JP2000006406A

JP2000006406A - 液体吐出ヘッドおよび液体吐出装置

Info

Publication number: JP2000006406A
Application number: JP17477398A
Authority: JP
Inventors: Fumi Yoshihira; 文吉平; Toshio Kashino; 俊雄樫野; Kiyomitsu Kudo; 清光工藤; Satoshi Shimazu; 聡島津
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1998-06-22
Filing date: 1998-06-22
Publication date: 2000-01-11

Abstract

(57)【要約】【課題】吐出液の種類に関係なく、吐出安定性、耐久
性及び吐出液のリフィルを向上させる。【解決手段】気泡発生領域７における気泡６の発生に
よって生じた圧力より、気泡発生領域７上に設けられた
可動分離膜５の凹部８が第１の液流路３側に押し込ま
れ、気泡６の消泡により復帰する構成であり、凹部８の
支点には変形しない角部８ａが設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、熱エネルギー等に
よる気泡の発生によって、所望の液体を吐出する液体吐
出ヘッドに関し、特に、気泡の発生を利用して変位する
可動分離膜を用いる液体吐出ヘッドに関する。

【０００２】なお、本発明における「記録」とは、文字
や図形等のように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、パターン等のように意味を持
たない画像を付与することをも意味するものである。

【０００３】

【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から知られている。
このバブルジェット記録方法を用いる記録装置には、特
公昭６１−５９９１１号公報や特公昭６１−５９９１４
号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
発生手段としての発熱体（電気熱変換体）とが一般的に
設けられている。

【０００４】上記のよう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とも
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等の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。

【０００５】他方、従来の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
体の場合においては、前述の発熱体による直接加熱気泡
形成では、良好な吐出が行われない場合もある。

【０００６】これに対して、本願出願人は、特開昭５５
−８１１７２号公報に、発泡液と吐出液とを分離する可
撓性膜を介して、発泡液を熱エネルギーによって発泡さ
せて吐出液を吐出する方法を提案している。この方法に
おける可撓性膜と発泡液との構成は可撓性膜がノズルの
一部に設けられているものであるが、それに対して、ヘ
ッド全体を上下に分離する大きな膜を用いる構成が特開
昭５９−２６２７０号公報に開示されている。この大き
な膜は、液路を形成する２つの板材によって挟持される
ことによって２つの液路内の液体が互いに混合されない
ことを目的として設けられたものである。

【０００７】他方、発泡液自体に特徴を持たせ、発泡特
性を考慮したものとして、吐出液よりも低沸点の液体を
用いる特開平５−２２９１２２号公報に開示されている
ものや、導電性を有する液体を発泡液として用いる特開
平４−３２９１４８号公報に開示されているものがあ
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明者達は、可動分
離膜の変位領域に関して従来にはない新たな課題を見出
した。つまり、本発明の液体吐出ヘッドにおける分離膜
は、第１の液流路壁と第２の液流路壁に挟持されてお
り、各ノズル当りの可動面積は液流路壁によって規制さ
れる。すなわち、第１と第２の液流路壁は、膜の変位を
規制し、ヘッド特性に大きな影響を与えていることを確
認したのである。

【０００９】これは結果的に吐出効率に影響を与え、膜
自体の復帰メカニズムにも影響を与える。そこで本発明
者達は、液流路壁でなく、膜自体が変位を規制し、膜の
変位をスムーズにすることで、常に信頼性の高い吐出性
能を持ち続けることが重要であるという結論に至った。

【００１０】そこで、本発明者達は、分離膜の分離機能
による効果を生かしながら、供給液体の種類に関わらず
吐出安定性及び耐久性に優れた液体吐出ヘッドを提供す
べく鋭意研究を行った。その結果、本発明者達は実質的
に伸びない分離膜に着眼し、その分離膜に凹部を設け、
凹部の変位量がすなわち吐出液の吐出量に相当すること
を見い出した。つまり、吐出量が分離膜の凹部の変位量
に応じるため、凹部の変位量を規定することで供給液体
の種類に関係なく安定した吐出が得られることが判明し
た。また、分離膜の凹部の変位量を、その凹部が最大変
位時に伸縮することのないように規定すれば、分離膜の
耐久性が向上することが判明した。さらには、凹部に変
位の為のエネルギーが付与されないときには自己復元力
を発揮させれば、吐出液のリフィルも向上することが判
明した。

【００１１】また、別の観点からすれば、多種多様の液
体が吐出液として使用される場合、液流路に連通した吐
出口から、熱などのエネルギーで吐出される吐出量は、
液体の種類によってばらつく。このばらつきは、高粘度
液体になるほど大きくなる傾向にある。しかし、一つの
液体吐出ヘッドにおいて供給液体の種類に応じて吐出エ
ネルギーを可変することで吐出量を安定させる方法は複
雑になるため、実用化が難しい。したがって、供給液体
の種類に関係なく安定した吐出が得られる簡単な構造の
ヘッドを提供することも重要である。

【００１２】本発明は、このような鋭意研究の結果生ま
れたもので、液滴吐出のために吐出効率を向上させるこ
とができ、更に吐出安定性及び吐出耐久性にも優れ、吐
出液滴の体積、あるいは、吐出速度を安定及び高める画
期的な液体吐出ヘッドを提供するものである。

【００１３】本発明は、吐出口に連通する吐出液用の第
１液流路と、発泡液を供給あるいは移動可能に備えると
ともに気泡発生領域を含む第２の液流路と、第１及び第
２の液流路を分離する可動分離膜とを備えた液体吐出ヘ
ッドを用いて第１の液流路における吐出液の流れ方向に
関して吐出口よりも上流側に可動分離膜の変位領域を有
する液体吐出ヘッドにおいて、吐出効率、吐出安定性及
び耐久性を向上できるものである。

【００１４】本発明の第１の目的は、可動性膜により吐
出液と発泡液とを分離する構成において、発泡の圧力に
よって生じた力で可動性膜を変位させて吐出液に圧力を
伝達する際に、可動分離膜の変位を安定させることによ
り、吐出効率、吐出安定性及びリフィル効率に優れた液
体吐出ヘッドを提供することにある。

【００１５】また本発明の第２の目的は、上述した構成
によって、耐久性を向上することができる液体吐出ヘッ
ドを提供することにある。

【００１６】また本発明の第３の目的は、上述した構成
によって、発熱体上に堆積する堆積物の量を低減すると
ともに、吐出液に対して熱的影響を与えず、効率よく液
体を吐出することができる液体吐出ヘッドを提供するこ
とにある。

【００１７】また本発明の第４の目的は、吐出液の粘度
や材質組成にかかわらず、選択自由度が広い液体吐出ヘ
ッドを提供することにある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の液体吐出ヘッドは、液体を吐出する吐出口に
連通する第１の液流路と、液体に気泡を発生させる気泡
発生領域を具備する第２の液流路と、前記第１の液流路
と前記第２の液流路とを互いに常に実質的に分離し前記
気泡発生領域と面する部分に凹部を有する可動分離膜と
を少なくとも有し、前記凹部の支点は、変位をしない角
部を有することを特徴とする。

【００１９】もしくは、本発明の液体吐出ヘッドは、液
体を吐出する吐出口に連通する第１の液流路と、液体に
気泡を発生させる気泡発生領域を具備する第２の液流路
と、前記第１の液流路と前記第２の液流路とを互いに常
に実質的に分離し前記気泡発生領域と面する部分に凹部
を有する可動分離膜とを少なくとも有し、前記凹部の静
止状態の容積をＶ１、最高変位時の容積をＶ２とする
と、Ｖ２＜Ｖ１であることを特徴としている。

【００２０】（作用）上述の構成によると、気泡発生領
域における気泡の発生及び気泡の成長に伴って、気泡発
生領域上に設けられた凹部を有した可動分離膜が第１の
液流路側に変位するが、その際、凹部の支点を変位しな
い角部にしたことで、凹部の初期状態及び最大変位時の
形状は常に一定となるため、安定した吐出が得られる。
また凹部は、最大変位後、変位しない角部の自己復元力
と消泡により速やかに初期状態に戻るため、吐出液のリ
フィルが向上する。

【００２１】また、Ｖ２＜Ｖ１であれば、可動分離膜が
最大変位時にも伸縮することがないため、安定した吐出
が得られ、耐久性も向上する。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。

【００２３】図１は、本発明の液体吐出ヘッドの実施の
形態を説明するための流路方向の断面図である。図２は
図１に示した可動分離膜の凹部周辺の拡大断面図であ
る。図３は図１及び図２の液体吐出ヘッドの部分破断斜
視図である。

【００２４】本形態は図１に示すように、吐出口１に連
通した第１の液流路３内に、第１の共通液室１４３から
供給される第１の液体が満たされており、また、気泡発
生領域７を有する第２の液流路４に発熱体２によって熱
エネルギーを与えられることにより発泡する発泡用の液
体が満たされている。第１の液流路３と第２の液流路４
との間には、第１の液流路３と第２の液流路４とを互い
に分離する可動分離膜５が設けられている。可動分離膜
５の気泡発生領域７と面する部分には凹部８が設けら
れ、その凹部８の支点には角部８ａが設けられており、
第１の液流路３にたるみが形成される。また、可動分離
膜５とオリフィスプレート９とは互いに密着固定され、
ここでもそれぞれの液流路内の液体が混ざり合うことは
ない。なお、第２の液流路４のうち、発熱体２の投影領
域近辺が気泡発生領域７である。

【００２５】図３に示すように発熱体２は素子基板１０
に複数個並んで設けられており、この素子基板１０上に
第２の液流路４が各発熱体２に対応して複数配設されて
いる。また、可動分離膜５を支持する支持部材１１が、
各々の第２の液流路４を区画形成する壁を兼ねている。
可動分離膜５には複数の凹部８が、各発熱体２の投影領
域近辺である気泡発生領域７に面して形成されている。
そして第１の液流路３は各々の凹部８を含むようにして
複数配設されている。但し、図３では各々の第１の液流
路３を区画形成する壁２８が置かれる位置を点線で示し
ている。

【００２６】本発明においては、可動分離膜５の動きに
着眼したものであって、可動分離膜５自体に凹部８を設
け、発熱体２表面に生じる気泡の成長により、可動分離
膜５の凹部８を第１の液流路３側に変位するようにし
た。

【００２７】図１及び図２の（ａ）に示す初期状態にお
いては、第１の液流路３内の液体が毛細管力によって吐
出口１近傍まで引き込まれている。なお、本形態におい
ては、吐出口１が発熱体２の第１の液流路３への投影領
域に対し、第１の液流路３の液体流れ方向に関して下流
側に位置している。

【００２８】この状態において、発熱体２（本形態にお
いては、４０μｍ×１０５μｍの形状を有する発熱抵抗
体）に熱エネルギーが与えられると、発熱体２が急速に
加熱され、気泡発生領域７の第２の液体に接触する表面
は第２の液体を加熱発泡させる（図１及び図２の
（ｂ））。この加熱発泡により生じる気泡６は、米国特
許第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であり、発熱体表面全域に一斉にき
わめて高い圧力を伴って発生するものである。このとき
に発生する圧力は、圧力波となって第２の液流路４内の
第２の液体を伝搬し、可動分離膜５に作用して、それに
より、可動分離膜５の凹部８が変形して、第１の液流路
３内の第２の液体の吐出が開始される。但し、凹部８の
支点に形成された角部８ａは、変形に関与しない。

【００２９】発熱体２の表面全体に発生した気泡６が急
速に成長していくと、膜状となる（図１及び図２の
（ｃ））。発生初期のきわめて高い圧力による気泡６の
膨張は、可動分離膜５の凹部８をさらに変形せしめ、そ
れにより、吐出口１からの第１の液流路３内の第１の液
体の吐出が進む。

【００３０】その後、さらに気泡６が成長すると、可動
分離膜５の角部８ａ付近をのぞいた凹部８全体が第１の
液流路３内に入り込むまで変形が進む（図１及び図２の
（ｄ））。

【００３１】その後、気泡６が収縮すると、可動分離膜
５の凹部８は変位前の位置に戻り始める（図１及び図２
の（ｅ））。

【００３２】その後可動分離膜５の凹部８は、気泡の収
縮とともに、変位しない角部８ａがもたらす自己復元力
により、速やかに図１及び図２の（ｆ）に示す初期状態
に戻るため、第１の液流路３内のリフィルが促進され
る。

【００３３】また、消泡に伴い、可動分離膜５の凹部８
が第２の液流路４内に変位するため、第２の液流路４内
の空間は狭くなり、発泡液の充填量は少量になり、リフ
ィルは速やかに完了する。

【００３４】また、凹部８の角部８ａが、発泡による変
位直後のリバウンドを抑制する働きがあるため、凹部８
は変位後直ちに初期状態に戻るので、高速駆動が可能と
なる。

【００３５】図４は本発明の液体吐出ヘッドの、可動分
離膜５の凹部８を拡大した流路方向の断面図で、（ａ）
が初期状態、（ｂ）が最大変位時の状態を示す。また図
５は、可動分離膜５の凹部８の支点に角部がなく最大変
位時の形状が異なる比較例で、（ａ）が初期状態、
（ｂ）が凹部の最大変位時の状態を示す。また、図６は
本発明の液体吐出ヘッドの、発熱体と水平方向の流路断
面図である。

【００３６】図５に示したように、凹部の支点２６に角
部がなく、最大変位時、同図（ｂ）のように凹部の底部
２７が反転した形状になる場合、凹部は支点２６を変曲
点として変形する。

【００３７】これに対し凹部の支点が角部８ａを有する
場合、図４（ａ）に示した初期状態で、角部８ａが初期
形状を常に一定の形状に規制する効果がある。また、最
大変位時の図４（ｂ）の状態では、変形が局部に集中せ
ず、角部近傍の広い面積におよぶため、最大変位時の形
状も常に一定である。つまり角部８ａが初期状態及び最
大変位時の形状を規制するので、非常に安定した吐出が
得られ、耐久性も向上する。角部８ａの変位支配領域に
ついては、図６からも理解される。

【００３８】図７は本発明の液体吐出ヘッドの、可動分
離膜５の凹部８の容積を説明するための流路方向の断面
図で、（ａ）が初期状態、（ｂ）が最大変位時の状態を
示す。

【００３９】この実施形態では、図７（ａ）に示す初期
状態の凹部容積をＶ１、図７（ｂ）に示す最大変位時の
凹部容積をＶ２とすると、Ｖ２＜Ｖ１となるように、駆
動条件を設定した。

【００４０】このようにＶ２＜Ｖ１とすれば、凹部８の
可動分離膜は最大変位時も伸縮することがない。そのた
め、Ｖ１及びＶ２は常に一定の形状となり、吐出が安定
する。なお、凹部容積Ｖ１は初期状態の可動分離膜５の
第１の液流路側の面と凹部８の底部８ｂとで囲まれる容
積をいい、凹部容積Ｖ１は最大変位時の凹部８の変曲部
８ｃと接する面と凹部８の底部８ｂとで囲まれる容積を
いう。また、この明細書及び図面に記載する「変曲部」
とは、可動分離膜の凹部において最大変位時に最も変形
する部分をいうこととする。

【００４１】さらに、本実施形態の構成によれば、吐出
液と発泡液とを別液体とし、吐出液を吐出させることが
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の液
流路１０３に供給し、発泡液に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）を第２の液流路１０４に供給することで良好に吐出
させることができる。

【００４２】また、発泡液として、熱を受けても発熱体
の表面にコゲ等の堆積物を生じさせない液体を選択する
ことにより、発泡を安定化させ、良好な吐出を行うこと
ができる。

【００４３】さらに、本発明の液体吐出ヘッドの構造に
おいては上述した実施形態において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。

【００４４】また、加熱に弱い液体を用いた場合におい
ても、この液体を第１の液流路１０３に吐出液として供
給し、第２の液流路１０４に熱的に変質しにくく良好に
発泡を生じさせ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、しかも上述したように高吐
出効率、高吐出力で吐出させることができる。

【００４５】以下に、液体に熱を与えるための発熱体１
０２が設けられた素子基板１１０の構成について説明す
る。

【００４６】図８は、本発明の液体吐出ヘッドの一構成
例を示す縦断面図であり、（ａ）は後述する保護膜があ
る装置を示す図、（ｂ）は保護膜がない装置を示す図で
ある。

【００４７】図８に示すように、素子基板１１０上に、
第２の液流路１０４と、分離壁となる可動分離膜１０５
と、可動部材１３１と、第１の液流路１０３と、第１の
液流路１０３を構成する溝が設けられている溝付部材１
３２とが設けられている。

【００４８】素子基板１１０には、シリコン等の基体１
１０ｆ上に、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１１０ｅが成膜されており、
その上に０．０１〜０．２μｍ厚の発熱体を構成するハ
フニュウムボライド（ＨｆＢ ₂ ）、チッ化タンタル
（ＴａＮ）、タンタルアルミ（ＴａＡｌ）等の電気抵抗
層１１０ｄと、０．２〜１．０μｍ厚のアルミニウム等
の配線電極１１０ｃとがパターニングされている。この
２つの配線電極１１０ｃから電気抵抗層１１０ｄに電圧
を印加し、電気抵抗層１１０ｄに電流を流して発熱させ
る。配線電極１１０ｃ間の電気抵抗層１１０ｄ上には、
酸化シリコンやチッ化シリコン等の保護層１１０ｂが
０．１〜０．２μｍ厚で形成され、さらにその上に、
０．１〜０．６μｍ厚のタンタル等の耐キャビテーショ
ン層１１０ａが成膜されており、インク等各種の液体か
ら電気抵抗層１１０ｄを保護している。

【００４９】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１１０ａとして用いられる。

【００５０】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保護層を必要としない構成でもよ
く、その例を図８（ｂ）に示す。

【００５１】このような保護層を必要としない抵抗層の
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。特に、本発明において、発泡のための液
体を吐出液と分離して発泡に適したものにできるため、
このように保護層がない場合に有利である。

【００５２】このように、上述した実施形態における発
熱体１０２の構成としては、配線電極１１０ｃ間の電気
抵抗層１１０ｄ（発熱部）だけででもよく、また電気抵
抗層１１０ｄを保護する保護層を含むものでもよい。

【００５３】本実施形態においては、発熱体１０２とし
て、電気信号に応じて発熱する抵抗層で構成された発熱
部を有するものを用いたが、本発明は、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。

【００５４】なお、前述の素子基板１１０には、発熱部
を構成する電気抵抗層１１０ｄとこの電気抵抗層１１０
ｄに電気信号を供給するための配線電極１１０ｃとで構
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。

【００５５】また、上述したような素子基板１１０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、電気抵抗層１１０ｄに配線電極１１０
ｃを介して矩形パルスを印加し、配線電極１１０ｃ間の
電気抵抗層１１０ｄを急峻に発熱させればよい。

【００５６】図９は、図８に示した電気抵抗層１１０ｄ
に印加する電圧波形を示す図である。

【００５７】上述した実施形態における液体吐出ヘッド
においては、それぞれ電圧２４Ｖ、パルス幅７μｓｅ
ｃ、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
口から液体であるインクを吐出させた。しかしながら、
本発明における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。

【００５８】上述したように本発明においては、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
速に液体を吐出させることができる。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。

【００５９】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
することができる。

【００６０】ただし、吐出液の性質として吐出液自身、
または発泡液との反応によって、吐出や発泡また可動分
離膜の動作等を妨げるような液体でないことが望まれ
る。

【００６１】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。

【００６２】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。

【００６３】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、従来の液体吐出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
粘度の液体で良好に吐出することができ、高画質な記録
物を得ることができた。発泡液１エタノール４０ｗｔ％水６０ｗｔ％発泡液２水１００ｗｔ％発泡液３イソプロピルアルコール１０ｗｔ％水９０ｗｔ％吐出液１カーボンブラック５ｗｔ％（顔料インク約１５ｃｐ）ステレン−アクリル酸−アクリル酸エチル共重合体分離材（酸化１４０、重量平均分子量８０００）１ｗｔ％モノエタノールアミン０．２５ｗｔ％グリセリン６．９ｗｔ％チオジグソコール５ｗｔ％エタノール３ｗｔ％水１６．７５ｗｔ％吐出液２（５５ｃｐ）ポリエチレングリコール２００１００ｗｔ％吐出液３（１５０ｃｐ）ポリエチレングリコール６００１００ｗｔ％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
述した実施形態における構成においては、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。

【００６４】次に、本発明の液体吐出装置の製造工程に
ついて説明する。

【００６５】大まかには、素子基板上に第２の液流路の
壁を形成し、その上に可動分離膜を取り付け、さらにそ
の上に第１の液流路を構成する溝等が設けられた溝付部
材を取り付ける。もしくは、第２の液流路の壁を形成し
た後、この壁の上に可動分離膜が取り付けられた溝付部
材を接合することで装置の製造を行った。

【００６６】さらに、第２の液流路の作製方法について
詳しく説明する。

【００６７】まず、素子基板（シリコンウエハ）上に、
半導体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を有する電気熱変換
用素子を形成し、その後、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ればよい。

【００６８】次に、表面洗浄を行い、密着性を向上させ
た基板上に、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）をラミネー
トした。

【００６９】次に、ドライフィルム上にフォトマスクを
配し、このフォトマスクを介してドライフィルムのう
ち、第２の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６００ｍＪ／ｃｍ² の露光量で行っ
た。

【００７０】次に、ドライフィルムを、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の液流路の壁部分と
して形成した。さらに、素子基板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：ＭＡ
Ｓ−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。

【００７１】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の液流路を精度よく形成することができ
る。すなわち、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を接着剤
（東レ製：ＳＥ４４００）でアルミベースプレート上に
固定した。

【００７２】次いで、予めアルミベースプレート上に接
合しておいたプリント基板と、ヒータボードとを直径
０．０５ｍｍのアルミワイヤで接続した。

【００７３】次に、このようにして得られたヒータボー
ドに、上述の方法で溝付部材と可動分離膜との接合体を
位置決め接合した。すなわち、可動分離膜を有する溝付
部材とヒータボードとを位置決めし、押さえバネにより
係合、固定した後、インク・発泡液用供給部材をアルミ
ベースプレート上に接合固定し、アルミワイヤ間、溝付
部材とヒータボードとインク・発泡液用供給部材との隙
間をシリコーンシーラント（東芝シリコーン製：ＴＳＥ
３９９）で封止して完成させた。

【００７４】以上の製法で、第２の液流路を形成するこ
とにより、各ヒータボードのヒータ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、溝付部
材と可動分離膜とをあらかじめ、先の工程で接合してお
くことで、第１の液流路と可動部材の位置精度を高める
ことができる。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し、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。

【００７５】なお、本実施形態においては、第２の液流
路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の液流路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。

【００７６】また、第１の液流路等は、吐出口を有する
オリフィスプレートと第１の液流路を構成する溝と、複
数の第１の液流路に共通に連通し第１の液体をそれぞれ
の液流に供給するための第１の共通液室を構成する凹部
を有する溝付天板を、上述した基板と可動分離膜の結合
体に接合することで形成した。可動分離膜は、この溝付
天板と第２の液流路壁とで挟持されることで固定され
る。なお、可動分離膜は基板側に固定されるだけでな
く、上述したように、溝付天板に固定された後、基板と
位置決め固定しても良い。

【００７７】可動分離膜１０５の材質としては、前述し
たポリイミドの他、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、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、シリコンゴム、ポリサルフォン、
フッ素樹脂など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、成型性が良好で、薄膜
化が可能な樹脂、およびその化合物、または、耐久性、
耐熱性、耐溶剤性に優れた、銀、ニッケル、金、鉄、チ
タン、アルミニウム、白金、タンタル、ステンレス、り
ん青銅の金属、およびその化合物、またはシリコン及び
シリコン化合物が望ましい。

【００７８】図１０は可動分離膜の作製工程を説明する
ための図を示し、図１１はその他の作製工程例を示した
ものである。

【００７９】まず、図１０（ａ）に示すようなシリコン
のミラーウエハ２１上に金属あるいは樹脂で、可動分離
膜の凹部になる型２２を形成する。そして、型２２の上
に、離型剤を塗布した後、液状のポリイミド樹脂をスピ
ンコートして、図１０（ｂ）に示すように膜２３を形成
する。

【００８０】その後、膜２３をミラーウエハ１１上から
剥がし、上述した第２の液流路が形成された基板上に位
置決め、貼り付けることで、可動分離膜を作製した。

【００８１】但し、可動分離膜の作製工程は上記スピン
コート方法以外でも作製可能である。例えば図１１
（ａ）に示すように、可動分離膜となる市販の薄膜２４
と、凹部を形成するための母型２５とを用意し、図１１
（ｂ）に示すように母型２５に薄膜２４を押し当て、熱
により塑性変形することで可動分離膜を作製してもよ
い。

【００８２】（その他の実施の形態）図１２は上記の液
体吐出ヘッドを装着して適用可能な液体吐出装置である
インクジェット記録装置の一例を示す概略斜視図であ
る。図１２において、符号６０１は上述した形態の液体
吐出ヘッドとインクタンクとが一体となった、あるいは
インクタンクが着脱可能なインクジェットヘッドカート
リッジを示す。このヘッドカートリッジ６０１は、駆動
モータ６０２の正逆回転に連動して駆動力伝達ギア６０
３および６０４を介して回転するリードスクリュー６０
５の螺旋溝６０６に対して係合するキャリッジ６０７上
に搭載されており、上記駆動モータ６０２の動力によっ
てキャリッジ６０７とともにガイド６０８に沿って矢印
ａおよびｂ方向に往復移動される。図示しない記録媒体
供給装置によってプラテン６０９上を搬送されるプリン
ト用紙（被記録材）Ｐの紙押さえ板６１０は、キャリッ
ジ移動方向にわたってプリント用紙Ｐをプラテンローラ
６０９に対して押圧する。

【００８３】上記リードスクリュー６０５の一端の近傍
には、フォトカプラ６１１および６１２が配設されてい
る。これらはキャリッジ６０７のレバー６０７ａのこの
域での存在を確認して駆動モータ６０２の回転方向切り
換え等を行うためのホームポジション検知手段である。
同図において、符号６１３は上述の液体吐出ヘッドの吐
出口のある前面を覆うキャップ部材６１４を支持する支
持部材を示している。また、符号６１５はキャップ部材
６１４の内部にヘッド６０１から空吐出等されて溜まっ
たインクを吸引するインク吸引手段を示している。この
吸引手段６１５によりキャップ内開口部を介してヘッド
６０１の吸引回復が行われる。符号６１７はクリーニン
グブレードを示し、符号６１８はブレード６１７を前後
方向（上記キャリッジ６０７の移動方向に直交する方
向）に移動可能にする移動部材を示しており、ブレード
６１７および移動部材６１８は本体支持体６１９に支持
されている。上記ブレード６１７はこの形態に限らず、
他の周知のクリーニングブレードであってもよい。符号
６２０は吸引回復操作にあたって、吸引を開始するため
のレバーであり、キャリッジ６０７と係合するカム６２
１の移動に伴って移動し、駆動モータ６０２からの駆動
力がクラッチ切り換え等の公知の伝達手段で移動制御さ
れる。上記ヘッド６０１に設けられた発熱体２０２に信
号を付与したり、前述した各機構の駆動制御を司ったり
するインクジェット記録制御部は装置本体側に設けられ
ており、ここには図示しない。

【００８４】上述の構成を有するインクジェット記録装
置６００は、図示しない被記録材供給装置によりプラテ
ン６０９上を搬送されるプリント用紙Ｐに対し、ヘッド
６０１は用紙Ｐの全幅にわたって往復移動しながら記録
を行う。

【００８５】

【発明の効果】以上説明したように本発明では、吐出液
が供給される第１の液流路と吐出されない発泡液が供給
される第２の液流路とを分離する可動分離膜に凹部を気
泡発生領域に対面するようにして設け、凹部の支点を変
位しない角部にしたことにより、凹部の初期状態及び最
大変位時の形状は常に一定となるため、安定した吐出が
得られる。

【００８６】また、凹部の静止状態の容積をＶ１、最高
変位時の容積をＶ２とした場合、Ｖ２＜Ｖ１としたこと
で、気泡の発生による圧力が凹部の変位にのみ作用し、
可動分離膜が最大変位時にも伸縮することがないため、
安定した吐出が得られ、耐久性も向上する。

【００８７】さらに、可動分離膜の凹部は、気泡の収縮
とともに、変位しない角部がもたらす自己復元力により
速やかに初期状態に戻るため、吐出液のリフィルが向上
する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液体吐出ヘッドの実施の形態を説明す
るための流路方向の断面図である。

【図２】図１に示した可動分離膜の凹部周辺の拡大断面
図である。

【図３】図１及び図２の液体吐出ヘッドの部分破断斜視
図である。

【図４】本発明の液体吐出ヘッドの、可動分離膜の凹部
を拡大した流路方向の断面図で、（ａ）が初期状態、
（ｂ）が最大変位時の状態を示す図である。

【図５】本発明の液体吐出ヘッドに比べ、可動分離膜の
凹部の支点に角部がなく最大変位時の形状が異なる比較
例で、（ａ）が初期状態、（ｂ）が凹部の最大変位時の
状態を示す図である。

【図６】本発明の液体吐出ヘッドの、発熱体と水平方向
の流路断面図である。

【図７】本発明の液体吐出ヘッドの、可動分離膜の凹部
の容積を説明するための流路方向の断面図で、（ａ）が
初期状態、（ｂ）が最大変位時の状態を示す図である。

【図８】本発明の液体吐出ヘッドの一構成例を示す断面
図であり、（ａ）は後述する保護膜があるヘッドを示す
図、（ｂ）は保護膜がないヘッドを示す図である。

【図９】図８に示した電気抵抗層に印加する電圧波形を
示す図である。

【図１０】本発明の液体吐出ヘッドの可動分離膜の作製
工程を説明するための図である。

【図１１】本発明の液体吐出ヘッドの可動分離膜の別の
作製工程を説明するための図である。

【図１２】本発明の液体吐出ヘッドを装着して適用可能
な液体吐出装置であるインクジェット記録装置の一例を
示す概略斜視図である。

【符号の説明】

１，１０１吐出口２，１０２発熱体３，１０３第１の液流路４，１０４第２の液流路５，１０５可動分離膜６，１０６気泡７，１０７気泡発生領域８，１０８凹部８ａ角部８ｂ底部８ｃ変曲部１０素子基板１１支持部材２１ミラーウェハ（Ｓｉ）２２型２３膜２４市販の薄膜２５母型２８液流路の壁１１０ａ耐キャビテーション膜１１０ｂ保護層１１０ｃ配線電極１１０ｄ電気抵抗層１１０ｅシリコン酸化膜またはチッ化シリコン膜１４３第１の共通液室１４４第２の共通液室Ｖ１初期状態の凹部容積Ｖ２最大変位時の凹部容積６００インクジェット記録装置６０１インクジェットヘッドカートリッジ６０２駆動モータ６０３、６０４駆動力伝達ギア６０５リードスクリュー６０６螺旋溝６０７キャリッジ６０７ａレバー６０８ガイド６０９プラテン６１０紙押さえ板６１１、６１２フォトカプラ６１３支持部材６１４キャップ部材６１５インク吸引手段６１７クリーニングブレード６１８移動部材６１９本体支持体６２０レバー６２１カムＰプリント用紙

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者工藤清光東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者島津聡東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内Ｆターム(参考） 2C057 AF06 AF23 AF65 AF70 AG46 AG50 AH03 BA05 BA13

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】液体を吐出する吐出口に連通する第１の
液流路と、液体に気泡を発生させる気泡発生領域を具備
する第２の液流路と、前記第１の液流路と前記第２の液
流路とを互いに常に実質的に分離し前記気泡発生領域と
面する部分に凹部を有する可動分離膜とを少なくとも有
し、前記凹部の支点は、変位をしない角部を有することを特
徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項２】液体を吐出する吐出口に連通する第１の
液流路と、液体に気泡を発生させる気泡発生領域を具備
する第２の液流路と、前記第１の液流路と前記第２の液
流路とを互いに常に実質的に分離し前記気泡発生領域と
面する部分に凹部を有する可動分離膜とを少なくとも有
し、前記凹部の静止状態の容積をＶ１、最高変位時の容積を
Ｖ２とするとＶ２＜Ｖ１であることを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項３】請求項２に記載の液体吐出ヘッドにおい
て、前記凹部の支点は、変位をしない角部を有することを特
徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項４】請求項１、２又は３に記載の液体吐出ヘ
ッドにおいて、前記気泡発生領域の前記可動分離膜に対向する位置に、
前記気泡を発生させるための熱を発生する発熱体を有す
ることを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項５】請求項１、２又は３に記載の液体吐出ヘ
ッドにおいて、前記気泡は、前記発熱体から発生する熱によって液体に
膜沸騰現象を生じさせることにより発生する気泡である
ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項６】請求項１から５のいずれか１項に記載の
液体吐出ヘッドにおいて、前記第１の液流路に供給される液体と、前記第２の液流
路に供給される液体とは互いに異なる液体であることを
特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項７】請求項６に記載の液体吐出ヘッドにおい
て、前記第２の液流路に供給される液体は、前記第１の液流
路に供給される液体に比べて、低粘度性、発泡性、熱安
定性のうち少なくとも１つの性質において優れている液
体であることを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項８】請求項１から７のいずれか１項に記載の
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
を備えた液体吐出装置。
【請求項９】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８に記載の液体吐出装置。