JP2000062175A - Liquid ejection head, liquid ejecting method and liquid ejector - Google Patents

Liquid ejection head, liquid ejecting method and liquid ejector

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JP2000062175A
JP2000062175A JP23611498A JP23611498A JP2000062175A JP 2000062175 A JP2000062175 A JP 2000062175A JP 23611498 A JP23611498 A JP 23611498A JP 23611498 A JP23611498 A JP 23611498A JP 2000062175 A JP2000062175 A JP 2000062175A
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JP
Japan
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liquid
movable member
bubble
bubbles
ejection
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JP23611498A
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Japanese (ja)
Inventor
Satoshi Shimazu
聡 島津
Yoichi Tanetani
陽一 種谷
Hiroyuki Sugiyama
裕之 杉山
Hiroyuki Ishinaga
博之 石永
Sadayuki Sugama
定之 須釜
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Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41JTYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01Ink jet
    • B41J2/135Nozzles
    • B41J2/14Structure thereof only for on-demand ink jet heads
    • B41J2/14016Structure of bubble jet print heads
    • B41J2/14032Structure of the pressure chamber
    • B41J2/14048Movable member in the chamber

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a novel liquid ejection principle by suppressing generated bubbles and liquid on the ejection opening side and the supply side through the structure of a movable member and the entire liquid channel. SOLUTION: When a displaced movable member 31 touches a stopper 64, a liquid channel 10 having a bubble generating region 11 provides a substantially closed space except an ejection opening 18 and suppression of bubbles is started under closed space state. In such a liquid ejection head, the movable member 31 is displayed by bubbles generated in the bubble generating region 11 while being displaced by a piezoelectric element 34 about a fulcrum part 33.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[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及び液体吐出装置に関し、特
に、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
ッジ及び液体吐出装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a liquid ejection head for ejecting a desired liquid by the generation of bubbles caused by the action of thermal energy on the liquid, a head cartridge using the liquid ejection head, and a liquid ejection device. In particular, the present invention relates to a liquid ejection head having a movable member that is displaced by utilizing the generation of bubbles, a head cartridge using the liquid ejection head, and a liquid ejection device.

【0002】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、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。
The present invention also provides a printer for performing recording on a recording medium such as paper, thread, fiber, cloth, leather, metal, plastic, glass, wood and ceramics, a copying machine, a facsimile having a communication system, and a printer. The present invention can be applied to a device such as a word processor having a unit, and further to an industrial recording device that is combined with various processing devices.

【0003】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。
In the present invention, "recording" means not only giving an image having a meaning such as characters and figures to a recording medium, but also giving an image having no meaning such as a pattern. Also means.

【0004】[0004]

【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
許第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。
2. Description of the Related Art By applying energy such as heat to ink, a state change accompanied by a sharp volume change (generation of bubbles) is caused in the ink, and the ink is ejected from an ejection port by an action force based on the state change. An ink jet recording method, which is a so-called bubble jet recording method, in which an image is formed by adhering this onto a recording medium is conventionally known. In a recording apparatus using this bubble jet recording method, as disclosed in US Pat. No. 4,723,129, an ejection port for ejecting ink and an ink flow communicating with this ejection port are disclosed. The channels and the electrothermal converters as energy generating means for ejecting the ink disposed in the ink flow paths are generally disposed.

【0005】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。
According to such a recording method, it is possible to record a high-quality image at high speed and with low noise, and in the head performing this recording method, the ejection openings for ejecting ink are arranged at high density. Therefore, it has many excellent points that a high-resolution recorded image and a color image can be easily obtained with a small apparatus. Therefore, in recent years, this bubble jet recording method has been used in many office devices such as printers, copying machines, and facsimiles, and has also come to be used in industrial systems such as textile printing devices.

【0006】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。
As the bubble jet technology has been used for products in various fields as described above, various requirements as described below have been further increased in recent years.

【0007】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。
In order to obtain a high-quality image, driving conditions have been proposed for providing a liquid ejection method, etc., in which the ink ejection speed is fast and good ink ejection can be performed based on stable bubble generation, or high-speed recording is performed. From this point of view, there has been proposed a liquid flow head having an improved flow path shape in order to obtain a liquid discharge head having a high filling (refill) speed of the discharged liquid into the liquid flow path.

【0008】このようなヘッドの他にも、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)に着目し、吐出において損失エネル
ギーになるバック波を防止する構造の発明が特開平6−
31918号公報(特に第3図)に開示されている。こ
の公報に記載の発明は、三角形状の板状部材の三角形部
分を気泡を発生するヒーターに対して対向させたもので
ある。この発明では、板状部材によってバック波を一時
的に且つわずかには抑えられている。しかし、気泡の成
長と三角形部分との相関関係については全く触れていな
いし、その着想もないため、上記の発明は以下の問題点
を含んでいる。
In addition to such a head, attention is paid to a back wave (pressure directed in the direction opposite to the direction toward the ejection port) generated with the generation of bubbles, and The invention of the structure for preventing is disclosed in JP-A-6-
No. 31918 (particularly FIG. 3). In the invention described in this publication, a triangular portion of a triangular plate member is opposed to a heater that generates bubbles. In the present invention, the back wave is temporarily and slightly suppressed by the plate member. However, since the correlation between the bubble growth and the triangular portion is not mentioned at all and there is no idea of it, the above invention includes the following problems.

【0009】すなわち、上記公報に記載の発明では、ヒ
ーターが凹部の底に位置しており吐出口との直線的連通
状態をとれないため、液滴形が安定できず、さらに気泡
の成長は三角形の頂点の部分の周囲から許容されている
ため、気泡は三角形の板状部材の片側から反対側全体ま
で成長し、結果的に板状部材が存在していないかのよう
に液中における通常の気泡の成長が完成してしまう。従
って、成長した気泡にとって板状部材の存在は何ら関係
のないものとなってしまう。逆に、板状部材の全体が気
泡に囲まれるために、気泡の収縮段階において、凹部に
位置するヒーターへのリフィルは乱流を生じせしめ、そ
の凹部内に微小気泡を蓄積する原因となり、成長気泡に
基づいて吐出を行う原理自体を乱すことになってしま
う。
That is, in the invention described in the above publication, since the heater is located at the bottom of the recess and cannot establish a linear communication with the discharge port, the droplet shape cannot be stabilized and the bubble growth is triangular. Since it is allowed around the top of the triangle, bubbles grow from one side of the triangular plate to the entire opposite side, and as a result, normal bubbles in the liquid as if the plate was not present. The growth of bubbles is completed. Therefore, the presence of the plate-shaped member has nothing to do with the grown bubbles. On the contrary, since the entire plate-shaped member is surrounded by bubbles, refilling the heater located in the recess causes turbulent flow during the bubble contraction stage, which causes the accumulation of minute bubbles in the recess, causing growth. The principle itself of discharging based on bubbles is disturbed.

【0010】他方、EP公開公報436047A1は、
吐出口近傍域と気泡発生部との間にこれらを遮断する第
1弁と、気泡発生部とインク供給部との間にこれらを完
全に遮断する第2弁とを交互に開閉させる発明を提案し
ている(EP436047A1の第4〜9図)。しか
し、この発明はこれら3つの部屋を2つづつに区分して
しまうために、吐出時には液滴に追従するインクが大き
な尾引きとなり、気泡成長・収縮・消泡を行う通常の吐
出方式に比べてサテライトドットがかなり多くなってし
まう(消泡によるメニスカス後退の効果を使えないと推
定される)。また、リフィル時は、気泡発生部に液体が
消泡に伴って供給されるが、吐出口近傍域には次の発泡
が生じるまで液体は供給できないので、吐出液滴のばら
つきが大きいだけでなく、吐出応答周波数が極めて小さ
く、実用レベルではない。
On the other hand, EP Publication No. 436047A1 discloses
The invention proposes to alternately open and close a first valve that shuts off the area near the ejection port and the bubble generating portion, and a second valve that shuts off the air bubble generating portion and the ink supply portion completely. (EP 436047A1 FIGS. 4-9). However, in the present invention, since these three chambers are divided into two, the ink that follows the droplets becomes a large trail at the time of ejection, and compared with the normal ejection method in which bubble growth, contraction, and defoaming are performed. Therefore, the satellite dots are considerably increased (it is presumed that the effect of meniscus receding due to defoaming cannot be used). Further, at the time of refilling, the liquid is supplied to the bubble generation part along with the defoaming, but since the liquid cannot be supplied to the area near the discharge port until the next foaming occurs, not only is there a large variation in the discharged droplets. , The ejection response frequency is extremely small, and is not at a practical level.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】上述の従来技術とはま
ったく異なり液滴の吐出に関し有効に貢献できる可動部
材(自由端を支点よりも吐出口側に有する板状部材等)を
用いた発明が、本願出願人によって数多く提案されてい
る。その発明のうち、特開平9-48127号公報は上述した
可動部材の挙動がわずかに乱れることを防止すべく、可
動部材の変位の上限を規制する発明を開示している。ま
た、特開平9-323420号公報は、上記可動部材に対して、
上流における共通液室の位置を、上記可動部材の利点を
利用して可動部材の自由端側;つまり下流側にシフトさ
せてリフィル能力を高める発明を開示している。これら
は、発明が生み出される前提の想定に、気泡の成長を可
動部材で一時的に包み込んだ状態から一気に吐出口側に
開放する形態を採っていたため、気泡全体が液滴形成に
関わる個々の要素や、それらの相関関係については注目
されていない。
An invention using a movable member (a plate-like member having a free end closer to the discharge port than a fulcrum) that can effectively contribute to the discharge of liquid droplets is completely different from the above-mentioned prior art. , Have been proposed by the applicant of the present application. Among the inventions, Japanese Patent Laid-Open No. 9-48127 discloses an invention in which the upper limit of the displacement of the movable member is regulated in order to prevent the behavior of the movable member described above from being slightly disturbed. Further, JP-A-9-323420 discloses that, with respect to the movable member,
Disclosed is an invention in which the position of the common liquid chamber in the upstream is shifted to the free end side of the movable member; In these cases, the assumption that the invention was created was that the growth of bubbles was temporarily wrapped in the movable member and then opened to the discharge port side at once, so that the entire bubbles are associated with individual elements involved in droplet formation. No attention has been paid to their correlation.

【0012】次の段階として、本願出願人は、特開平10
-24588号公報にて、液体吐出に関わる要素として圧力波
伝播による気泡成長に注目した発明(音響波)として、
気泡発生領域の一部を上記可動部材から開放する発明を
開示している。しかしながら、この発明においても液体
吐出時の気泡の成長のみに着目しているため、気泡全体
が液滴自体の形成に係わる個々の要素や、それらの相関
関係について注目されていない。
As the next step, the applicant of the present invention has disclosed that
-24588, as an invention (acoustic wave) focusing on bubble growth by pressure wave propagation as an element related to liquid ejection,
An invention is disclosed in which a part of the bubble generation region is released from the movable member. However, even in the present invention, since attention is paid only to the growth of bubbles at the time of ejecting the liquid, no attention is paid to the individual elements relating to the formation of the droplets themselves as a whole and their correlations.

【0013】従来から知られている膜沸騰による気泡の
前方部分(エッヂシューター型)が吐出に大きな影響を与
えることは知られているものの、この部分をより効率よ
く吐出液滴の形成に貢献せしめることについて従来着目
したものはなく、本発明はこれらの技術的解明をすべく
本発明者たちは鋭意研究を行った。
Although it is known that the front portion (edge shooter type) of bubbles due to film boiling which has been conventionally known has a great influence on ejection, this portion can contribute to formation of ejected droplets more efficiently. Nothing has hitherto been paid attention to this, and the present inventors have conducted diligent research in order to clarify the technical aspects of the present invention.

【0014】本発明は、この吐出液滴形成という観点か
ら気泡の発生から消泡にいたる経過をより詳細に解析す
ることで、数多くの発明が生まれた中の一つであって、
インクジェットに特有の印字品位を低下させ、装置自体
や記録媒体を汚すサテライトを減少させ、連続吐出動作
における画像品位の安定性をもたせるという従来の技術
水準に比べ極めて高い水準に至った。
The present invention is one of many inventions born from a more detailed analysis of the process from bubble generation to defoaming from the viewpoint of forming discharged droplets.
It has reached an extremely high level as compared with the conventional technical level of lowering the printing quality peculiar to an inkjet, reducing the satellite that stains the apparatus itself and the recording medium, and providing the stability of the image quality in the continuous ejection operation.

【0015】さらに、ノズル内をあらかじめ吐出した状
態に近付け、1発目(1ドット目)を制御することで、
サテライトドットの量を減少、サテライトドットの高速
化(低速サテライトドットの減少)、およびサテライト
ドットの方向制御が可能になる知見に至った。しかも、
上記のように1発目(1ドット目)を制御することで、
2発目(2ドット目)において、サテライトドットの量
が1発目より減少することを見い出した。
Further, by controlling the first shot (first dot) by bringing the inside of the nozzle close to the state of ejection in advance,
We have come to the knowledge that the amount of satellite dots can be reduced, satellite dots can be sped up (low-speed satellite dots are reduced), and satellite dot orientation can be controlled. Moreover,
By controlling the first shot (first dot) as described above,
It has been found that the amount of satellite dots in the second shot (second dot) is smaller than that in the first shot.

【0016】本発明の主たる目的は以下の通りである。The main objects of the present invention are as follows.

【0017】本発明の第1の目的は、発生した気泡とそ
の吐出口側の液体及び供給側の液体を可動部材と液流路
全体の構造とによって抑制することで、極めて新規な液
体吐出原理を提供することにある。
A first object of the present invention is to suppress the generated bubbles, the liquid on the discharge port side and the liquid on the supply side of the bubbles by the movable member and the structure of the entire liquid flow path, thereby providing a very novel liquid discharge principle. To provide.

【0018】本発明の第2の目的は、吐出滴形成工程を
抑制することでサテライトの減少を図るとともに、吐出
動作においてサテライトを完全になくす液体吐出方法及
び液体吐出ヘッドを提供することにある。
A second object of the present invention is to provide a liquid ejecting method and a liquid ejecting head in which the satellite is reduced by suppressing the ejected droplet forming process and the satellite is completely eliminated in the ejecting operation.

【0019】本発明の第3の目的は、サテライトやメニ
スカスの変動による弊害を除去するための記録装置のシ
ステム上の負荷構成を軽減することにある。
A third object of the present invention is to reduce the load structure on the system of the recording apparatus for eliminating the adverse effects due to the fluctuation of satellites and meniscus.

【0020】[0020]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、液体中に気泡を発生させるための熱エネル
ギーを発生する発熱体と、前記液体を吐出する部分であ
る吐出口と、該吐出口に連通するとともに、液体に気泡
を発生させる気泡発生領域を有する液流路と、前記気泡
発生領域に設けられ前記気泡の成長に伴い変位する可動
部材と、前記可動部材の変位を所望の範囲に規制する規
制部と、前記発熱体および前記可動部材を有する基板
と、を備え、前記気泡発生時のエネルギーを用いて前記
吐出口から前記液体を吐出する液体吐出ヘッドであっ
て、前記気泡の成長とは独立して前記可動部材を変位さ
せる予備変位手段を備え、前記規制部は前記液流路の前
記気泡発生領域に対向して設けられ、変位した前記可動
部材と前記規制部との実質的な接触によって、前記気泡
発生領域を有する液流路が前記吐出口を除いて、実質的
に閉じた空間となることを特徴とする。
To achieve the above object, the present invention provides a heating element for generating thermal energy for generating bubbles in a liquid, and a discharge port for discharging the liquid. A liquid flow path that is in communication with the discharge port and has a bubble generation region for generating bubbles in the liquid, a movable member that is provided in the bubble generation region and is displaced as the bubble grows, and a displacement of the movable member is desired. A liquid discharge head that discharges the liquid from the discharge port by using the energy at the time of bubble generation. Preliminary displacement means for displacing the movable member independently of bubble growth is provided, and the restriction portion is provided so as to face the bubble generation region of the liquid flow path, and the displaced movable member and restriction portion are provided. of By qualitative contact, liquid flow path having the bubble generating area except for the discharge port, characterized in that a substantially closed space.

【0021】また本発明は、液体中に気泡を発生させる
ための熱エネルギーを発生する発熱体と、前記液体を吐
出する部分である吐出口と、該吐出口に連通するととも
に、液体に気泡を発生させる気泡発生領域を有する液流
路と、前記気泡発生領域に設けられ前記気泡の成長に伴
い変位する可動部材と、前記可動部材の変位を所望の範
囲に規制する規制部とを備え、前記気泡発生時のエネル
ギーにより前記吐出口から前記液体を吐出する液体吐出
ヘッドを用いた液体吐出方法であって、前記液体吐出ヘ
ッドは、更に前記気泡の成長とは独立して前記可動部材
を変位させる予備変位手段を備えているとともに、前記
気泡の発生前に該予備変位手段により前記可動部材を変
位しておく工程と、前記可動部材は前記気泡の最大発泡
前に前記規制部に接触し前記気泡発生領域を有する液流
路が前記吐出口を除いて実質的に閉じた空間となる工程
を有することを特徴とする。
Further, according to the present invention, a heating element for generating thermal energy for generating bubbles in the liquid, a discharge port for discharging the liquid, and the discharge port are connected to each other, and the bubbles are bubbled in the liquid. A liquid flow path having a bubble generation region to be generated, a movable member provided in the bubble generation region and displaced with the growth of the bubbles, and a restriction portion for restricting displacement of the movable member within a desired range, A liquid ejection method using a liquid ejection head that ejects the liquid from the ejection port by the energy when bubbles are generated, wherein the liquid ejection head further displaces the movable member independently of the growth of the bubbles. And a step of displacing the movable member by the preliminary displacement means before the generation of the bubbles, the movable member being provided on the restriction portion before maximum foaming of the bubbles. Liquid flow path having said bubble generating area Shi erosion is characterized by having a step of a substantially closed space except the discharge port.

【0022】また、上述した方法において、前記可動部
材が前記規制部に接触して、前記上流方向への液体の移
動及び気泡成長によって上流方向へ引っ張られた形の応
力を受けた後、前記気泡の消泡を開始する工程をさらに
有することを特徴とする。
Further, in the above-mentioned method, the movable member comes into contact with the regulating portion and receives the stress of the form pulled in the upstream direction due to the movement of the liquid in the upstream direction and the bubble growth, The method further comprises the step of starting the defoaming of.

【0023】さらに、前記可動部材が前記規制部に接触
したまま前記気泡が収縮する工程をさらに有する。
Further, the method further comprises the step of contracting the bubbles while the movable member is in contact with the regulating portion.

【0024】さらに、前記可動部材が前記規制部に接触
したまま前記気泡が収縮する工程では、前記気泡の収縮
に伴う液体の移動の大部分を前記吐出口から上流方向に
向かわせ、前記吐出口内にメニスカスを急速に引き込ん
でいる。
Further, in the step of contracting the bubble while the movable member is in contact with the regulating portion, most of the movement of the liquid due to the contraction of the bubble is directed in the upstream direction from the ejection port, and The meniscus is being pulled into rapidly.

【0025】さらには、前記気泡収縮工程中に、前記可
動部材を前記規制部より離間させることにより前記気泡
発生領域に吐出口に向かう下流方向への液流を生じさ
せ、前記メニスカスの引き込みを急制動する工程を有す
る。
Further, during the bubble shrinking step, the movable member is separated from the regulating portion to generate a liquid flow in the bubble generating region in the downstream direction toward the discharge port, so that the meniscus is rapidly drawn. There is a step of braking.

【0026】上記構成の液体吐出ヘッドでは、通常の定
常状態からの発泡と違い、予備変位手段により、連続吐
出時の状態と同じく可動部材が上方に変位した状態で発
泡させているので、気泡成長工程において気泡の最大成
長時と可動部材の最大変位時の時間のずれが少なくな
り、気泡の収縮とこれに伴う可動部材の下方変位との時
間的ずれも少なくなる。つまり、気泡に対する可動部材
の追従性が向上する。本発明の場合、吐出滴と繋がって
液柱をなす尾引きの部分をメニスカスが強い力で急速に
引き込むことで尾引き部分が細長くなるが、上述のよう
に気泡に対する可動部材の追従性が向上すると、メニス
カスの急速引き込み時間が定常状態からの発泡の場合よ
りも短いため、尾引き部分の形状が吐出滴の後方におい
てのみ細くなる。よって、吐出口の外側にとり残される
サテライトドットが極めて減少する。
In the liquid discharge head having the above-mentioned structure, unlike the foaming from the normal steady state, since the movable member is foamed by the preliminary displacement means in the same state as in the continuous discharge, the bubble is grown. In the process, the time lag between the maximum growth of the bubble and the maximum displacement of the movable member is reduced, and the time lag between the bubble contraction and the downward displacement of the movable member due to the contraction is also reduced. That is, the followability of the movable member to the bubbles is improved. In the case of the present invention, the meniscus rapidly pulls in the trailing portion forming a liquid column connected to the ejected droplets with a strong force to make the trailing portion elongated, but as described above, the followability of the movable member to the bubbles is improved. Then, since the rapid pull-in time of the meniscus is shorter than that in the case of foaming from the steady state, the shape of the tailing portion becomes thin only behind the discharged droplet. Therefore, the number of satellite dots left outside the ejection port is extremely reduced.

【0027】本発明のその他の効果については、各実施
形態の記載から理解できよう。
Other effects of the present invention can be understood from the description of each embodiment.

【0028】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。
The terms "upstream" and "downstream" used in the description of the present invention refer to the direction of flow of the liquid from the liquid supply source through the bubble generation region (or movable member) to the discharge port.
Alternatively, it is expressed as an expression regarding this structural direction.

【0029】また、気泡自体に関する「下流側」とは、
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。同様に、気泡自体に関
する「上流側」と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上流側、又は、発熱体の面
積中心より上流側の領域で発生する気泡を意味する。
The "downstream side" of the bubble itself means
It means a bubble generated in the downstream side with respect to the center of the bubble in the flow direction or the structural direction, or in the region downstream from the center of the area of the heating element. Similarly, the term "upstream side" regarding the bubble itself means a bubble generated in the upstream side with respect to the flow direction or the above structural direction with respect to the center of the bubble, or in the region upstream from the center of area of the heating element. To do.

【0030】また、本発明で用いる可動部材と規制部と
の「実質的な接触」とは両者の間に数μm程度の液体が
介在した近接状態であっても、直接接触した状態であっ
てもよい。
Further, the "substantial contact" between the movable member and the regulating portion used in the present invention means that the movable member and the regulating portion are in direct contact with each other even in the proximity state in which a liquid of several μm is interposed therebetween. Good.

【0031】[0031]

【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。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0032】図1は本発明の液体吐出ヘッドの1つの実
施の形態を液流路方向で切断した断面図で示すととも
に、液流路内の特徴的な現象を(a)〜(g)の工程に
分けて示したものである。
FIG. 1 is a sectional view showing one embodiment of the liquid discharge head of the present invention cut in the liquid flow path direction, and shows characteristic phenomena in the liquid flow path in (a) to (g). It is shown divided into steps.

【0033】本形態の液体吐出ヘッドでは、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が平滑な素子基板1に設
けられており、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18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13から受
け取る。符号Mは吐出液が形成するメニスカスを表し、
メニスカスMは、吐出口18及びそれに連通する液流路
10の内壁によって発生する毛細管力によって通常負圧
である共通液室13の内圧に対して、吐出口18近傍で
つり合っている。
In the liquid ejecting head of this embodiment, as the ejection energy generating element for ejecting the liquid, the heating element 2 for applying the heat energy to the liquid is provided on the smooth element substrate 1, and on the element substrate 1. The liquid flow path 10 is arranged corresponding to the heating element 2. The liquid flow path 10 is in communication with the discharge port 18 and also with the common liquid chamber 13 for supplying liquid to the plurality of liquid flow paths 10, and has an amount commensurate with the liquid discharged from the discharge port 18. The liquid is received from this common liquid chamber 13. Reference symbol M represents a meniscus formed by the discharge liquid,
The meniscus M is balanced in the vicinity of the discharge port 18 with respect to the internal pressure of the common liquid chamber 13, which is usually a negative pressure due to the capillary force generated by the discharge port 18 and the inner wall of the liquid flow path 10 communicating with the discharge port 18.

【0034】液流路10は、発熱体2を備えた素子基板
1と天板50が接合されることで構成されており、発熱
体2と吐出液との接する面の近傍領域には、発熱体2が
急速に加熱されて吐出液に発泡を生じさせる気泡発生領
域11が存在する。この気泡発生領域11を有する液流
路10に可動部材31の少なくとも一部が発熱体2と対
面するように配されている。この可動部材31は吐出口
18に向かう下流側に自由端32を有すると共に、上流
側において基板1上に配置された支持部33及びピエゾ
素子34に支持されている。このピエゾ素子34は、自
由端32とは支点部33を介して反対側の可動部材31
の端部を支持している。特に本形態では、上流側へのバ
ック波及び液体の慣性力に影響する、気泡の上流側半分
の成長を抑制するため、自由端32が気泡発生領域11
の中央付近に配されている。そして可動部材31は気泡
発生領域11で発生する気泡の成長、またはピエゾ素子
34の収縮変形に伴い、支持部33に対して変位可能で
ある。
The liquid flow path 10 is constructed by joining the element substrate 1 provided with the heating element 2 and the top plate 50, and heat is generated in the area in the vicinity of the surface where the heating element 2 contacts the discharge liquid. There is a bubble generation region 11 in which the body 2 is rapidly heated to cause foaming in the discharged liquid. At least a part of the movable member 31 is arranged in the liquid flow path 10 having the bubble generation region 11 so as to face the heating element 2. The movable member 31 has a free end 32 on the downstream side toward the ejection port 18, and is supported by a support portion 33 and a piezo element 34 arranged on the substrate 1 on the upstream side. The piezo element 34 has a movable member 31 on the side opposite to the free end 32 via a fulcrum 33.
Supporting the end of. In particular, in the present embodiment, the free end 32 has the free end 32 in order to suppress the growth of the upstream half of the bubbles, which affects the back wave to the upstream side and the inertial force of the liquid.
It is located near the center of. The movable member 31 can be displaced with respect to the support portion 33 as the bubbles generated in the bubble generation region 11 grow or the piezo element 34 contracts and deforms.

【0035】気泡発生領域11の中央上方にはストッパ
(規制部)64が位置していて、気泡の上流側半分の成
長を抑制するために可動部材31の変位をある範囲で規
制している。共通液室13から吐出口18への流れにお
いて、ストッパ64を境に上流側に、液流路10と比較
して相対的に流路抵抗の低い低流路抵抗領域65が設け
られている。この領域65における流路構造は上壁がな
かったり流路断面積が大きいことなどで、液の移動に対
し流路から受ける抵抗を小さくしている。
A stopper (regulating portion) 64 is located above the center of the bubble generating region 11 and regulates the displacement of the movable member 31 within a certain range in order to suppress the growth of the upstream half of the bubble. In the flow from the common liquid chamber 13 to the discharge port 18, a low flow path resistance region 65 having a flow path resistance relatively lower than that of the liquid flow path 10 is provided on the upstream side of the stopper 64 as a boundary. The flow channel structure in this region 65 has no upper wall or has a large flow channel cross-sectional area, so that the resistance received from the flow channel with respect to the movement of the liquid is reduced.

【0036】以上の構成により、変位した可動部材31
とストッパ64との接触によって、気泡発生領域11を
有する液流路10が吐出口18を除いて、実質的に閉じ
た空間となるという従来にない特徴的なヘッド構造をな
している。
With the above structure, the displaced movable member 31
Due to the contact between the stopper 64 and the stopper 64, the liquid flow path 10 having the bubble generation region 11 becomes a substantially closed space except for the discharge port 18, which is a characteristic head structure that has not been obtained in the past.

【0037】次に、本実施形態の液体吐出ヘッドの吐出
動作について詳しく説明する。
Next, the ejection operation of the liquid ejection head of this embodiment will be described in detail.

【0038】図1(a)では、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
が熱を発生する前の状態を示す。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する気泡
に対し、この気泡の上流側半分に対面する位置に設けら
れており、かつ、可動部材31の変位を規制するストッ
パ64が気泡発生領域11の中央上方に設けられている
ことである。つまり、液流路構造と可動部材の配置位置
とによって、気泡の上流側半分が可動部材31に押え込
まれるようになっている。
FIG. 1A shows a state before energy such as electric energy is applied to the heating element 2 and shows a state before the heating element generates heat. The important thing here is
The movable member 31 is provided at a position facing the upstream half of the bubble generated by the heat generated by the heating element 2, and the stopper 64 for restricting the displacement of the movable member 31 has a bubble generation region 11 It is provided above the center of the. That is, depending on the liquid flow path structure and the arrangement position of the movable member, the upstream half of the bubble is pressed into the movable member 31.

【0039】図1(b)では、予備変位手段であるピエ
ゾ素子34を駆動させて、可動部材31を上方へ変位さ
せた状態を示す。ピエゾ素子34が基板1側に収縮する
ことで、可動部材31が支点部33を中心に、てこの原
理によって上方に変位する。このピエゾ素子34の駆動
及び可動部材31の変位はわずかであり、気泡発生領域
11周辺の液体を上流側と下流側にわずかに移動させる
が、吐出口18より吐出滴を吐出させることはない。
FIG. 1 (b) shows a state in which the movable member 31 is displaced upward by driving the piezo element 34 which is the preliminary displacement means. When the piezo element 34 contracts toward the substrate 1, the movable member 31 is displaced upward with the fulcrum portion 33 as the center by the lever principle. The driving of the piezo element 34 and the displacement of the movable member 31 are slight, and the liquid around the bubble generating region 11 is slightly moved to the upstream side and the downstream side, but the ejection droplets are not ejected from the ejection ports 18.

【0040】図1(c)では、図1(b)に示したよう
に可動部材31が上方に変位している状態において、気
泡発生領域11内を満たす液体の一部が発熱体2によっ
て加熱され、膜沸騰に伴う気泡40がほぼ最大に成長し
た状態を示す。このとき、気泡40の発生に基づく圧力
波が液流路10内に伝播し、それに伴い液流路10内の
液体が気泡発生領域の中央領域を境に下流側及び上流側
に移動し、上流側においては気泡40の成長に伴う液の
流れにより可動部材31が変位し、下流側においては吐
出口18から吐出滴66が吐出しつつある。ここで、上
流側すなわち共通液室13方向への液体の移動は、液体
の移動に対し流路からの抵抗が下流側に比較して低くな
っていて液体流動がしやすい領域である低流路抵抗領域
65によって大きな流れとなるが、可動部材31はスト
ッパ64に接近または接触するまで変位すると、それ以
上の変位が規制されるため、上流方向への液体の移動も
そこで大きく制限される。しかしながら、上流方向への
液体の移動力は大きいため、可動部材31は上流方向へ
引っ張られた形の応力を大きく受けている。さらに、可
動部材31で成長を制限された気泡40の一部は、液流
路10を形成する両側壁と可動部材31の側部との僅か
な間隙を通り、可動部材31の上面側に隆起している。
この隆起した気泡を本明細書では「隆起気泡(41)」
と呼ぶこととする。
In FIG. 1C, a part of the liquid filling the bubble generating region 11 is heated by the heating element 2 in the state where the movable member 31 is displaced upward as shown in FIG. 1B. Thus, the bubble 40 accompanying the film boiling has grown to the maximum extent. At this time, the pressure wave based on the generation of the bubbles 40 propagates in the liquid flow path 10, and accordingly, the liquid in the liquid flow path 10 moves to the downstream side and the upstream side with the central region of the bubble generation region as a boundary, and the upstream side. On the side, the movable member 31 is displaced by the flow of liquid accompanying the growth of the bubbles 40, and on the downstream side, the discharge droplet 66 is being discharged from the discharge port 18. Here, in the movement of the liquid toward the upstream side, that is, in the direction of the common liquid chamber 13, the resistance from the flow passage with respect to the movement of the liquid is lower than that on the downstream side, and the liquid is easily flown in the low flow passage. Although a large flow occurs due to the resistance region 65, when the movable member 31 is displaced until it comes close to or comes into contact with the stopper 64, further displacement is restricted, so that the movement of the liquid in the upstream direction is also largely restricted there. However, since the moving force of the liquid in the upstream direction is large, the movable member 31 receives a large amount of stress in the form of being pulled in the upstream direction. Furthermore, some of the bubbles 40, the growth of which is restricted by the movable member 31, pass through a slight gap between the side walls of the liquid flow path 10 and the side portion of the movable member 31, and rise to the upper surface side of the movable member 31. is doing.
This raised bubble is referred to as “raised bubble (41)” in this specification.
Will be called.

【0041】この状態において、可動部材31に対して
吐出口側への液流路の全体形状は、上流側から下流側に
向かって広がってゆく構造となっている。
In this state, the overall shape of the liquid flow path to the discharge port side with respect to the movable member 31 is such that it widens from the upstream side to the downstream side.

【0042】本発明においては図13に示すように、気
泡40の吐出口側の部分と吐出口との間は液流に対しま
っすぐな流路構造を保っている「直線的連通状態」とな
っている。これは、より好ましくは、気泡の発生時に生
じる圧力波の伝播方向とそれに伴う液体の流動方向と吐
出方向とが直線的に一致させることで、吐出滴66の吐
出方向や吐出速度等の吐出状態をきわめて高いレベルで
安定化させるという理想状態を形成することが望まし
い。本発明では、この理想状態を達成、または近似させ
るための一つの定義として、吐出口18と発熱体2、特
に気泡の吐出口側に影響力を持つ発熱体の吐出口側((下
流側)とが直接直線で結ばれる構成とすればよく、これ
は、流路内の流体がない状態であれば、吐出口の外側か
ら見て発熱体、特に発熱体の下流側が観察することが可
能な状態である。
In the present invention, as shown in FIG. 13, between the discharge port side portion of the bubble 40 and the discharge port, there is a "linear communication state" in which a straight flow path structure is maintained with respect to the liquid flow. ing. More preferably, this is because the propagating direction of the pressure wave generated when the bubbles are generated and the liquid flowing direction and the ejecting direction corresponding to the propagating direction are linearly aligned with each other, so that the ejecting state of the ejected droplet 66, the ejecting speed, and the like. It is desirable to create the ideal state of stabilizing V at a very high level. In the present invention, as one definition for achieving or approximating this ideal state, the discharge port 18 and the heating element 2, particularly the discharge port side of the heating element having influence on the discharge port side of bubbles ((downstream side) It suffices that the and are directly connected by a straight line. This means that when there is no fluid in the flow path, the heating element, especially the downstream side of the heating element, can be observed when viewed from the outside of the discharge port. It is in a state.

【0043】一方、前述したように気泡40の上流側の
部分は可動部材31の変位がストッパ64によって規制
されているため、上流側への液流の慣性力によって可動
部材31を上流側へ凸形状に湾曲させ応力をチャージさ
せるまでにとどまった状態で小さなサイズになってい
る。この部分全体としては、ストッパ部及び液流路仕切
壁101と可動部材31と支点33とで上流側の領域に
進入する量をほとんど無にしている。(ただし、可動部
材31と液流路仕切壁101との間隙で10μm以下の
スペースに対する部分隆起気泡は許容する。)。
On the other hand, as described above, since the displacement of the movable member 31 is restricted by the stopper 64 in the upstream portion of the bubble 40, the movable member 31 is projected upstream by the inertial force of the liquid flow to the upstream side. It has a small size in a state that it stays until it is bent into shape and charged with stress. As a whole of this portion, the stopper portion, the liquid flow path partition wall 101, the movable member 31, and the fulcrum 33 have almost no amount of entering the upstream region. (However, a partially raised bubble is allowed for a space of 10 μm or less in the gap between the movable member 31 and the liquid flow path partition wall 101.).

【0044】これによって、上流側への液流を大幅に規
制し、隣接したノズルへの流体クロストークや、後述す
る高速リフィルを阻害する供給路系における液の逆流や
圧力振動を防止する。
As a result, the liquid flow to the upstream side is significantly restricted, and fluid crosstalk to the adjacent nozzles and liquid backflow and pressure oscillation in the supply path system which hinders high-speed refill described later are prevented.

【0045】図1(d)では、前述した膜沸騰の後に気
泡内部の負圧が液流路内の下流側への液体の移動に打ち
勝って、気泡40の収縮が開始された状態を示す。この
時点では、気泡成長による液体の上流方向への力が大き
く残るため、気泡40の収縮開始後一定の間は可動部材
31は未だストッパ64に接触された状態であり、気泡
40の収縮の多くは吐出口18から上流方向への液移動
力を生じさせる。図1(c)の状態で、可動部材31は
上流側へ凸形状に湾曲した応力チャージ状態であったた
め、図1(d)では、可動部材自身としては応力を開放
する側すなわち上流側から液流を引き戻し上流方向に対
し凹形状になろうとする力が発生する。このため、ある
時点から前述した上流方向への液の移動力にこの上流方
向からの可動部材の引き戻し力が打ち勝ってわずかなが
らに上流側から吐出口側への流れを生じさせ始め、可動
部材31も撓みが減じ、上流方向に凹形状への変位が始
まる。すなわち、一時的に液流路内の液体がトータルと
して吐出口方向に一方的に向う流れが生じるという、気
泡40の上流側と下流側でのアンバランス状態が発生す
るのである。
FIG. 1 (d) shows a state in which the negative pressure inside the bubbles overcomes the movement of the liquid to the downstream side in the liquid flow path after the above-mentioned film boiling, and the contraction of the bubbles 40 is started. At this point, since a large force of the liquid in the upstream direction due to bubble growth remains, the movable member 31 is still in contact with the stopper 64 for a certain period after the start of contraction of the bubble 40, and most of the contraction of the bubble 40 occurs. Generates a liquid moving force from the discharge port 18 in the upstream direction. In the state of FIG. 1C, the movable member 31 is in a stress-charged state in which the movable member 31 is curved in a convex shape toward the upstream side. Therefore, in FIG. 1D, as the movable member itself, the stress is released from the upstream side. A force is generated that pulls back the flow and makes a concave shape in the upstream direction. Therefore, from a certain point in time, the pulling force of the movable member from the upstream direction overcomes the above-described moving force of the liquid in the upstream direction, and a slight amount of flow starts from the upstream side to the discharge port side. Also, the bending is reduced, and the displacement to the concave shape starts in the upstream direction. That is, an unbalanced state occurs between the upstream side and the downstream side of the bubble 40, in which a total flow of liquid in the liquid flow path is unidirectionally directed toward the discharge port.

【0046】その直後のタイミングでは、液流路内全体
としては、いまだ変位した可動部材31とストッパ64
との接触によって、気泡発生領域11を有する液流路1
0が吐出口18を除いて、実質的に閉じた空間になって
いるため、気泡40の収縮エネルギーは全体バランスと
して吐出口18近傍の液体を上流方向へ移動させる力と
して強く働く。したがって、メニスカスMはこの時点で
吐出口18から液流路10内に大きく引き込まれ、吐出
液滴66と繋がっている液柱を強い力ですばやく切り離
すことになる。その結果、図1(e)に示すように、吐
出口18の外側にとり残される液滴すなわちサテライト
(副滴)67が少なくなる。
At the timing immediately after that, the movable member 31 and the stopper 64 which are still displaced as a whole in the liquid flow path.
A liquid flow path 1 having a bubble generation region 11 by contact with
Since 0 is a substantially closed space except for the ejection port 18, the contraction energy of the bubble 40 strongly acts as a force for moving the liquid in the vicinity of the ejection port 18 in the upstream direction as a total balance. Therefore, at this point, the meniscus M is largely drawn into the liquid flow path 10 from the ejection port 18, and the liquid column connected to the ejection droplet 66 is quickly separated with a strong force. As a result, as shown in FIG. 1E, the number of droplets, that is, satellites (sub-droplets) 67 left outside the ejection port 18 decreases.

【0047】特にこの場合、通常の定常状態からの発泡
と違い、連続吐出時の状態と同じく可動部材31が上方
に変位した状態で発泡させているので、図1(c)の工
程において気泡の最大成長時と可動部材の最大変位時の
時間のずれが少なくなり、気泡の収縮とこれに伴う可動
部材31の下方変位との時間的ずれも少なくなる。つま
り、気泡に対する可動部材の追従性が向上する。本発明
の場合、吐出滴66と繋がって液柱をなす尾引きの部分
をメニスカスが強い力で急速に引き込むことで尾引き部
分が細長くなるが、上述のように気泡に対する可動部材
の追従性が向上すると、メニスカスの急速引き込み時間
が定常状態からの発泡の場合よりも短いため、尾引き部
分の形状が吐出滴の後方においてのみ細くなる。よっ
て、吐出口18の外側にとり残されるサテライトドット
が極めて減少する。
Particularly in this case, unlike the foaming from the normal steady state, the foaming is performed in the state in which the movable member 31 is displaced upward as in the continuous discharge state. The time lag between the maximum growth and the maximum displacement of the movable member is reduced, and the time lag between the contraction of the bubbles and the accompanying downward displacement of the movable member 31 is also reduced. That is, the followability of the movable member to the bubbles is improved. In the case of the present invention, since the meniscus rapidly pulls in the trailing portion which is connected to the discharge droplet 66 and forms a liquid column with a strong force, the trailing portion becomes elongated, but as described above, the ability of the movable member to follow bubbles is reduced. If it improves, the shape of the tailing portion becomes thin only behind the ejected droplet, because the rapid pulling-in time of the meniscus is shorter than that in the case of foaming from the steady state. Therefore, the number of satellite dots left outside the ejection port 18 is extremely reduced.

【0048】ここで、気泡の発泡と収縮に伴う可動部材
の変位の様子を図2に基づいて説明する。図2は可動部
材の変位、気泡の体積変化、および吐出口での流れ(液
体,気体を含む)の相互関係を示す図であり、(a)は
可動部材が通常状態にある場合における発泡、(b)は
可動部材が上方に変位している状態での発泡を示す図で
ある。
Here, the state of displacement of the movable member due to foaming and contraction of bubbles will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a diagram showing the mutual relationship between the displacement of the movable member, the volume change of the bubbles, and the flow (including liquid and gas) at the discharge port. FIG. 2A is the foaming when the movable member is in the normal state, (B) is a figure which shows foaming in the state where the movable member was displaced upwards.

【0049】図2(a)では、発熱体の急速な加熱によ
り発泡が開始され、それが大きく成長しようとするが、
可動部材を押し上げなければならない為、発泡の成長よ
りもわずかに遅れて可動部材が変位し始める。また、消
泡過程においても、可動部材は慣性でまだ上方に移動し
ようとしている為、気泡の消泡に遅れて下方に変位し始
める。一方、図2(b)では、予備変位手段を用いて、
可動部材を上方へ変位している状態で発泡を開始するた
め、気泡が成長するときに図2(a)の場合と異なり、
可動部材を押し上げる仕事が少なくてすむ。そのため、
最大発泡時と可動部材の最大変位時との時間的なずれが
小さくなる。さらに、その時間的ずれが小さい為、消泡
工程においても可動部材が下方に変位し始めるタイミン
グが早くなり、気泡の消泡に対する可動部材の下方変位
の時間的なずれが小さくなる。
In FIG. 2 (a), foaming is initiated by rapid heating of the heating element, and it tends to grow large.
Since the movable member has to be pushed up, the movable member begins to be displaced slightly after the growth of the foam. Also, in the defoaming process, since the movable member is still trying to move upward due to inertia, it starts to be displaced downward after the defoaming of the bubbles. On the other hand, in FIG. 2B, by using the preliminary displacement means,
Since foaming is started in a state in which the movable member is displaced upward, unlike the case of FIG.
Less work to push up the movable member. for that reason,
The time lag between maximum foaming and maximum displacement of the movable member is reduced. Further, since the time shift is small, the timing at which the movable member starts to move downward in the defoaming step also becomes earlier, and the time shift of the downward displacement of the movable member with respect to the bubble defoaming becomes smaller.

【0050】続いて、図1(e)では、消泡工程がほぼ
終了し吐出液滴66とメニスカスMが分断された状態を
示す。低流路抵抗領域65では液体の上流方向の移動力
に対し可動部材31の反発力と気泡40の消泡による収
縮力によって、可動部材31の下方変位とそれに伴う低
流路抵抗領域65での下流方向への流れとが開始され、
可動部材31とストッパ64との近接または接触状態が
開放し始める。これに伴い低流路抵抗領域65での下流
方向への流れは流路抵抗が小さい為、急速に大きな流れ
となってストッパ64部分を介し液流路10へ流れ込
む。これにより、メニスカスMを液流路10内へと急速
に引き込む流れが急に低下するため、メニスカスMは吐
出口18から外側に残った、または吐出口18方向に凸
になっている液柱部分をできるだけ分離させず取り込み
ながら比較的低速で発泡前の位置へ戻り始める。特に、
メニスカスMの復帰の流れと上流からのリフィルとが合
流することで吐出口18〜ヒータ2間で流速がほとんど
ゼロの領域を形成することでメニスカスの収束性が良
い。これはインクの粘度や表面張力にもよるが、本発明
によれば、この液柱が分離しサテライトとなって印字物
に付着し画品位を低下させたり、オリフィス近傍に付着
し吐出方向に悪影響を及ぼしたり、吐出不良を引き起こ
したりするものを激減させることができる。
Subsequently, FIG. 1E shows a state in which the defoaming step is almost completed and the discharged liquid droplet 66 and the meniscus M are separated. In the low flow path resistance region 65, due to the repulsive force of the movable member 31 and the contracting force of the bubble 40 defoaming against the moving force of the liquid in the upstream direction, the downward displacement of the movable member 31 and the accompanying low flow path resistance region 65 are caused. The flow in the downstream direction is started,
The proximity or contact state between the movable member 31 and the stopper 64 starts to open. Along with this, the flow in the downstream direction in the low flow path resistance region 65 has a small flow path resistance, so it rapidly becomes a large flow and flows into the liquid flow path 10 via the stopper 64 portion. As a result, the flow that rapidly draws the meniscus M into the liquid flow path 10 suddenly decreases, so that the meniscus M remains outside the ejection port 18 or is a liquid column portion that is convex toward the ejection port 18. While taking in as little as possible, it starts returning to the position before foaming at a relatively low speed. In particular,
The return flow of the meniscus M and the refill from the upstream merge to form a region where the flow velocity is almost zero between the discharge port 18 and the heater 2, so that the meniscus converges well. Although this depends on the viscosity and surface tension of the ink, according to the present invention, this liquid column separates and becomes a satellite and adheres to the printed matter to deteriorate the image quality, or adheres near the orifice and adversely affects the ejection direction. It is possible to drastically reduce the number of things that cause a discharge failure or cause a discharge failure.

【0051】また、メニスカスM自身も大きく液流路内
に引き込まれる以前に復帰を開始するので、液移動速度
自体はそれほど大きくなくても短時間で復帰を果たすた
め、メニスカスのオーバーシュート、すなわち吐出口1
8で停止せず吐出口18の外側への凸形状となる量を低
減し、オーバーシュートに引き続いて発生する吐出口1
8を収束点とした減衰振動現象を極めて短時間で終了さ
せることができる。この減衰振動現象も印字品位に悪影
響を及ぼすため、本発明は安定的な高速印字を可能とし
ている。
Further, since the meniscus M itself also starts to recover before being largely drawn into the liquid flow path, the meniscus M will recover in a short time even if the liquid moving speed itself is not so large. Exit 1
The amount of the convex shape outward of the discharge port 18 without stopping at 8 is reduced, and the discharge port 1 generated subsequent to the overshoot
It is possible to finish the damped oscillation phenomenon with 8 as the convergence point in an extremely short time. Since this damped vibration phenomenon also adversely affects the printing quality, the present invention enables stable high-speed printing.

【0052】また、前述した可動部材31とストッパ6
4の間の部分を介した液流路10への流れ込みは図1
(e)に示すように天板50側の壁面での流速を高める
ため、この部分での微少泡などの残留も極めて少なく、
吐出の安定性に寄与している。
The movable member 31 and the stopper 6 described above are also provided.
The flow-in to the liquid flow path 10 through the portion between 4 is shown in FIG.
As shown in (e), since the flow velocity on the wall surface on the side of the top plate 50 is increased, very small bubbles and the like remain at this portion,
Contributes to the stability of ejection.

【0053】一方、吐出滴66に対し直後に存在するサ
テライト67の中には図1(d)における急速なメニス
カス引き込みによって吐出滴と極めて近接しているもの
もあり、吐出滴66の飛翔の後方に生じる空気の渦によ
り吐出滴に引き寄せられる力を受ける現象、いわゆるス
リップストリーム現象が発生する。
On the other hand, some satellites 67 existing immediately after the ejected droplet 66 are very close to the ejected droplet due to the rapid meniscus drawing in FIG. A phenomenon called a slipstream phenomenon occurs in which the vortex of air generated in the surface receives a force attracted to the discharged droplet.

【0054】この現象について詳しく説明する。旧来か
らの液体吐出ヘッドでは吐出口から液体が吐出された瞬
間に液滴が球体を形成することはなく、先端に球状部を
持つ液柱に近い状態で吐出される。そして、尾引きの部
分が主滴とメニスカスの両方に引っ張られてメニスカス
より切り離されたときに尾引きの部分からサテライトド
ットが形成され、主滴と共に被記録体へ飛翔することが
知られている。サテライトドットは主滴よりも後から飛
翔するため、メニスカスにも引っ張られていた分だけ吐
出速度が低く、その着弾位置が主滴とずれて、印字品位
が劣化してしまう。本発明による液体吐出ヘッドでは、
前述のようにメニスカスを後退させる力が旧来の液体吐
出ヘッドよりも大きいため、主滴が吐出した後の尾引き
部分を引っ張る力が強く、尾引き部分とメニスカスを切
り離す力が強くなってこの切り離すタイミングも早くな
る。したがって、尾引き部分から形成されるサテライト
ドットが小さくなり、また主滴とサテライトドットとの
距離が短くなる。さらに、尾引き部分がいつまでもメニ
スカスに引っ張られ続けないため、吐出速度が低下せ
ず、吐出滴66の後方でいわゆるスリップストリーム現
象によりサテライト67が引き寄せられる。
This phenomenon will be described in detail. In the conventional liquid ejection head, the droplet does not form a sphere at the moment when the liquid is ejected from the ejection port, and is ejected in a state close to a liquid column having a spherical portion at the tip. It is known that when the trailing portion is pulled by both the main droplet and the meniscus and separated from the meniscus, satellite dots are formed from the trailing portion and fly to the recording medium together with the main droplet. . Since the satellite dots fly after the main droplet, the ejection speed is low because the satellite dot is pulled by the meniscus, and the landing position of the satellite dot deviates from the main droplet, deteriorating the print quality. In the liquid ejection head according to the present invention,
As described above, since the force for retracting the meniscus is larger than that of the conventional liquid ejection head, the force for pulling the tailing portion after the main droplet is ejected is strong, and the force for separating the tailing portion and the meniscus becomes strong, and this separation is performed. The timing will be earlier. Therefore, the satellite dots formed from the trailing portion become smaller, and the distance between the main droplet and the satellite dot becomes shorter. Furthermore, since the trailing portion does not continue to be pulled by the meniscus, the ejection speed does not decrease, and the satellite 67 is attracted by the so-called slipstream phenomenon behind the ejection droplet 66.

【0055】図1(f)では図1(e)の状態がさらに
進んだ状態を示す。サテライト67はさらに吐出滴66
に近接し同時に引き寄せられ、スリップストリーム現象
による引き力も増大する。一方、上流側から吐出口18
方向への液体移動は、気泡40の消泡工程完了と可動部
材31の変位オーバーシュートで初期位置より下方に変
位することで上流側からの液体の引き込みと吐出口18
方向への液体の押し出し現象を生じさせる。しかも、ス
トッパ64が存在する液流路の断面積拡大によって吐出
口18方向への液流れが増大し、メニスカスMの吐出口
18への復帰が加速する。この事により、本形態におけ
るリフィル特性は飛躍的に向上する。
FIG. 1F shows a further advanced state of FIG. 1E. The satellite 67 has a further drop 66.
And are attracted at the same time, and the pulling force due to the slipstream phenomenon also increases. On the other hand, from the upstream side, the discharge port 18
The liquid is moved in the direction in which the liquid 40 is drawn downward from the initial position by the completion of the defoaming process of the bubbles 40 and the displacement overshoot of the movable member 31 to draw the liquid from the upstream side and the discharge port 18.
This causes the phenomenon of the liquid being pushed in the direction. In addition, the cross-sectional area of the liquid flow path in which the stopper 64 is present is increased to increase the liquid flow in the direction of the discharge port 18 and accelerate the return of the meniscus M to the discharge port 18. As a result, the refill characteristics in this embodiment are dramatically improved.

【0056】また、気泡の消滅時に発生するキャビテー
ション発生時は可動部材31の下方変位によって消泡点
と吐出口18が区分されるため、キャビテーションによ
る衝撃波が吐出口18に直接伝達されず可動部材31に
多く吸収されるため、キャビテーションによる衝撃波が
メニスカスに到達してメニスカスからマイクロドットと
呼ばれる微小液滴が発生するがほとんどなくなるため、
マイクロドットが印刷物に付着して画品位を低下させた
り、吐出口18近傍に付着して吐出を不安定にさせたり
する現象が激減するのである。
Further, when cavitation occurs when bubbles disappear, the defoaming point and the discharge port 18 are separated by the downward displacement of the movable member 31, so that the shock wave due to cavitation is not directly transmitted to the discharge port 18 and the movable member 31. Since a large amount of light is absorbed by the cavitation, shock waves due to cavitation reach the meniscus, and minute droplets called microdots are hardly generated from the meniscus, but
The phenomenon that the microdots adhere to the printed matter to deteriorate the image quality, or the microdots adhere to the vicinity of the ejection port 18 to make the ejection unstable is drastically reduced.

【0057】さらに、消泡によるキャビテーション発生
ポイントも可動部材31により支点33側にずれるた
め、ヒータ2に対するダメージが少なくなる。また、可
動部材31とヒーター2間での増粘インクの強制的な移
動を引き起こし、この閉域から排除することで吐出耐久
性が向上する。同時に、同現象によりこの領域でのヒー
タへのこげの付着も少なくなる為、吐出安定性が向上す
る。
Further, since the cavitation generation point due to defoaming is also shifted to the fulcrum 33 side by the movable member 31, the damage to the heater 2 is reduced. Further, the viscous ink is forcibly moved between the movable member 31 and the heater 2 and removed from this closed region, so that the ejection durability is improved. At the same time, due to the same phenomenon, the amount of burnt deposits on the heater in this region is reduced, and the ejection stability is improved.

【0058】図1(g)では、図1(f)の状態がさら
に進み、サテライト67が吐出滴66にとり込まれた状
態を示す。この吐出滴66とサテライト67の合体は他
の実施形態でも吐出毎に必ずしも起きる現象ではなく、
条件によって起きる場合と起きない場合がある。しか
し、サテライトの量を少なくとも減少または消滅させる
ことで、主滴とサテライトドットとの着弾位置が被記録
体上で殆どずれず印字品位に与える影響が極めて小さく
なる。すなわち、画像のシャープネスを高め印字品位を
向上させるとともに、ミストとなって印字媒体や記録装
置内を汚すなどの弊害を低減することができる。
FIG. 1 (g) shows a state in which the state of FIG. 1 (f) has further advanced and the satellite 67 has been taken into the ejected droplet 66. The combination of the discharge droplet 66 and the satellite 67 does not always occur in each discharge even in the other embodiments.
It may or may not occur depending on the conditions. However, by at least reducing or eliminating the amount of satellites, the landing positions of the main droplets and satellite dots hardly shift on the recording medium, and the influence on print quality becomes extremely small. That is, the sharpness of the image can be enhanced to improve the printing quality, and the harmful effects such as becoming a mist and contaminating the inside of the printing medium or the recording apparatus can be reduced.

【0059】一方、可動部材31はそのオーバーシュー
トの反動で再びストッパ64の方向への変位を生じる。
これは可動部材31の形状及びヤング率、液流路内の液
体の粘度、比重で決まる減衰振動により収束し、最終的
には初期位置で停止する。
On the other hand, the movable member 31 is displaced in the direction of the stopper 64 again due to the reaction of the overshoot.
This converges due to the damping vibration determined by the shape and Young's modulus of the movable member 31, the viscosity of the liquid in the liquid flow path, and the specific gravity, and finally stops at the initial position.

【0060】可動部材31の上方変位によって共通液室
13側から吐出口18方向への液体の流れは制御され、
メニスカスMの動きは吐出口近傍ですみやかに収束す
る。よって、メニスカスのオーバーシュート現象など
の、吐出状態を不安定にし印字品位を低下する要因を大
きく低減することができる。
The upward displacement of the movable member 31 controls the flow of liquid from the common liquid chamber 13 side toward the discharge port 18,
The movement of the meniscus M quickly converges near the discharge port. Therefore, it is possible to greatly reduce the factors such as the overshoot phenomenon of the meniscus, which makes the ejection state unstable and deteriorates the printing quality.

【0061】次に、本実施形態の更なる特徴的な効果に
ついて説明する。
Next, further characteristic effects of this embodiment will be described.

【0062】図12は図1(b)に示した一部のヘッド
の透視斜視図であり、ノズルを透視して破線で示す以外
は基本的に図1(b)と同じ状態を示すものである。本
実施形態では、液流路10を構成する壁の両側壁面と可
動部材31の両側部には僅かながらにクリアランスが存
在し、可動部材31のスムーズな変位を可能にしてい
る。さらに、発熱体2による発泡の成長工程において、
気泡40は可動部材31を変位させるとともに、前記ク
リアランスを介し可動部材31の上面側へ隆起して低流
路抵抗領域65に若干侵入する。この侵入した隆起気泡
41は可動部材31の背面(気泡発生領域11と反対
面)に回り込むことで可動部材31のブレを抑え、吐出
特性を安定化する。
FIG. 12 is a see-through perspective view of a part of the head shown in FIG. 1 (b), which basically shows the same state as that shown in FIG. 1 (b) except that the nozzle is seen through and shown by a broken line. is there. In this embodiment, there is a slight clearance between both side wall surfaces of the wall forming the liquid flow path 10 and both side portions of the movable member 31 to allow the movable member 31 to be smoothly displaced. Furthermore, in the step of growing foam by the heating element 2,
The bubble 40 displaces the movable member 31, rises to the upper surface side of the movable member 31 through the clearance, and slightly enters the low flow path resistance region 65. The intruding raised bubbles 41 wrap around the back surface of the movable member 31 (the surface opposite to the bubble generation area 11) to suppress the blurring of the movable member 31 and stabilize the ejection characteristics.

【0063】さらに、気泡40の消泡工程において、隆
起気泡41が低流路抵抗領域65から気泡発生領域11
への液流を促進させ、前述した、吐出口18側からの高
速なメニスカス引き込みと相まって、消泡をすみやかに
完了させる。特に、隆起気泡41が引き起こす液流によ
って可動部材31や液流路10のコーナーに気泡を蓄留
させることがほとんどない。
Further, in the defoaming process of the bubbles 40, the raised bubbles 41 are transferred from the low flow path resistance region 65 to the bubble generation region 11
The liquid flow to the nozzle is accelerated, and the defoaming is promptly completed in combination with the above-described high-speed drawing of the meniscus from the discharge port 18 side. In particular, the liquid flow caused by the raised bubbles 41 hardly accumulates the bubbles in the movable member 31 or the corners of the liquid flow path 10.

【0064】(その他の実施の形態)以下、上述した液
体吐出方法を用いたヘッドに適用可能な様々な形態例を
説明する。
(Other Embodiments) Various embodiments applicable to the head using the above-described liquid ejecting method will be described below.

【0065】<可動部材の予備変位手段>図3は、図1
に示した液体吐出ヘッドの可動部材の予備変位手段の変
形例を示す流路方向の断面図であり、(a)は可動部材
の予備変位手段として小発熱体(小ヒーター)を設けた
例、(b)はノズル上面に電極を設け、静電気力により
可動部材を変位する例を示す図である。
<Preliminary Displacement Means for Movable Member> FIG.
FIG. 9A is a cross-sectional view in the flow path direction showing a modified example of the preliminary displacement means of the movable member of the liquid ejection head shown in FIG. FIG. 6B is a diagram showing an example in which an electrode is provided on the upper surface of the nozzle and the movable member is displaced by an electrostatic force.

【0066】図3(a)に示すように、可動部材31を
発泡前に上方に変位させておく予備変位手段として、素
子基板1の可動部材31の支点部33の近傍に、吐出の
ために液体を発泡させる発熱体2に比べて面積の小さい
小発熱体3が設置されている。この小発熱体3の発熱に
よって小発熱体3上に気泡を成長させることで、可動部
材31を支点部33を支点として上方に変位させること
ができる。
As shown in FIG. 3A, as a pre-displacement means for displacing the movable member 31 upward before foaming, it is provided near the fulcrum 33 of the movable member 31 of the element substrate 1 for discharging. A small heating element 3 having a smaller area than the heating element 2 for foaming the liquid is installed. By growing bubbles on the small heating element 3 by the heat generation of the small heating element 3, the movable member 31 can be displaced upward with the fulcrum portion 33 as a fulcrum.

【0067】また別の例としては、図3(b)に示すよ
うに、可動部材31の変位を規制するストッパ64を含
む流路壁面に電極4を設け、この電極4と可動部材31
との間に電圧を印加可能にした。これにより、電極4と
可動部材31との間に電圧を印加すると、静電気力によ
って可動部材31が電極4に引き寄せられると共に支点
部33を支点として上方に変位する。
As another example, as shown in FIG. 3B, the electrode 4 is provided on the wall surface of the flow path including the stopper 64 for restricting the displacement of the movable member 31, and the electrode 4 and the movable member 31 are provided.
A voltage can be applied between and. Thereby, when a voltage is applied between the electrode 4 and the movable member 31, the movable member 31 is attracted to the electrode 4 by electrostatic force and is displaced upward with the fulcrum portion 33 as a fulcrum.

【0068】<可動部材>図4は可動部材31の他の形
状を示すものである。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、可動部材の剛性が向上する形状である。
<Movable Member> FIG. 4 shows another shape of the movable member 31. The figure (a) is a rectangular shape, the figure (b) is a shape in which the fulcrum side is narrow and the shape of the movable member is easy to operate, and the figure (c) is wide in the fulcrum side and the movable member is The shape improves the rigidity of the.

【0069】先の実施形態においては、可動部材31は
厚さ5μmのニッケルで構成したが、これに限られるこ
となく可動部材を構成する材質としては吐出液に対して
耐溶剤性があり、可動部材として良好に動作するための
弾性を有しているものであればよい。
In the previous embodiment, the movable member 31 was made of nickel having a thickness of 5 μm. However, the material of the movable member is not limited to this, it has solvent resistance to the discharge liquid, and is movable. Any member may be used as long as it has elasticity so that it can operate well as a member.

【0070】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、チ
ッ化珪素等のセラミックおよびその化合物が望ましい。
本発明における可動部材31としてはμmオーダーの厚
さを対象にしている。
As the material of the movable member 31, highly durable silver, nickel, gold, iron, titanium, aluminum,
Metals such as platinum, tantalum, stainless steel, phosphor bronze, and their alloys, or acrylonitrile, butadiene,
Resins having nitrile groups such as styrene, resins having amide groups such as polyamide, resins having carboxyl groups such as polycarbonate, resins having aldehyde groups such as polyacetal, resins having sulfone groups such as polysulfone, and other liquid crystal polymers, etc. Resin and its compounds,
Metals with high ink resistance such as gold, tungsten, tantalum, nickel, stainless steel, and titanium, alloys of these, and those having ink resistance coated on the surface, resins having amide groups such as polyamide, polyacetal, etc. Resin having aldehyde group, resin having ketone group such as polyetheretherketone, resin having imide group such as polyimide, resin having hydroxyl group such as phenol resin, resin having ethyl group such as polyethylene, alkyl such as polypropylene Resin with a base,
A resin having an epoxy group such as an epoxy resin, a resin having an amino group such as a melamine resin, a resin having a methylol group such as a xylene resin and a compound thereof, and a ceramic such as silicon dioxide and silicon nitride and a compound thereof are preferable.
The thickness of the μm order is targeted as the movable member 31 in the present invention.

【0071】次に、発熱体と可動部材の配置関係につい
て説明する。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液の流れを適正し制御して有効に
利用することが可能となる。
Next, the positional relationship between the heating element and the movable member will be described. By the optimal arrangement of the heating element and the movable member,
The flow of the liquid at the time of foaming by the heating element can be properly controlled and effectively used.

【0072】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5
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。
By applying energy such as heat to the ink, a state change accompanied by a sharp volume change (generation of bubbles) is caused in the ink, and the action force based on the state change ejects the ink from the ejection port. In the conventional ink jet recording method, that is, a so-called bubble jet recording method, in which an image is formed by adhering the ink onto a recording medium, the method shown in FIG.
As shown in (1), it can be seen that there is a non-foaming effective region S that does not contribute to ink ejection, although the heating element area and the ink ejection amount are in a proportional relationship. Further, from the state of kogation on the heating element, it can be seen that the non-foaming effective area S exists around the heating element. From these results, it is considered that the width of about 4 μm around the heating element is not involved in foaming.

【0073】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
の直上が可動部材に対し有効に作用する領域であるが、
本発明の場合、気泡発生領域のほぼ中央領域(実際には
中央から液の流れ方向に±約10μmの範囲)の上流側
と下流側の気泡の液路内の液流に対する作用を独立的に
作用せしめる段階と、総合的に作用せしめる段階とを区
分せしめることに着目し、該中央領域より上流側部分の
みが可動部材に対面するように、可動部材を配置するの
が極めて重要であると、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。
Therefore, in order to effectively utilize the foaming pressure, the region directly above the foaming effective region of about 4 μm or more from the periphery of the heating element is the region which effectively acts on the movable member.
In the case of the present invention, the action of the bubbles on the upstream side and the downstream side of the substantially central region of the bubble generation region (actually within a range of ± about 10 μm in the liquid flow direction from the center) on the liquid flow in the liquid passage is independently performed. Focusing on distinguishing between the step of acting and the step of acting comprehensively, it is extremely important to arrange the movable member so that only the upstream side portion from the central region faces the movable member, I can say. In this embodiment,
Although the effective foaming area is set to be approximately 4 μm or more inside from the periphery of the heating element, it is not limited to this depending on the type of the heating element and the forming method.

【0074】さらに、前述した実質的密閉空間を良好に
形成するために、待機状態における可動部材と発熱体の
距離は10μm以下とするのが好ましい。
Further, in order to favorably form the above-mentioned substantially closed space, it is preferable that the distance between the movable member and the heating element in the standby state is 10 μm or less.

【0075】<素子基板>次に、素子基板の構成につい
て説明する。
<Element Substrate> Next, the structure of the element substrate will be described.

【0076】図6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6(a)は後述する保護膜があるヘ
ッド、同図(b)は保護膜がないものである。
6A and 6B are vertical sectional views of the liquid discharge head of the present invention. FIG. 6A shows a head having a protective film which will be described later, and FIG. 6B shows a liquid ejecting head having no protective film.

【0077】液流路10、液流路10と連通する吐出口
18、低流路抵抗領域65および共通液室13を構成す
る溝を設けた天板50が素子基板1上に配されている。
The liquid flow path 10, the discharge port 18 communicating with the liquid flow path 10, the low flow path resistance region 65, and the top plate 50 provided with the groove forming the common liquid chamber 13 are arranged on the element substrate 1. .

【0078】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104(0.2〜1.0μm厚)を図
6(a)のようにパターニングしている。この配線電極
104から抵抗層105に電圧を印加し、抵抗層に電流
を流し発熱させる。配線電極間の抵抗層上には、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抵抗層1
05を保護している。
The element substrate 1 has a base 107 made of silicon or the like.
A silicon oxide film or a silicon nitride film 106 for the purpose of insulation and heat storage is formed on the film, and hafnium boride (HfB2), tantalum nitride (TaN), and tantalum aluminum (TaAl) that constitute the heating element 2 are formed thereon. 6) and the electric resistance layer 105 (0.01 to 0.2 μm thick) and the wiring electrode 104 (0.2 to 1.0 μm thick) such as aluminum are patterned as shown in FIG. 6A. A voltage is applied from the wiring electrode 104 to the resistance layer 105, and a current is passed through the resistance layer to generate heat. A protective layer 103 made of silicon oxide, silicon nitride, or the like is formed on the resistance layer between the wiring electrodes by 0.1 to 0.1%.
It is formed to a thickness of 2.0 μm, and a cavitation resistant layer 102 (0.1 to 0.6 μm thick) such as tantalum is further formed thereon.
The resistance layer 1 is formed from various liquids such as ink.
05 is protected.

【0079】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。
In particular, the pressure and shock waves generated when bubbles are generated and defoamed are very strong, and the durability of a hard and brittle oxide film is significantly reduced. Therefore, tantalum (Ta) which is a metal material is used.
Etc. are used as the anti-cavitation layer 102.

【0080】また、液体、液流路構成、抵抗材料の組み
合わせにより、上述の抵抗層105に保護層103を必
要としない構成でもよくその例を図6(b)に示す。こ
のような保護層103を必要としない抵抗層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。
Further, depending on the combination of the liquid, the liquid flow path structure, and the resistance material, the above-mentioned resistance layer 105 may not have the protective layer 103, and an example thereof is shown in FIG. 6B. Examples of the material of the resistance layer 105 that does not require the protective layer 103 include iridium-tantalum-aluminum alloy.

【0081】このように、前述の発熱体の構成として
は、前述の電極間の抵抗層(発熱部)だけででもよく、
また抵抗層を保護する保護層を含むものでもよい。
As described above, as the constitution of the heating element, only the resistance layer (heating portion) between the electrodes may be used.
It may also include a protective layer for protecting the resistance layer.

【0082】ここでは、発熱体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、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。
Although a heating element having a heating portion composed of a resistance layer that generates heat in response to an electric signal is used here, the heating element is not limited to this, and bubbles sufficient to eject the ejected liquid are generated. Any material can be used as long as it can be generated in the foaming liquid.
For example, the heat generating portion may be a photothermal converter that generates heat when receiving light from a laser or the like, or a heat generating body that has a heat generating portion that generates heat when receiving high frequency.

【0083】なお、前述の素子基板1には、前述の発熱
部を構成する抵抗層105とこの抵抗層に電気信号を供
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。
On the element substrate 1 described above, in addition to the electrothermal converter constituted by the resistance layer 105 forming the heating portion and the wiring electrode 104 for supplying an electric signal to the resistance layer, Functional elements such as a transistor, a diode, a latch, and a shift register for selectively driving the electrothermal conversion element may be integrally formed in the semiconductor manufacturing process.

【0084】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、前述の抵抗層105に配線電極104を介し
て図7で示されるような矩形パルスを印加し、配線電極
間の抵抗層105を急峻に発熱させる。前述の各実施形
態のヘッドにおいては、それぞれ電圧24V、パルス幅
約4μsec、電流約100mA、電気信号を6kHz
以上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、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。
Further, in order to drive the heat generating portion of the electrothermal converter provided on the element substrate 1 as described above and eject the liquid, the resistance layer 105 is connected to the resistance layer 105 via the wiring electrode 104 as shown in FIG. A rectangular pulse as shown by is applied to rapidly generate heat in the resistance layer 105 between the wiring electrodes. In the head of each of the above-described embodiments, the voltage is 24 V, the pulse width is about 4 μsec, the current is about 100 mA, and the electric signal is 6 kHz.
By adding the above, the heating element was driven, and the liquid ink was ejected from the ejection port by the above-described operation. However, the condition of the drive signal is not limited to this, and any drive signal capable of appropriately foaming the foaming liquid may be used.

【0085】<吐出液体>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。
<Discharge Liquid> Among these liquids, as the liquid used for recording (recording liquid), the ink having the composition used in the conventional bubble jet device can be used.

【0086】また、従来吐出が困難であった発泡性が低
い液体や高粘度液体等であっても利用できる。
Further, it is possible to use even a liquid having a low foaming property or a high viscosity liquid which has been difficult to be ejected conventionally.

【0087】ただし、吐出液の性質として吐出液自身、
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。
However, as the properties of the discharge liquid, the discharge liquid itself is
It is desired that the liquid is not a liquid that hinders ejection, foaming, movement of the movable member, or the like.

【0088】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。
High-viscosity ink or the like can also be used as the ejection liquid for recording.

【0089】本発明においては、さらに吐出液に用いる
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る。
In the present invention, recording was performed using an ink having the following composition as a recording liquid that can be used as the discharge liquid. However, since the discharge speed of the ink increased due to the improvement of the discharge force, the liquid The landing accuracy of the drops is improved, and a very good recorded image can be obtained.

【0090】 染料インク(粘度2cP)の組成 (C−1.フードブラック2)染料 3重量% ジエチレングリコール 10重量% チオジグリコール 5重量% エタノール 5重量% 水 77重量%[0090] Composition of dye ink (viscosity 2 cP) (C-1. Food Black 2) Dye 3% by weight Diethylene glycol 10% by weight Thiodiglycol 5% by weight Ethanol 5% by weight 77% by weight of water

【0091】<液体吐出ヘッド構造>図8は、本発明の
液体吐出ヘッドの全体構成を示した分解斜視図である。
<Structure of Liquid Discharge Head> FIG. 8 is an exploded perspective view showing the overall structure of the liquid discharge head of the present invention.

【0092】アルミ等の支持体70上に発熱体2が複数
設けられた素子基板1が配されている。この上に各発熱
体2の共通液室13側の半分と対面するように可動部材
31が支持されている。さらに、この上に液流路10を
構成する複数の溝と共通液室13の凹溝とが設けられた
天板50が設けられている。
An element substrate 1 having a plurality of heating elements 2 is provided on a support 70 made of aluminum or the like. The movable member 31 is supported on this so as to face the half of each heating element 2 on the common liquid chamber 13 side. Further, a top plate 50 provided with a plurality of grooves forming the liquid flow path 10 and concave grooves of the common liquid chamber 13 is provided thereon.

【0093】<サイドシュータタイプ>ここでは、図1
及び図2を用いて説明した液体吐出原理を、発熱体と吐
出口が平行平面上で対面するサイドシュータタイプのヘ
ッドに適用したものを説明する。図9はこのサイドシュ
ータタイプのヘッドを説明するための図である。
<Side Shooter Type> Here, FIG.
Also, the liquid ejection principle described with reference to FIG. 2 is applied to a side shooter type head in which a heating element and an ejection port face each other on a parallel plane. FIG. 9 is a diagram for explaining this side shooter type head.

【0094】図9において、素子基板1上の発熱体2と
天板50に形成された吐出口18とが相対するように配
設されている。吐出口18は発熱体2上を通る液流路1
0と連通している。発熱体2と液体との接する面の近傍
領域には気泡発生領域が存在する。そして素子基板1上
に2つの可動部材31が支持され、各々の可動部材は発
熱体の中心を通る面に対して面対称となるように形成さ
れており、各々の可動部材31の自由端は発熱体2上で
向き合うように位置している。各々の可動部材31は発
熱体2への投影面積を等しくしており、各々の可動部材
31の自由端どうしは所望の寸法で隔てられている。こ
こで、各可動部材は、発熱体の中心を通る面の分割壁で
分割したと仮定した際、それぞれの分割された発熱体の
中心付近に可動部材の自由端が位置するように設けられ
ている。
In FIG. 9, the heating element 2 on the element substrate 1 and the discharge port 18 formed in the top plate 50 are arranged so as to face each other. The discharge port 18 is the liquid flow path 1 passing over the heating element 2.
It communicates with 0. A bubble generation region exists in a region near the surface where the heating element 2 contacts the liquid. Two movable members 31 are supported on the element substrate 1, each movable member is formed so as to be plane-symmetric with respect to a plane passing through the center of the heating element, and the free end of each movable member 31 is The heating elements 2 are located so as to face each other. The movable members 31 have the same projected area on the heating element 2, and the free ends of the movable members 31 are separated by a desired size. Here, each movable member is provided so that the free end of the movable member is located near the center of each divided heating element, assuming that the movable member is divided by the dividing wall of the surface passing through the center of the heating element. There is.

【0095】天板50には各可動部材31の変位をある
範囲で規制するストッパ64が設けられている。共通液
室13から吐出口18への流れにおいて、ストッパ64
を境に上流側に、液流路10と比較して相対的に流路抵
抗の低い低流路抵抗領域65が設けられている。この領
域65における流路構造は液流路10よりも流路断面積
が大きいことで、液体の移動に対し流路から受ける抵抗
を小さくしている。
The top plate 50 is provided with a stopper 64 for restricting the displacement of each movable member 31 within a certain range. In the flow from the common liquid chamber 13 to the discharge port 18, the stopper 64
A low flow path resistance region 65 having a flow path resistance relatively lower than that of the liquid flow path 10 is provided on the upstream side of the boundary. The flow channel structure in this region 65 has a flow channel cross-sectional area larger than that of the liquid flow channel 10, and thus reduces the resistance received from the flow channel with respect to the movement of the liquid.

【0096】次に、本形態の構造による特徴的な作用・
効果を説明する。
Next, the characteristic action of the structure of this embodiment
Explain the effect.

【0097】図9(a)では、気泡発生領域11内を満
たす液体の一部が発熱体2によって加熱され、膜沸騰に
伴う気泡40が最大に成長した状態を示す。このとき、
気泡40の発生に基づく圧力により液流路10内の液体
が吐出口18方向に移動し、気泡40の成長により各可
動部材31が変位し、吐出口18から吐出滴66が飛び
出そうとしている。ここで、共通液室13方向への液体
の移動は各低流路抵抗領域65によって大きな流れとな
るが、2つの可動部材31は各々のストッパ64に接近
または接触するまで変位すると、それ以上の変位が規制
されるため、共通液室13方向への液体の移動もそこで
大きく制限される。同時に気泡40の上流側への成長も
可動部材31で制限される。しかしながら、上流方向へ
の液体の移動力は大きいため、各可動部材31で成長を
制限された気泡40の一部は、液流路10を形成する側
壁と可動部材31の側部との間隙を通り、可動部材31
の上面側に隆起している。すなわち、隆起気泡41を形
成している。
FIG. 9A shows a state in which a part of the liquid filling the bubble generating region 11 is heated by the heating element 2 and the bubbles 40 accompanying the film boiling grow to the maximum. At this time,
The liquid in the liquid flow path 10 moves toward the discharge port 18 due to the pressure generated by the generation of the bubble 40, the movable members 31 are displaced by the growth of the bubble 40, and the discharge droplet 66 is about to fly out from the discharge port 18. Here, the movement of the liquid in the direction of the common liquid chamber 13 becomes a large flow due to the respective low flow path resistance regions 65, but when the two movable members 31 are displaced until they come close to or come into contact with the respective stoppers 64, further movement will occur. Since the displacement is regulated, the movement of the liquid in the common liquid chamber 13 direction is also greatly restricted there. At the same time, the growth of the bubbles 40 on the upstream side is also limited by the movable member 31. However, since the moving force of the liquid in the upstream direction is large, a part of the bubbles 40, the growth of which is restricted by each movable member 31, may be generated in the gap between the side wall forming the liquid flow path 10 and the side portion of the movable member 31. Street, movable member 31
Is raised on the upper surface side of. That is, the raised bubbles 41 are formed.

【0098】かかる膜沸騰の後に気泡40の収縮が開始
された場合、この時点では液体の上流方向への力が大き
く残るため、各可動部材31は未だストッパ64に接触
された状態であり、気泡40の収縮の多くは吐出口18
から上流方向への液移動を生じさせる。したがって、メ
ニスカスはこの時点で吐出口18から液流路10内に大
きく引き込まれ、吐出液滴66と繋がっている液柱を強
い力ですばやく切り離す。その結果、吐出口18の外側
にとり残される液滴すなわちサテライトが少なくなる。
When the contraction of the bubble 40 is started after the film boiling, since a large force of the liquid in the upstream direction remains at this point, each movable member 31 is still in contact with the stopper 64, Most of the contraction of 40 is the discharge port 18
Liquid is caused to flow in the upstream direction. Therefore, the meniscus is largely drawn from the ejection port 18 into the liquid flow path 10 at this point, and the liquid column connected to the ejection droplet 66 is quickly separated with a strong force. As a result, the amount of droplets, that is, satellites, left behind on the outside of the ejection port 18 is reduced.

【0099】消泡工程がほぼ終了すると、各低流路抵抗
領域65では液体の上流方向の移動力に対し可動部材3
1の反発力(復元力)が勝り、可動部材31の下方変位
とそれに伴う低流路抵抗領域65での下流方向への流れ
とが開始される。これと同時に、低流路抵抗領域65で
の下流方向への流れは流路抵抗が小さい為、急速に大き
な流れとなってストッパ64部分を介し液流路10へ流
れ込む。図9(b)はこの気泡40の消泡工程における
液流をABで示したものである。液流Aは共通液室13
からの液体が可動部材31の上面(発熱体と反対面)側
を通って吐出口18方向に流れる成分を示し、液流Bは
可動部材31の両側と発熱体2上を通って流れる成分を
示している。
When the defoaming process is almost completed, the movable member 3 is moved in each low flow path resistance region 65 against the moving force of the liquid in the upstream direction.
The repulsive force (restoring force) of 1 prevails, and the downward displacement of the movable member 31 and the subsequent flow in the low flow path resistance region 65 in the downstream direction are started. At the same time, the flow in the downstream direction in the low flow resistance region 65 has a small flow resistance, so that it rapidly becomes a large flow and flows into the liquid flow path 10 via the stopper 64 portion. FIG. 9B shows a liquid flow AB in the defoaming process of the bubbles 40. Liquid flow A is common liquid chamber 13
Shows the component that the liquid from flows through the upper surface (the surface opposite to the heating element) of the movable member 31 toward the discharge port 18, and the liquid flow B shows the component that flows on both sides of the movable member 31 and on the heating element 2. Shows.

【0100】このように本形態では、吐出用液体を低流
路抵抗領域65より供給することで、リフィル性をより
高速に高めている。また、低流路抵抗領域65に隣接す
る共通液室13がさらに流路抵抗を小さくしているの
で、さらに高速リフィルを可能にしている。
As described above, in this embodiment, the refill property is enhanced at a higher speed by supplying the ejection liquid from the low flow path resistance region 65. Further, since the common liquid chamber 13 adjacent to the low flow path resistance region 65 has the flow path resistance further reduced, high speed refilling is possible.

【0101】さらに、気泡40の消泡工程において、隆
起気泡41が各低流路抵抗領域65から気泡発生領域1
1への液流を促進させ、前述した、吐出口18側からの
高速なメニスカス引き込みと相まって、消泡をすみやか
に完了させる。特に、隆起気泡41が引き起こす液流に
よって可動部材31や液流路10のコーナーに気泡を蓄
留させることがほとんどない。
Further, in the defoaming process of the bubbles 40, the raised bubbles 41 are moved from the low flow path resistance regions 65 to the bubble generation regions 1
The liquid flow to No. 1 is promoted, and the defoaming is promptly completed in combination with the above-described high-speed drawing of the meniscus from the discharge port 18 side. In particular, the liquid flow caused by the raised bubbles 41 hardly accumulates the bubbles in the movable member 31 or the corners of the liquid flow path 10.

【0102】<液体吐出装置>図10は、図1や図9で
説明した構造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。本実施形態では、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
容する液体タンク部90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15
0の幅方向に往復移動する。
<Liquid Ejecting Device> FIG. 10 shows a schematic structure of a liquid ejecting device equipped with the liquid ejecting head having the structure described with reference to FIGS. In this embodiment, an ink discharge recording apparatus using ink as a discharge liquid will be described in particular. A carriage HC of the liquid ejecting apparatus is equipped with a head cartridge to which a liquid tank section 90 containing ink and a liquid ejecting head section 200 can be attached and detached, and a recording medium such as a recording sheet conveyed by a recording medium conveying means is mounted. Recording medium 15
It reciprocates in the width direction of 0.

【0103】不図示の駆動信号供給手段からキャリッジ
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から被記録媒体に対して記録液
体が吐出される。
When a drive signal is supplied from a drive signal supply means (not shown) to the liquid ejection means on the carriage, the recording liquid is ejected from the liquid ejection head onto the recording medium in response to this signal.

【0104】また、本実施形態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を駆動するための
駆動源としてのモーター111、駆動源からの動力をキ
ャリッジに伝えるためのギア112、113、キャリッ
ジ軸115等を有している。この記録装置およびこの記
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。
Further, in the liquid ejecting apparatus of this embodiment, the motor 111 as a drive source for driving the recording medium conveying means and the carriage, the gears 112, 113 for transmitting the power from the drive source to the carriage, It has a carriage shaft 115 and the like. With this recording apparatus and the liquid ejecting method performed by this recording apparatus, it is possible to obtain a recorded image with a good image by ejecting liquid onto various recording media.

【0105】図11は、本発明の液体吐出方法および液
体吐出ヘッドにおいてインク吐出記録を動作させるため
の装置全体のブロック図である。
FIG. 11 is a block diagram of the entire apparatus for operating ink discharge recording in the liquid discharge method and liquid discharge head of the present invention.

【0106】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。
The recording apparatus receives print information from the host computer 300 as a control signal. The print information is temporarily stored in the input interface 301 inside the printer, and at the same time, converted into data that can be processed in the recorder and input to the CPU 302 which also serves as a head drive signal supply means. The CPU 302 processes the data input to the CPU 302 using a peripheral unit such as the RAM 304 based on a control program stored in the ROM 303,
Convert to print data (image data).

【0107】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記録ヘッドを移動する駆動用モ
ータ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307
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。
Further, the CPU 302 produces drive data for driving a drive motor that moves the recording sheet and the recording head in synchronization with the image data in order to record the image data at an appropriate position on the recording sheet. . The image data and the motor drive data are respectively sent to the head driver 307.
Is transmitted to the head 200 and the drive motor 306 via the motor driver 305, and driven at each controlled timing to form an image.

【0108】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。
The recording medium applicable to the recording apparatus as described above and to which liquid such as ink is applied is various kinds of paper, OHP sheets, plastic materials used for compact discs, decorative plates, etc., cloth, aluminum. Metal materials such as copper and copper, leather materials such as cowhide, pigskin and artificial leather, wood materials such as wood and plywood, bamboo materials, ceramic materials such as tiles, and three-dimensional structures such as sponges can be targeted.

【0109】また、上述の記録装置として、各種の紙や
OHP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、また布帛に記録を行う捺染装
置等をも含むものである。
As the above-mentioned recording device, a printer device for recording on various kinds of paper or OHP sheets, a recording device for plastics for recording on a plastic material such as a compact disc, a metal for recording on a metal plate. Recording device, recording device for leather for recording on leather, recording device for wood for recording on wood, recording device for ceramics for recording on ceramic material, recording device for recording on three-dimensional mesh structure such as sponge It also includes a printing device for recording on the cloth.

【0110】また、これらの液体吐出装置に用いる吐出
液としては、それぞれ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。
Further, as the ejection liquid used in these liquid ejection devices, a liquid suitable for each recording medium and recording conditions may be used.

【0111】[0111]

【発明の効果】本発明による液体吐出ヘッドの可動部材
の弁機構によれば、バック波すなわち上流方向の圧力波
に伴う液体の上流方向への移動を防止または抑制すると
同時に、液体が液流路から受ける抵抗を少なくし、リフ
ィルを向上できる。また、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、メニ
スカスを急速に吐出口内に引き込み、メニスカス後退量
が大きくならないうちに急速メニスカス引き込みを制動
することで、サテライトドットを防止し、リフィル周波
数を高め、印字スピード等を向上することができる。さ
らに、メニスカスの振動を抑えることで吐出を安定さ
せ、印字品位を向上させることができる。また、弁機構
が気泡の発生により作動する際、可動部材の所定の変位
位置までの液流路から受ける抵抗を少なくし、可動部材
の適正変位位置にすみやかに到達させることで吐出効率
を向上できる。
According to the valve mechanism of the movable member of the liquid discharge head according to the present invention, the liquid is prevented from moving in the upstream direction due to the back wave, that is, the pressure wave in the upstream direction, and at the same time, the liquid flows through the liquid flow path. You can improve the refill by reducing the resistance received from. Also, while suppressing the inertial force in the direction opposite to the liquid supply direction due to the back wave, the meniscus is rapidly drawn into the ejection port, and the rapid meniscus pull-in is braked before the meniscus receding amount increases, It is possible to prevent satellite dots, increase the refill frequency, and improve the printing speed. Furthermore, by suppressing the vibration of the meniscus, the ejection can be stabilized and the printing quality can be improved. Further, when the valve mechanism operates due to the generation of bubbles, the resistance received from the liquid flow path to the predetermined displacement position of the movable member is reduced, and the proper displacement position of the movable member is quickly reached to improve the discharge efficiency. .

【0112】特に本発明のような、吐出滴と繋がって液
柱を形成している尾引き部分とメニスカスとの素早い切
り離しと、メニスカス振動の高速な収束を図る構成によ
れば、連続吐出時の応答性、液滴形成の安定化を達成し
て、高速液体吐出による高速記録また高画質記録を可能
にすることができる。
In particular, according to the present invention, according to the structure for quick separation of the meniscus from the trailing portion which forms the liquid column by being connected to the discharged droplet and the rapid convergence of the meniscus vibration, It is possible to achieve responsiveness and stabilization of droplet formation and enable high-speed recording or high-quality recording by high-speed liquid ejection.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の液体吐出ヘッドの1つの実施の形態を
液流路方向で切断した断面図で示すとともに、液流路内
の特徴的な現象を(a)〜(g)の工程に分けて示した
ものである。
FIG. 1 is a cross-sectional view of one embodiment of a liquid ejection head of the present invention cut in the liquid flow channel direction, showing characteristic phenomena in the liquid flow channel in steps (a) to (g). It is shown separately.

【図2】可動部材の変位、気泡の体積変化、および吐出
口での流れ(液体,気体を含む)の相互関係を示す図で
ある。
FIG. 2 is a diagram showing a mutual relationship between displacement of a movable member, volume change of bubbles, and flow (including liquid and gas) at a discharge port.

【図3】図1に示した液体吐出ヘッドの可動部材の予備
変位手段の変形例を示す流路方向の断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view in the flow path direction showing a modified example of the preliminary displacement means of the movable member of the liquid ejection head shown in FIG.

【図4】図1に示した可動部材の他の形状を示すもので
ある。
4 shows another shape of the movable member shown in FIG.

【図5】発熱体面積とインク吐出量との相対関係を示す
グラフである。
FIG. 5 is a graph showing a relative relationship between a heating element area and an ink ejection amount.

【図6】本発明の液体吐出ヘッドの縦断面図を示したも
ので、(a)は保護膜があるもの、(b)は保護膜がな
いものである。
6A and 6B are vertical cross-sectional views of a liquid discharge head of the present invention, where FIG. 6A shows a protective film and FIG. 6B does not have a protective film.

【図7】本発明に使用する発熱体を駆動する波形図であ
る。
FIG. 7 is a waveform diagram for driving a heating element used in the present invention.

【図8】本発明の液体吐出ヘッドの全体構成を示した分
解斜視図である。
FIG. 8 is an exploded perspective view showing the overall configuration of the liquid ejection head of the present invention.

【図9】本発明の液体吐出方法を適用したサイドシュー
タタイプのヘッドを説明するための図である。
FIG. 9 is a diagram for explaining a side shooter type head to which the liquid ejection method of the present invention is applied.

【図10】図1や図9で説明した構造の液体吐出ヘッド
を搭載した液体吐出装置の概略構成を示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing a schematic configuration of a liquid ejection apparatus equipped with the liquid ejection head having the structure described in FIGS. 1 and 9.

【図11】本発明の液体吐出方法および液体吐出ヘッド
においてインク吐出記録を動作させるための装置全体の
ブロック図である。
FIG. 11 is a block diagram of the entire apparatus for operating ink discharge recording in the liquid discharge method and liquid discharge head of the present invention.

【図12】図1(b)に示した一部のヘッドの透視斜視
図である。
FIG. 12 is a perspective view of a part of the head shown in FIG. 1 (b).

【図13】本発明の液体吐出ヘッドの「直線的連通状
態」を説明する流路の断面図である。
FIG. 13 is a sectional view of a flow path for explaining a “linear communication state” of the liquid ejection head of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 素子基板 2 発熱体 3 小発熱体 10 液流路 11 気泡発生領域 13 共通液室 18 吐出口 31 可動部材 32 自由端 33 支点部 34 ピエゾ素子 40 気泡 41 隆起気泡 50 天板 64 ストッパ 65 低流路抵抗領域 66 吐出滴 67 サテライト 70 支持体 90 インクタンク 102 耐キャビテーション層 103 保護層 104 配線電極 105 抵抗層 106 チッ化シリコン膜 107 基体 111 モーター 112,113 ギア 115 キャリッジ軸 150 記録媒体 200 ヘッド 300 ホストコンピュータ 301 入出力インターフェイス 302 CPU 303 ROM 304 RAM 305 モータドライバ 306 駆動用モータ 307 ヘッドドライバ 1 element substrate 2 heating element 3 small heating elements 10 liquid flow paths 11 Bubble generation area 13 Common liquid chamber 18 outlets 31 Movable member 32 Free end 33 fulcrum 34 Piezo element 40 bubbles 41 Raised bubbles 50 top plate 64 stopper 65 Low flow resistance area 66 ejected drops 67 satellites 70 Support 90 ink tank 102 Anti-cavitation layer 103 protective layer 104 wiring electrode 105 Resistance layer 106 silicon nitride film 107 base 111 motor 112, 113 gears 115 Carriage axis 150 recording media 200 heads 300 host computer 301 Input / output interface 302 CPU 303 ROM 304 RAM 305 motor driver 306 Drive motor 307 head driver

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 杉山 裕之 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 石永 博之 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 須釜 定之 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 AF09 AF28 AF52 AG12 AG46 AG76 AJ03 AJ04 BA03 BA04 BA13    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Hiroyuki Sugiyama             3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo             Non non corporation (72) Inventor Hiroyuki Ishinaga             3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo             Non non corporation (72) Inventor Sadayuki Sugama             3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo             Non non corporation F-term (reference) 2C057 AF06 AF09 AF28 AF52 AG12                       AG46 AG76 AJ03 AJ04 BA03                       BA04 BA13

Claims (18)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 液体中に気泡を発生させるための熱エネ
ルギーを発生する発熱体と、前記液体を吐出する部分で
ある吐出口と、該吐出口に連通するとともに、液体に気
泡を発生させる気泡発生領域を有する液流路と、前記気
泡発生領域に設けられ前記気泡の成長に伴い変位する可
動部材と、前記可動部材の変位を所望の範囲に規制する
規制部と、前記発熱体および前記可動部材を有する基板
と、を備え、前記気泡発生時のエネルギーを用いて前記
吐出口から前記液体を吐出する液体吐出ヘッドであっ
て、 前記気泡の成長とは独立して前記可動部材を変位させる
予備変位手段を備え、前記規制部は前記液流路の前記気
泡発生領域に対向して設けられ、変位した前記可動部材
と前記規制部との実質的な接触によって、前記気泡発生
領域を有する液流路が前記吐出口を除いて、実質的に閉
じた空間となることを特徴とする液体吐出ヘッド。
1. A heating element that generates thermal energy for generating bubbles in a liquid, a discharge port that discharges the liquid, and a bubble that communicates with the discharge port and generates bubbles in the liquid. A liquid flow path having a generation area, a movable member that is provided in the bubble generation area and is displaced as the bubble grows, a restricting portion that restricts displacement of the movable member within a desired range, the heating element and the movable member. A substrate having a member, the liquid discharge head discharging the liquid from the discharge port by using the energy at the time of generating the bubble, the preliminary displacement of the movable member independently of the growth of the bubble. A liquid having a bubble generation region by means of substantial contact between the displaced movable member and the regulation unit, wherein the regulation unit is provided so as to face the bubble generation region of the liquid flow path. Road with the exception of the discharge port, a liquid discharge head characterized by comprising a substantially closed space.
【請求項2】 前記可動部材は、前記吐出口に向かう液
体の流れに関して上流方向に成長する気泡のみを抑制す
るために設けられていることを特徴とする請求項1に記
載の液体吐出ヘッド。
2. The liquid ejection head according to claim 1, wherein the movable member is provided to suppress only bubbles that grow in the upstream direction with respect to the flow of the liquid toward the ejection port.
【請求項3】 前記可動部材は自由端を有しており、該
自由端は前記気泡発生領域の実質中央部に位置している
ことを特徴とする請求請1に記載の液体吐出ヘッド。
3. The liquid ejection head according to claim 1, wherein the movable member has a free end, and the free end is located substantially in the center of the bubble generating region.
【請求項4】 前記可動部材の待機時における前記液流
路の流路抵抗は、前記規制部を境界として下流側よりも
上流側のほうが低くなっていることを特徴とする請求項
1に記載の液体吐出ヘッド。
4. The flow path resistance of the liquid flow path during standby of the movable member is lower on the upstream side than on the downstream side with the restriction portion as a boundary. Liquid ejection head.
【請求項5】 前記可動部材の前記規制部への接触は前
記自由端近傍で行われることを特徴とする請求項3に記
載の液体吐出ヘッド。
5. The liquid ejection head according to claim 3, wherein the movable member is brought into contact with the restriction portion near the free end.
【請求項6】 前記規制部は前記液流路の可動部材から
の距離を部分的に小さくすることにより形成されている
ことを特徴とする請求項1に記載の液体吐出ヘッド。
6. The liquid ejection head according to claim 1, wherein the restriction portion is formed by partially reducing a distance of the liquid flow path from the movable member.
【請求項7】 前記吐出口は前記発熱体の上方に設けら
れることを特徴とする請求項1に記載の液体吐出ヘッ
ド。
7. The liquid ejection head according to claim 1, wherein the ejection port is provided above the heating element.
【請求項8】 前記可動部材は一つの発熱体に対して複
数形成されており、該複数の可動部材は前記発熱体の発
泡中心に対して対称となるように形成されていることを
特徴とする請求項7に記載の液体吐出ヘッド。
8. A plurality of the movable members are formed for one heating element, and the plurality of movable members are formed so as to be symmetrical with respect to a foaming center of the heating element. The liquid ejection head according to claim 7.
【請求項9】 前記予備変位手段は、前記可動部材の前
記基板への支持部よりも液体の供給方向に関して上流側
に形成された発熱体であることを特徴とする請求項1に
記載の液体吐出ヘッド。
9. The liquid according to claim 1, wherein the preliminary displacement means is a heating element formed on an upstream side of a supporting portion of the movable member to the substrate with respect to a liquid supply direction. Discharge head.
【請求項10】 前記予備変位手段は、前記可動部材の
前記基板への支持部よりも液体の供給方向に関して上流
側に形成されたピエゾ素子であることを特徴とする請求
項1に記載の液体吐出ヘッド。
10. The liquid according to claim 1, wherein the pre-displacement means is a piezo element formed on an upstream side in a liquid supply direction with respect to a supporting portion of the movable member to the substrate. Discharge head.
【請求項11】 前記発熱体と前記吐出口とは直線的連
通状態となっていることを特徴とする請求項1に記載に
液体吐出ヘッド。
11. The liquid discharge head according to claim 1, wherein the heating element and the discharge port are in a linear communication state.
【請求項12】 液体中に気泡を発生させるための熱エ
ネルギーを発生する発熱体と、前記液体を吐出する部分
である吐出口と、該吐出口に連通するとともに、液体に
気泡を発生させる気泡発生領域を有する液流路と、前記
気泡発生領域に設けられ前記気泡の成長に伴い変位する
可動部材と、前記可動部材の変位を所望の範囲に規制す
る規制部とを備え、前記気泡発生時のエネルギーにより
前記吐出口から前記液体を吐出する液体吐出ヘッドを用
いた液体吐出方法であって、 前記液体吐出ヘッドは、更に前記気泡の成長とは独立し
て前記可動部材を変位させる予備変位手段を備えている
とともに、 前記気泡の発生前に該予備変位手段により前記可動部材
を変位しておく工程と、 前記可動部材は前記気泡の最大発泡前に前記規制部に接
触し前記気泡発生領域を有する液流路が前記吐出口を除
いて実質的に閉じた空間となる工程を有することを特徴
とする液体吐出方法。
12. A heating element that generates thermal energy for generating bubbles in a liquid, a discharge port that discharges the liquid, and a bubble that communicates with the discharge port and generates bubbles in the liquid. A liquid flow path having a generation region, a movable member that is provided in the bubble generation region and is displaced as the bubble grows, and a regulation unit that regulates the displacement of the movable member within a desired range. Is a liquid ejection method using a liquid ejection head that ejects the liquid from the ejection port by the energy of the preparatory displacement means for displacing the movable member independently of the growth of the bubbles. And a step of displacing the movable member by the preliminary displacement means before the generation of the bubbles, the movable member comes into contact with the restriction portion before maximum foaming of the bubbles, and A method for ejecting liquid, comprising a step of forming a liquid flow path having a bubble generation region into a space which is substantially closed except for the ejection port.
【請求項13】 前記可動部材が前記規制部に接触し
て、前記上流方向への液体の移動及び気泡成長によって
引っ張られた形の応力を受けた後、前記気泡の消泡を開
始する工程をさらに有することを特徴とする請求項12
に記載の液体吐出方法。
13. A step of starting defoaming of the bubbles after the movable member is brought into contact with the restriction part and receives a stress of a form pulled by movement of the liquid in the upstream direction and bubble growth. 13. The method according to claim 12, further comprising:
The method for ejecting a liquid according to.
【請求項14】 前記可動部材が前記規制部に接触した
まま前記気泡が収縮する工程をさらに有することを特徴
とする請求項12に記載の液体吐出方法。
14. The liquid ejection method according to claim 12, further comprising a step of contracting the bubbles while the movable member is in contact with the restriction portion.
【請求項15】 前記可動部材が前記規制部に接触した
まま前記気泡が収縮する工程では、前記気泡の収縮に伴
う液体の移動の大部分を前記吐出口から上流方向に向か
わせ、前記吐出口内にメニスカスを急速に引き込むこと
を特徴とする請求項14に記載の液体吐出方法。
15. In the step of contracting the bubble while the movable member is in contact with the restriction portion, most of the movement of the liquid due to the contraction of the bubble is directed in the upstream direction from the ejection port, The liquid ejecting method according to claim 14, wherein the meniscus is rapidly drawn into.
【請求項16】 前記気泡収縮工程中に、前記可動部材
を前記規制部より離間させることにより前記気泡発生領
域に吐出口に向かう下流方向への液流を生じさせ、前記
メニスカスの引き込みを急制動することを特徴とする請
求項15に記載の液体吐出方法。
16. During the bubble shrinking step, the movable member is separated from the regulating portion to generate a liquid flow in a downstream direction toward the discharge port in the bubble generating region, and the meniscus is suddenly braked. The liquid discharging method according to claim 15, wherein
【請求項17】 請求項1乃至11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
た液体を受け取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。
17. A liquid ejecting head according to claim 1, and a recording medium conveying unit that conveys a recording medium that receives the liquid ejected from the liquid ejecting head. Liquid ejector.
【請求項18】 前記液体吐出ヘッドからインクを吐出
し、前記被記録媒体に該インクを付着させることで記録
を行うことを特徴とする請求項17に記載の液体吐出装
置。
18. The liquid ejection apparatus according to claim 17, wherein recording is performed by ejecting ink from the liquid ejection head and adhering the ink to the recording medium.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006327100A (en) * 2005-05-27 2006-12-07 Brother Ind Ltd Inkjet recorder

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