬化
型接着剤（グレースジャパン製：アミコンＵＶ−３０
０）を塗布し、紫外線照射装置を用い、露光量を１００
ｍＪ／ｃｍ²として約３秒間で固定を完了した。

【０２１５】本例の製法によれば、発熱体２に対して位
置ズレのない精度の高い第２液流路１６を得ることがで
きることに加え、ニッケルで流路壁を形成しているた
め、アルカリ性の液体に強く、信頼性の高いヘッドを提
供することが可能となる。

【０２１６】図３１（ａ）〜（ｄ）は、本発明の液体吐
出ヘッドの製造方法のさらに他の例を説明するための概
略断面図である。

【０２１７】本例においては、（ａ）に示すように、ア
ライメント穴１１００ａあるいはマークを有する厚さ１
５μｍのＳＵＳ基板１１００の両面にレジスト１１０３
を塗布した。ここで、レジスト１１０３としては、東京
応化製のＰＭＥＲＰ−ＡＲ９００を使用した。

【０２１８】この後、（ｂ）に示すように、ＳＵＳ基板
１１００のアライメント穴１１００ａに合わせて、露光
装置（キヤノン（株）製：ＭＰＡ−６００）を用いて露
光し、第２液流路を形成すべき部分のレジスト１１０３
を除去した。露光は８００ｍＪ／ｃｍ²の露光量で行っ
た。

【０２１９】次に、（ｃ）に示すように、両面のレジス
ト１１０３がパターニングされたＳＵＳ基板１１００
を、エッチング液（塩化第２鉄または塩化第２銅の水溶
液）に浸漬し、レジスト１１０３から露出している部分
をエッチングした後、レジスト１１０３を剥離した。

【０２２０】次に、（ｄ）に示すように、先の製造方法
の例と同様に、ヒータボード１上に、エッチングされた
ＳＵＳ基板１１００を位置決め固定して第２液流路１６
を有する液体吐出ヘッドを組み立てた。

【０２２１】本例の製法によれば、発熱体２に対し位置
ズレのない精度の高い第２液流路１６を得ることができ
ることに加え、ＳＵＳで流路を形成しているため、酸や
アルカリ性の液体に強く信頼性の高い液体吐出ヘッドを
提供することができる。

【０２２２】以上説明したように、本例の製造方法によ
れば、素子基板状に予め第２液流路の壁を配設すること
によって、発熱体と第２液流路とが高精度に位置決めす
ることが可能となる。また、切断、分離前の基板上の多
数の素子基板に対して第２液流路を同時に形成すること
ができるので、多量に、かつ、低コストの液体吐出ヘッ
ドを提供することができる。

【０２２３】また、本例の製造方法によって得られた液
体吐出ヘッドは、発熱体と第２液流路とが高精度に位置
決めされているので、電気熱変換体の発熱による発泡の
圧力を効率よく受けることができ、吐出効率に優れたも
のとなる。

【０２２４】＜液体吐出ヘッドカートリッジ＞次に、上
記実施形態例に係る液体吐出ヘッドを搭載した液体吐出
ヘッドカートリッジを概略説明する。

【０２２５】図３２は、前述した液体吐出ヘッドを含む
液体吐出ヘッドカートリッジの模式的分解斜視図であ
り、液体吐出ヘッドカートリッジは、主に液体吐出ヘッ
ド部２００と液体容器９０とから概略構成されている。

【０２２６】液体吐出ヘッド部２００は、素子基板１、
分離壁３０、溝付き部材５０、押さえバネ７８、液体供
給部材８０、アルミベースプレート（支持体）７０等か
ら成っている。素子基板１には、前述のように発泡液に
熱を与えるための発熱抵抗体が、複数個、列状に設けら
れており、また、この発熱抵抗体を選択的に駆動するた
めの機能素子が複数設けられている。この素子基板１と
可動壁を持つ前述の分離壁３０との間に発泡液路が形成
され発泡液が流通する。この分離壁３０と溝付き部材５
０との接合によって、吐出される吐出液体が流通する吐
出流路（不図示）が形成される。

【０２２７】押さえバネ７８は、溝付き部材５０に素子
基板１方向への付勢力を作用させる部材であり、この付
勢力により素子基板１、分離壁３０、溝付き部材５０
と、後述する支持体７０とを良好に一体化させている。

【０２２８】支持体７０は、素子基板１等を支持するた
めのものであり、この支持体７０上にはさらに素子基板
１に接続し電気信号を供給するためのプリント配線基板
７３や、装置側と接続することで装置側と電気信号のや
りとりを行うためのコンタクトパッド７４が配置されて
いる。

【０２２９】液体容器９０は、液体吐出ヘッド部２００
に供給される、インク等の吐出液体と気泡を発生させる
ための発泡液とを内部に区分収容している。液体容器９
０の外側には、液体吐出ヘッド部２００と液体容器９０
との接続を行う接続部材を配置するための位置決め部９
４と、接続部材を固定するための固定軸９５が設けられ
ている。吐出液体の供給は、液体容器９０の吐出液体供
給路９２から接続部材の供給路８４を介して液体供給部
材８０の吐出液体供給路８１に供給され、各部材の液供
給路８３，７９，２０を介して第１の共通液室に供給さ
れる。発泡液も同様に、液体容器９０の発泡液体供給路
９３から接続部材の供給路を介して液体供給部材８０の
発泡液供給路８２に供給され、各部材の液供給路８４，
７９，２１を介して第２液室に供給される。

【０２３０】以上の液体吐出ヘッドカートリッジにおい
ては、発泡液と吐出液が異なる液体である場合も、供給
を行いうる供給形態および液体容器９０で説明したが、
吐出液体と発泡液体とが同じである場合には、発泡液と
吐出液の供給経路および容器を分けなくてもよい。

【０２３１】なお、この液体容器９０には、各液体の消
費後に液体を再充填して使用してもよい。このためには
液体容器９０に液体注入口を設けておくことが望まし
い。又、液体吐出ヘッド部２００と液体容器９０とは一
体であってもよく、分離可能としてもよい。

【０２３２】＜液体吐出装置＞図３３は、前述の液体吐
出ヘッドを搭載した液体吐出装置の概略構成を示してい
る。本実施例では特に吐出液体としてインクを用いたイ
ンク吐出記録装置ＩＪＲＡを用いて説明する。液体吐出
装置のキャリッジＨＣは、インクを収容する液体容器９
０と液体吐出ヘッド部２００とが着脱可能なヘッドカー
トリッジを搭載しており、被記録媒体搬送手段で搬送さ
れる記録紙等の被記録媒体１５０の幅方向（矢印ａ，ｂ
方向）に往復移動する。

【０２３３】不図示の駆動信号供給手段からキャリッジ
ＨＣ上の液体吐出手段に駆動信号が供給されると、この
信号に応じて液体吐出ヘッド部２００から被記録媒体１
５０に対して記録液体が吐出される。

【０２３４】また、本実施例の液体吐出装置において
は、被記録媒体搬送手段とキャリッジＨＣを駆動するた
めの駆動源としてのモータ１１１、駆動源からの動力を
キャリッジＨＣに伝えるためのギア１１２，１１３、及
びキャリッジ軸８５等を有している。この記録装置及び
この記録装置で行う液体吐出方法によって、各種の被記
録媒体に対して液体を吐出することで良好な画像の記録
物を得ることができた。

【０２３５】図３４は、本発明の液体吐出ヘッドを適用
したインク吐出記録装置を動作させるための装置全体の
ブロック図である。

【０２３６】記録装置は、ホストコンピュータ３００よ
り印字情報を制御信号として受ける。印字情報は印字装
置内部の入出力インタフェイス３０１に一時保存される
と同時に、記録装置内で処理可能なデータに変換され、
ヘッド駆動信号供給手段を兼ねるＣＰＵ３０２に入力さ
れる。ＣＰＵ３０２はＲＯＭ３０３に保存されている制
御プログラムに基づき、前記ＣＰＵ３０２に入力された
データをＲＡＭ３０４等の周辺ユニットを用いて処理
し、印字するデータ（画像データ）に変換する。

【０２３７】またＣＰＵ３０２は前記画像データを記録
用紙上の適当な位置に記録するために、画像データに同
期して記録用紙およびヘッド２００を移動する駆動用モ
ータ３０６を駆動するための駆動データを作る。画像デ
ータおよびモータ駆動データは、各々ヘッドドライバ３
０７と、モータドライバ３０５を介し、ヘッド２００お
よび駆動モータ３０６に伝達され、それぞれ制御された
タイミングで駆動され画像を形成する。

【０２３８】上述のような記録装置に適用でき、インク
等の液体の付与が行われる被記録媒体としては、各種の
紙やＯＨＰシート、コンパクトディスクや装飾板等に用
いられるプラスチック材、布帛、アルミニュウムや銅等
の金属材、牛皮、豚皮、人工皮革等の皮革材、木、合板
等の木材、竹材、タイル等のセラミックス材、スポンジ
等の三次元構造体等を対象とすることができる。

【０２３９】また上述の記録装置として、各種の紙やＯ
ＨＰシート等に対して記録を行うプリンタ装置、コンパ
クトディスク等のプラスチック材に記録を行うプラスチ
ック用記録装置、金属板に記録を行う金属用記録装置、
皮革に記録を行う皮革用記録装置、木材に記録を行う木
材用記録装置、セラミックス材に記録を行うセラミック
ス用記録装置、スポンジ等の三次元網状構造体に対して
記録を行う記録装置、又布帛に記録を行う捺染装置等を
も含むものである。

【０２４０】またこれらの液体吐出装置に用いる吐出液
としては、夫々の被記録媒体や記録条件に合わせた液体
を用いればよい。

【０２４１】＜記録システム＞次に、本発明の液体吐出
ヘッドを記録ヘッドとして用い被記録媒体に対して記録
を行う、インクジェット記録システムの一例を説明す
る。

【０２４２】図３５は、前述した本発明の液体吐出ヘッ
ドを用いたインクジェット記録システムの構成を説明す
るための模式図である。本実施例における液体吐出ヘッ
ドは、被記録媒体１５０の記録可能幅に対応した長さに
３６０ｄｐｉの間隔で吐出口を複数配したフルライン型
のヘッドであり、イエロー（Ｙ），マゼンタ（Ｍ），シ
アン（Ｃ），ブラック（Ｂｋ）の４色に対応した４つの
ヘッド２０１ａ〜２０１ｄをホルダ２０２によりＸ方向
に所定の間隔を持って互いに平行に固定支持されてい
る。

【０２４３】これらのヘッド２０１ａ〜２０１ｄに対し
てそれぞれ駆動信号供給手段を構成するヘッドドライバ
３０７から信号が供給され、この信号に基づいて各ヘッ
ド２０１ａ〜２０１ｄの駆動が成される。

【０２４４】各ヘッド２０１ａ〜２０１ｄには、吐出液
としてＹ，Ｍ，Ｃ，Ｂｋの４色のインクがそれぞれイン
ク容器２０４ａ〜２０４ｄから供給されている。なお、
符号２０４ｅは発泡液が蓄えられた発泡液容器であり、
この発泡液容器２０４ｅから各ヘッド２０１ａ〜２０１
ｄに発泡液が供給される構成になっている。

【０２４５】また、各ヘッド２０１ａ〜２０１ｄの下方
には、内部にスポンジ等のインク吸収部材が配されたヘ
ッドキャップ２０３ａ〜２０３ｄが設けられており、非
記録時に各ヘッド２０１ａ〜２０１ｄの吐出口を覆うこ
とでヘッド２０１ａ〜２０１ｄの保守を成すことができ
る。

【０２４６】符号２０６は、先の各実施例で説明したよ
うな各種、非記録媒体を搬送するための搬送手段を構成
する搬送ベルトである。搬送ベルト２０６は、各種ロー
ラにより所定の経路に引き回されており、モータドライ
バ３０５に接続された駆動用ローラにより駆動される。

【０２４７】本実施例のインクジェット記録システムに
おいては、記録を行う前後に被記録媒体に対して各種の
処理を行う前処理装置２５１および後処理装置２５２を
それぞれ被記録媒体搬送経路の上流と下流に設けてい
る。

【０２４８】前処理と後処理は、記録を行う被記録媒体
の種類やインクの種類に応じて、その処理内容が異なる
が、例えば、金属、プラスチック、セラミックス等の被
記録媒体に対しては、前処理として、紫外線とオゾンの
照射を行い、その表面を活性化することでインクの付着
性の向上を図ることができる。また、プラスチック等の
静電気を生じやすい被記録媒体においては、静電気によ
ってその表面にゴミが付着しやすく、このゴミによって
良好な記録が妨げられる場合がある。このため、前処理
としてイオナイザ装置を用い被記録媒体の静電気を除去
することで、被記録媒体からごみの除去を行うとよい。
また、被記録媒体として布帛を用いる場合には、滲み防
止、染着率の向上等の観点から布帛にアルカリ性物質、
水溶性物質、合成高分子、水溶性金属塩、尿素およびチ
オ尿素から選択される物質を付与する処理を前処理とし
て行えばよい。前処理としては、これらに限らず、被記
録媒体の温度を記録に適切な温度にする処理等であって
もよい。

【０２４９】一方、後処理は、インクが付与された被記
録媒体に対して熱処理、紫外線照射等によるインクの定
着を促進する定着処理や、前処理で付与し未反応で残っ
た処理剤を洗浄する処理等を行うものである。

【０２５０】なお、本実施例では、ヘッド２０１ａ〜２
０１ｄとしてフルラインヘッドを用いて説明したが、こ
れに限らず、前述したような小型のヘッドを被記録媒体
の幅方向に搬送して記録を行う形態のものであってもよ
い。

【０２５１】＜ヘッドキット＞以下に、本発明の液体吐
出ヘッドを有するヘッドキットを説明する。図３６は、
このようなヘッドキットを示した模式図である。このヘ
ッドキット５００は、インクを吐出するインク吐出部５
１１を有する本発明のヘッド５１０と、このヘッド５１
０と不可分もしくは分離可能な液体容器であるインク容
器５２０と、このインク容器５２０にインクを充填する
ためのインクを保持したインク充填手段５３０とを、キ
ット容器５０１内に納めたものである。

【０２５２】インクを消費し終わった場合には、インク
容器５２０の大気連通口５２１やヘッド５１０との接続
部や、もしくはインク容器５２０の壁に開けた穴など
に、インク充填手段５３０の挿入部（注射針等）５３１
の一部を挿入し、この挿入部５３１を介してインク充填
手段５３０内のインクをインク容器５２０内に充填すれ
ばよい。

【０２５３】このように、本発明のヘッド５１０と、イ
ンク容器５２０やインク充填手段５３０等を一つのキッ
ト容器５０１内に納めてキットにすることで、インクが
消費されてしまっても前述のようにすぐに、また容易に
インクをインク容器５２０内に充填することができ、記
録の開始を迅速に行うことができる。

【０２５４】なお、本実施例のヘッドキット５００で
は、インク充填手段５３０が含まれるもので説明を行っ
たが、ヘッドキットとしては、インク充填手段を持た
ず、インクが充填された分離可能タイプのインク容器と
ヘッドとがキット容器５１０内に納められている形態の
ものであってもよい。

【０２５５】また、この図３６では、インク容器５２０
に対してインクを充填するインク充填手段５３０のみを
示しているが、インク容器５２０の他に発泡液を発泡液
容器に充填するための発泡液充填手段をキット容器内に
納めた形態のものであってもよい。

【０２５６】本発明は、上述したような発熱体の面に沿
う方向に設けられた液流路の一端に吐出口を有する、い
わゆるエッジシュータタイプの液体吐出ヘッドに限定さ
れることなく、例えば図３７に示すような発熱体２の面
に対向する位置に吐出口１８を有する、いわゆるサイド
シュータタイプの液体吐出ヘッドにも適用可能である。

【０２５７】図３７に示したサイドシュータタイプの液
体吐出ヘッドは、各吐出口１８ごとに、液体に気泡を発
生させるための熱エネルギーを与える発熱体２が設けら
れた素子基板１上に、発泡液用の第２液流路１６が形成
され、その上に溝付き部材５０に設けられた吐出口１８
に直接連通した吐出液用の第１液流路１４が形成され、
第１液流路１４と第２液流路１６とは、金属等の弾性を
有する材料で構成された分離壁３０により区分されてい
る点で、上述のエッジシュータタイプの液体吐出ヘッド
と同様である。

【０２５８】サイドシュータタイプの液体吐出ヘッド
は、上記第１液流路１４上に配された溝付き部材（オリ
フィスプレート）５０のうち、発熱体２の直上の部分に
吐出口１８が設けられている点に特徴がある。この吐出
口１８と発熱体２との間の分離壁３０には、観音開きに
開口しそれぞれ発熱体２と対向する面に、吐出口１８部
の最大径より幅が小さな凹部が自由端３２から支点３３
側へ向かって形成されている一対の可動部材３１が設け
られている。両可動部材３１は支点３３で支持される片
持梁形状のもので、両方の自由端３２同士は、非吐出時
においては、吐出口１８の中央部分の直下に位置するス
リット３５によりわずかに離間して対向している。吐出
時においては、両可動部材３１は、図３７中の矢印で示
すように、気泡発生領域１１における発泡液の発泡によ
って第１液流路１４側に開口し、発泡液の収縮によって
閉口する。この領域Ｃには、吐出液を貯留する吐出液タ
ンク（不図示）から吐出液がリフィルされて吐出可能状
態となり、次の発泡液の発泡に備えることができる。

【０２５９】第１液流路１４は、他の吐出口１８の第１
液流路１４とともに、第１共通液室１５を介して吐出液
タンクに連絡しており、第２液流路１６も、他の吐出口
１８の第２液流路１６とともに、第２共通液室１７を介
して、発泡液を貯留する発泡液タンク（不図示）に連絡
している。

【０２６０】このような構成を有するサイドシュータタ
イプの液体吐出ヘッドにおいても、エッジシュータタイ
プの液体吐出ヘッドとほぼ同様に、吐出液のリフィルを
向上させつつ、高吐出効率、高吐出圧で液体を吐出する
ことができるという優れた効果を得ることができる。

【０２６１】また、製造方法については、溝付き部材５
０に設けられる吐出口１８の位置が異なることと共通液
室１５，１７の位置及び構造が異なること以外は、エッ
ジシュータタイプの液体吐出ヘッドと実質的に同じであ
る。すなわち、可動部材３１を有する分離壁３０と第２
液流路１６を構成する流路壁との関係は両者とも同じで
ある。

【０２６２】

【発明の効果】上述したような、発熱体または気泡発生
領域との対向面の少なくとも自由端に、吐出口部の最大
径より小さい幅の、発熱体または気泡発生領域側から見
て凹部となる形状をもつ可動部材を有する本発明の液体
吐出ヘッドによると、上記圧力をより吐出口側に導きや
すくなり、吐出効率及び吐出力をより向上することがで
きる。特に、凹部の幅を吐出口の直径よりも小さくする
ことで、より正確に上記圧力を吐出口側に導きやすくで
きるし、凹部の幅及び深さを自由端から支点側に向かっ
て徐々に小さくすることで、上記圧力をさらに吐出口側
に導きやすくすることができる。

【０２６３】また、本発明の他の特徴的な構成によれ
ば、低温や低湿で長期放置を行った場合であっても不吐
出になることを防止でき、仮に不吐出になっても予備吐
出や吸引回復といった回復処理をわずかに行うだけで正
常状態に即座に復帰できる利点もある。これに伴い、回
復時間の短縮や回復による液体の損失を低減でき、ラン
ニングコストも大幅に下げることが可能である。

【０２６４】また、特に本発明のリフィル特性を向上し
た構成によれば、連続吐出時の応答性、気泡の安定成
長、液滴の安定化を達成して、高速液体吐出による高速
記録また高画質記録を可能にすることができた。

【０２６５】また、２流路構成のヘッドにおいて発泡液
として、発泡しやすい液体や、発熱体上への堆積物（こ
げ等）が生じにくい液体を用いることで、吐出液の選択
の自由度が高くなり、発泡が生じにくい高粘性液体、発
熱体上に体積物を生じやすい液体等、従来のバブルジェ
ット吐出方法で吐出することが困難であった液体につい
ても良好に吐出することができた。

【０２６６】さらに熱に弱い液体等も、この液体に熱に
よる悪影響を与えず吐出することができた。

【０２６７】また、本発明の液体吐出ヘッドを記録用の
液体吐出記録ヘッドとして用いることで、さらに高画質
な記録を達成することができた。

【０２６８】また、本発明の液体吐出ヘッドを用い、液
体の吐出効率等がさらに向上した液体吐出装置や記録シ
ステム等を提供することができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液体吐出ヘッドの一例を示す模式断面
図である。

【図２】図１に示した液体吐出ヘッドの部分破断斜視図
である。

【図３】図１に示した液体吐出ヘッドを吐出口方向から
見た模式断面図である。

【図４】従来のヘッドにおける気泡からの圧力伝搬を示
す模式図である。

【図５】本発明の液体吐出ヘッドにおける気泡からの圧
力伝搬を示す模式図である。

【図６】図１に示した液体吐出ヘッドの液体の流れを説
明するための模式図である。

【図７】本発明の第２の実施例における液体吐出ヘッド
の部分破断斜視図である。

【図８】本発明の第３の実施例における液体吐出ヘッド
の部分破断斜視図である。

【図９】本発明の第４の実施例における液体吐出ヘッド
の断面図である。

【図１０】本発明の第５の実施例における液体吐出ヘッ
ドの模式断面図である。

【図１１】本発明の第６の実施例における液体吐出ヘッ
ド（２流路）の断面図である。

【図１２】図１１に示した液体吐出ヘッドの部分破断斜
視図である。

【図１３】可動部材の動作を説明するための図である。

【図１４】可動部材の凹部の形状の変形例を示す図であ
る。

【図１５】可動部材の凹部の形状の変形例を示す図であ
る。

【図１６】可動部材の凹部の形状の変形例を示す図であ
る。

【図１７】可動部材の凹部の形状の変形例を示す図であ
る。

【図１８】第１液流路の天井形状の他の例を説明するた
めの図である。

【図１９】第２液流路と可動部材との配置関係を説明す
るための図である。

【図２０】可動部材の他の平面形状を説明するための図
である。

【図２１】発熱体面積とインク吐出量の関係を示すグラ
フである。

【図２２】可動部材と発熱体との配置関係を示す図であ
る。

【図２３】発熱体のエッジと支点までの距離と可動部材
の変位量の関係を示すグラフである。

【図２４】発熱体と可動部材との配置関係を説明するた
めの図である。

【図２５】本発明の液体吐出ヘッドの縦断面図である。

【図２６】駆動パルスの形状を示す模式図である。

【図２７】本発明の液体吐出ヘッドの供給路を説明する
ための断面図である。

【図２８】本発明のヘッドの分解斜視図である。

【図２９】本発明の液体吐出ヘッドの製造方法を説明す
るための工程図である。

【図３０】本発明の液体吐出ヘッドの製造方法を説明す
るための工程図である。

【図３１】本発明の液体吐出ヘッドの製造方法を説明す
るための工程図である。

【図３２】液体吐出ヘッドカートリッジの分解斜視図で
ある。

【図３３】液体吐出装置の概略構成図である。

【図３４】装置ブロック図である。

【図３５】液体吐出記録システムを示す図である。

【図３６】ヘッドキットの模式図である。

【図３７】本発明を適用したサイドシュータタイプの液
体吐出ヘッドの一例の断面図である。

【図３８】従来の液体吐出ヘッドの液流路構造を説明す
るための図である。

【符号の説明】

１素子基板２発熱体３面積中心１０液流路１１気泡発生領域１２供給路１３共通液室１４第１液流路１５第１共通液室１６第２液流路１７第２共通液室１８吐出口１９狭窄部２０第１供給路２１第２供給路２２第１液流路壁２３第２液流路壁３０分離壁３１可動部材３２自由端３３支点３４支持部材３５スリット３６気泡発生領域前壁３７気泡発生領域側壁４０気泡５０溝付き部材６０凹部７０支持体７８押えバネ８０供給部材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平６−31918（ＪＰ，Ａ) 特開平５−124189（ＪＰ，Ａ) 特開平６−71887（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−196154（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B41J 2/175 B41J 2/05

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】液体を滴として吐出する吐出口と、該吐出口に連通する液流路と、該液流路の壁に沿って設けられ、液体に熱を加えること
で該液体に気泡を発生させる発熱体と、該発熱体に面して設けられた前記吐出口側の自由端と、
該自由端より上流側に設けられた支点と、を有し、前記
液流路内に設けられた可動部材と、を具備し、前記可動部材が、前記発熱体との対向面の少なくとも前
記自由端に、前記吐出口の最大径より小さい幅を有す
る、前記発熱体側から見て凹部となる形状をもつ液体吐
出ヘッド。
【請求項２】液体を滴として吐出する吐出口と、該吐出口に連通する第１の液流路と、液体に熱を加えることで該液体に気泡を発生させる気泡
発生領域を有する第２の液流路と、前記気泡発生領域に面して設けられた前記吐出口側の自
由端と、該自由端より上流側に設けられた支点と、を有
し、前記第１の液流路と前記気泡発生領域との間に設け
られた可動部材と、を具備し、前記可動部材が、前記気泡発生領域との対向面の少なく
とも前記自由端に、前記吐出口の最大径より小さい幅を
有する、前記気泡発生領域側から見て凹部となる形状を
もつ液体吐出ヘッド。
【請求項３】前記可動部材は前記第１の液流路と第２
の液流路との間に配された分離壁の一部として構成され
ている請求項２に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項４】前記可動部材に面した位置に発熱体が設
けられており、前記可動部材と前記発熱体との間が前記
気泡発生領域である請求項２に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項５】前記可動部材の自由端は、前記発熱体の
面積中心より下流に位置する請求項１または４に記載の
液体吐出ヘッド。
【請求項６】前記発熱体に沿い前記発熱体より上流か
ら前記発熱体上に液体を供給するための供給路を有する
請求項４に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項７】前記供給路は、前記発熱体より上流側に
実質的に平坦、もしくはなだらかな内壁を有し、該内壁
に沿って液体を前記発熱体上に供給する請求項１または
６に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項８】前記気泡は前記発熱体が発生する熱によ
って液体に膜沸騰が生じることで発生する気泡である請
求項１または４に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項９】前記可動部材は板状である請求項１また
は４に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項１０】前記凹部は、前記可動部材の自由端か
ら支点側に向かって形成されている請求項９に記載の液
体吐出ヘッド。
【請求項１１】前記凹部の幅は前記吐出口の直径よりも
小さい請求項１０に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項１２】前記凹部の幅及び深さが前記支点側に
向かって徐々に小さくなっている請求項１０に記載の液
体吐出ヘッド。
【請求項１３】前記発熱体は、有効発泡領域と、前記
発熱体の周囲に存在する非発泡有効領域とを有し、前記
有効発泡領域の総てが前記可動部材に面している請求項
９に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項１４】前記可動部材の前記発熱体との対向面
の総面積が前記発熱体の総面積より大である請求項９に
記載の液体吐出ヘッド。
【請求項１５】前記可動部材の支点が前記発熱体の発
熱面の直上から外れた位置に配されている請求項９に記
載の液体吐出ヘッド。
【請求項１６】前記可動部材の自由端は前記発熱体が
配された液流路を実質的に直交する形状を有する請求項
９に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項１７】前記可動部材の自由端は前記発熱体よ
り吐出口側に配されている請求項９に記載の液体吐出ヘ
ッド。
【請求項１８】前記第１の液流路の複数に第１の液体
を供給するための第１の共通液室と、前記第２の液流路
の複数に第２の液体を供給するための第２の共通液室と
が配されている請求項２に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項１９】液体を滴として吐出するための複数の
吐出口と、それぞれの吐出口に対応して直接連通する複
数の第１の液流路を構成するための複数の溝と、前記複
数の第１の液流路に液体を供給するための第１の共通液
室を構成する凹部とを一体的に有する溝付き部材と、液体に熱を与えることで液体に気泡を発生させるための
複数の発熱体が配された素子基板と、前記溝付き部材と前記素子基板との間に前記素子基板の
前記発熱体が配された面に面して設けられた前記吐出口
側の自由端と、該自由端より上流側に設けられた支点
と、を有し、前記発熱体に対応した第２の液流路の壁の
一部を構成する可動部材と、を具備し、前記可動部材が、前記素子基板との対向面の少なくとも
前記自由端に、前記吐出口の最大径より小さい幅を有す
る、前記発熱体側から見て凹部となる形状をもつ液体吐
出ヘッド。
【請求項２０】前記可動部材の自由端は前記発熱体の
面積中心より下流側に位置する請求項１９に記載の液体
吐出ヘッド。
【請求項２１】前記発熱体は電気信号を受けることで
熱を発生する発熱抵抗体を有する電気熱変換体である請
求項１、４または１９に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項２２】前記電気熱変換体は前記発熱抵抗体上
に、保護膜を配したものである請求項２１に記載の液体
吐出ヘッド。
【請求項２３】前記素子基板上には前記電気熱変換体
に電気信号を与えるための配線と、前記電気熱変換体に
選択的に電気信号を与えるための素子機能が配されてい
る請求項２１に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項２４】請求項１、４または１９に記載の液体
吐出ヘッドと、該液体吐出ヘッドに供給される液体を保
持する液体容器とを有するヘッドカートリッジ。
【請求項２５】請求項４または１９に記載の液体吐出
ヘッドと、第１の液流路に供給される第１の液体と、第
２の液流路に供給される第２の液体とを保持する液体容
器とを有するヘッドカートリッジ。
【請求項２６】請求項１、４または１９に記載の液体
吐出ヘッドと、該液体吐出ヘッドから液体を吐出させるための駆動信号
を供給する駆動信号供給手段とを有する液体吐出装置。
【請求項２７】請求項１、４または１９に記載の液体
吐出ヘッドと、該液体吐出ヘッドから吐出された液体を受ける被記録媒
体を搬送する被記録媒体搬送手段とを有する液体吐出装
置。
【請求項２８】前記液体吐出ヘッドからインクを吐出
し、被記録媒体にインクを付着させることで記録を行う
請求項２６または２７に記載の液体吐出装置。
【請求項２９】前記液体吐出ヘッドから複数色の記録
液体を吐出し、被記録媒体に前記複数色の記録液体を付
着させることでカラー記録を行う請求項２６または２７
に記載の液体吐出装置。
【請求項３０】前記吐出口が被記録媒体の記録可能領
域の全幅に渡って、複数配されている請求項２６または
２７に記載の液体吐出装置。