JP2000062180A

JP2000062180A - 液体吐出ヘッド、液体吐出方法、および液体吐出装置

Info

Publication number: JP2000062180A
Application number: JP23611898A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Sugiyama; 裕之杉山; Hiroyuki Ishinaga; 博之石永; Yoichi Tanetani; 陽一種谷; Satoshi Shimazu; 聡島津; Sadayuki Sugama; 定之須釜
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1998-08-21
Filing date: 1998-08-21
Publication date: 2000-02-29

Abstract

(57)【要約】【課題】液体吐出ヘッドの気泡の前方部分の成長から
収縮への段階において、後方部分が成長することによっ
て前方部分の変動段階を乱すことを防ぐ。【解決手段】液体の吐出口１８に連通する液流路１０
内の気泡発生領域１１に、液体中に気泡を発生させるた
めの発熱体２と、気泡４０の成長に伴い変位する可動部
材３１と、可動部材３１の変位を所望の範囲に規制する
ストッパ６４とが設けられている。発熱体２の吐出口１
８側端から中心部までの範囲と吐出口１８の中心とを結
ぶ領域には液体のみが存在し得る直線連通状態にある。
そして、可動部材３１は待機状態において自由端３２を
気泡発生領域１１の中心部に対向した位置に有し、自由
端３２がストッパ６４に実質的に接触することで気泡発
生領域１１よりも上流側の流路の最大流路抵抗を形成し
て最大気泡の上流側の成分を略一定化する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、熱エネルギーを液
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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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、
特に、吐出口側に成長する気泡の成分部分に自由度を
与えつつ、吐出口側とは異なる方向への気泡の成長との
バランスに着目することで、吐出液滴の形成をより安定
したものにでき、かつ、応答周波数依存特性自体を改善
できる画期的な液体吐出方法やヘッド等を提供するもの
である。

【００１５】本発明の主たる目的は以下の通りである。

【００１６】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。

【００１７】本発明の第２の目的は、応答周波数によら
ない安定した液滴吐出を可能とする液体吐出ヘッドを提
供することにある。

【００１８】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。

【００１９】

【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であっ
て、前記発熱体の吐出口側端から中心部までの範囲と前
記吐出口の中心とを結ぶ領域には前記液体のみが存在し
得る直線連通状態にあるとともに、前記可動部材は待機
状態において自由端を気泡発生領域の上記中心部に対向
した位置に有し、該自由端が前記規制部に実質的に接触
することで気泡発生領域よりも上流側の流路の最大流路
抵抗を形成して最大気泡の上流側の成分を略一定化した
状態を形成することを特徴とする。

【００２０】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、前記発熱体の吐出口側端から中心部までの範囲
と前記吐出口の中心とを結ぶ領域には液体のみが存在し
得る直線連通状態にあるとともに、前記可動部材は待機
状態において自由端を気泡発生領域の上記中心部に対向
した位置に有し、該自由端が前記規制部に実質的に接触
することで気泡発生領域よりも上流側の流路の最大流路
抵抗を形成して最大気泡の上流側の成分を略一定化した
状態で前記液体を吐出することを特徴とする。

【００２１】さらには、前記可動部材が前記規制部に実
質的に接触して、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。

【００２２】さらには、前記可動部材が前記規制部に実
質的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。

【００２３】さらには、前記可動部材が前記規制部に実
質的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。

【００２４】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ことを特徴
とする。

【００２５】上記の構成によれば、気泡の前方部分の成
長から収縮への段階において、後方部分が成長すること
によって前方部分の変動段階を乱すという課題を解決で
き、気泡の成長から収縮への変化点の変化率を安定かつ
急速なものにでき液体のきれが良好でかつ安定してい
る。したがって、この要件を有する吐出方法や吐出ヘッ
ドを用いれば、画像品位が向上する。

【００２６】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。

【００２７】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。

【００２８】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。

【００２９】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。

【００３０】

【発明の実施の形態】本発明は、膜沸騰により成長する
気泡の前方部分に対して影響を与える後方部分の存在を
重視したもので、気泡の前方部分の成長から収縮に至る
過程において、後方部分の成長から収縮に至る変化が実
質的に一定化されることで、気泡の前方部分の成長から
収縮を、自由度が高くかつ、一定化した挙動を確保でき
るという技術内容に基づいている。

【００３１】本発明は、後方部分の成長収縮が、従来の
液体吐出ヘッドでは、気泡の発生要因のばらつき要素が
重畳されて一層の不安定状態になっていることを見いだ
し、この後方部分が、気泡の吐出口側への前方部分の挙
動や移動速度或は速度変化に実質的な影響を及ぼしてい
ることを原因として見いだしたことに基づきなされたも
のである。

【００３２】本発明は、従来では総合バランスで成立し
ている気泡の挙動を一部に着目した発明が多い中にあっ
て、部分機能と総合バランスとを有機的に一体化させつ
つ、従来からは予想できなかった新たな吐出原理及び吐
出方法、ヘッドを提供するものである。

【００３３】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。

【００３４】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）〜（ｆ）の工程に
分けて示したものである。

【００３５】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。

【００３６】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
側に配置された支持部材３４に支持されている。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
成長に伴い、支持部材３４に対して変位可能である。こ
の変位するときの支点３３は支持部材３４における可動
部材３１の支持部となっている。

【００３７】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。

【００３８】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
た空間になるという従来にない特徴的なヘッド構造を提
案している。

【００３９】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。

【００４０】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。

【００４１】図１（ｂ）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、それに伴い液体は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。それに伴い
気泡４０の上流側への成長も可動部材３１で制限され
る。これにより、流路の気泡発生領域よりも上流側にお
ける最大流路抵抗を形成し、気泡の上流側の成長を略一
定化している。この構成により、吐出液滴の形成をより
安定したものにでき、かつ、応答周波数依存特性自体を
改善できるようにしている。

【００４２】また、この時、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。

【００４３】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。

【００４４】本発明においては図11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。

【００４５】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。）

【００４６】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。

【００４７】図１（ｃ）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（ｂ）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（ｃ）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。

【００４８】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（ｄ）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。

【００４９】図１（ｄ）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。

【００５０】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。

【００５１】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
（ｄ）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。

【００５２】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（ｃ）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。

【００５３】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。

【００５４】図１（ｅ）では図１（ｄ）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。

【００５５】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。

【００５６】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。

【００５７】図１（ｆ）では、図１（ｅ）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。

【００５８】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。

【００５９】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。

【００６０】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。

【００６１】図２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。

【００６２】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。

【００６３】このように上記構成の液体吐出ヘッドで
は、気泡の発生によって吐出口から液体が吐出された瞬
間では吐出液滴は先端に球状部を持つ液柱に近い状態で
吐出される。この事は旧来のヘッド構造でも同じである
が、本発明では、気泡の成長工程によって可動部材が変
位し、この変位した可動部材が規制部に接触したとき、
気泡発生領域を有する液流路が吐出口を除いて、実質的
に閉じた空間が形成される。したがって、この状態で気
泡を消泡すれば、消泡によって可動部材が規制部より離
れるまでは上述の閉空間が保たれるため、気泡の消泡エ
ネルギーのほとんどが吐出口近傍の液体を上流方向へ移
動させる力として働くこととなる。その結果、気泡の消
泡開始直後においては、吐出口からメニスカスが液流路
内に急速に引き込まれ、吐出口の外側で吐出液滴と繋が
って液柱を形成している尾引き部分がメニスカスにより
強い力ですばやく切り離される。これにより、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、印字
品位を向上させることができる。

【００６４】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ことで、吐出速度が低下せず、
また吐出滴とサテライトドットとの距離も短くなるの
で、吐出滴の後方でいわゆるスリップストリーム現象に
よりサテライトドットが引き寄せられる。その結果、吐
出滴とサテライトドットの合体も起こり得て、サテライ
トドットがほとんど無い液体吐出ヘッドを提供すること
が可能である。

【００６５】さらに本発明は、上述したヘッドにおい
て、前記可動部材が、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。より好ましくは、前記
可動部材の自由端が前記気泡発生領域の実質中央部に位
置している。この構成によれば、液体の吐出にとって直
接関係しない、気泡成長による上流側へのバック波及び
液体の慣性力を抑えるとともに、気泡の下流側への成長
成分を素直に吐出口方向に向けることが可能である。

【００６６】さらに本発明は、上述したヘッドにおい
て、前記規制部を境界として前記吐出口とは反対側の液
流路の流路抵抗が低いことを特徴とする。この構成によ
れば、気泡の成長による上流方向への液体の移動が低流
路抵抗の液流路によって大きな流れとなるので、変位し
た可動部材が規制部に接触したとき、その可動部材が上
流方向へ引っ張られた形の応力を受けることとなる。そ
の結果、この状態で消泡を開始しても、気泡の成長によ
る上流方向への液体移動力が大きく残るため、この液体
移動力に対し可動部材の反発力が勝るまでの一定の間、
上述の閉空間を保つことができる。すなわち、この構成
によって、高速メニスカス引き込みがより確実なものと
なる。また、気泡の消泡工程が進み、気泡成長による上
流方向への液体移動力に対し可動部材の反発力が勝る
と、可動部材が初期状態に戻ろうと下方変位し、これに
伴い低流路抵抗領域でも下流方向への流れが生じる。低
流路抵抗領域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規制部を介し液流路へ流
れ込む。その結果、この吐出口に向かう下流方向への液
移動により、上述のメニスカスの引き込みを急制動さ
せ、メニスカスの振動を高速に収束させることができ
る。

【００６７】なお、本発明における規制部は、最大気泡
の上流側の成分を略一定化した状態を形成できるもので
あれば、上述した実施例で示されるものに限定されるも
のではない。

【００６８】（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。

【００６９】＜可動部材＞図３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。

【００７０】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。

【００７１】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。

【００７２】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。

【００７３】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４
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。

【００７４】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。

【００７５】＜素子基板＞次に、素子基板の構成につい
て説明する。

【００７６】図５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５（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。

【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。

【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
５（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。

【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。

【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５（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。

【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。

【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。

【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。

【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６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。

【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。

【００８６】また、従来吐出が困難であった発泡性が低
い液体、熱によって変質、劣化しやすい液体や高粘度液
体等であっても利用できる。

【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。

【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。

【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。

【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％

【００９１】＜液体吐出ヘッド構造＞図７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。

【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を支持した支持部材３４が設けられている。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。

【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８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。

【００９４】図８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。また、各々の可動部材３
１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。

【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。

【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。

【００９７】図８（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。

【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。

【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８（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。

【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。

【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。

【０１０２】＜液体吐出装置＞図９は、図１や図８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１５０
の幅方向に往復移動する。

【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。

【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。

【０１０５】図１０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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【０１１１】

【発明の効果】本発明による液体吐出ヘッド、液体吐出
方法によれば、気泡の前方部分の成長から収縮への段階
において、後方部分が成長することによって前方部分の
変動段階を乱すという課題を解決でき、気泡の成長から
収縮への変化点の変化率を安定かつ急速なものにでき液
体のきれが良好でかつ安定している。したがって、この
吐出方法や吐出方法や吐出ヘッドを用いれば画像品位が
向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液体吐出ヘッドの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）〜（ｆ）の工程に分けて示した
ものである。

【図２】図１（ｂ）に示した一部のヘッドの透視斜視図
であり、

【図３】図２に示した可動部材の他の形状を示すもので
ある。

【図４】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。

【図５】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。

【図６】本発明に使用する発熱体を駆動する波形図であ
る。

【図７】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。

【図８】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。

【図９】図１や図８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。

【図１０】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。

【図１1】「直線的連通状態」を説明する流路の断面図
である。

【符号の説明】

１素子基板２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３４支持部材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３０２ＣＰＵ３０３ＲＯＭ３０４ＲＡＭ３０５モータドライバ３０６駆動用モータ３０７ヘッドドライバ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者種谷陽一東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者島津聡東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (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） 2C056 EA04 EA15 FA03 FB03 FB04 2C057 AF03 AF06 AF52 AF77 AG12 AG46 AG76 AJ03 AJ04 BA03 BA04 BA13

Claims

【特許請求の範囲】

【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であっ
て、前記発熱体の吐出口側端から中心部までの範囲と前記吐
出口の中心とを結ぶ領域には前記液体のみが存在し得る
直線連通状態にあるとともに、前記可動部材は待機状態
において自由端を気泡発生領域の上記中心部に対向した
位置に有し、該自由端が前記規制部に実質的に接触する
ことで気泡発生領域よりも上流側の流路の最大流路抵抗
を形成して最大気泡の上流側の成分を略一定化した状態
を形成することを特徴とする液体吐出ヘッド。
【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。
【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。
【請求項4】前記可動部材の前記待機状態における前
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。
【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。
【請求項6】前記規制部は前記液流路の前記可動部材
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。
【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。
【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。
【請求項9】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、前記発熱体の吐出口側端から中
心部までの範囲と前記吐出口の中心とを結ぶ領域には液
体のみが存在し得る直線連通状態にあるとともに、前記
可動部材は待機状態において自由端を気泡発生領域の上
記中心部に対向した位置に有し、該自由端が前記規制部
に実質的に接触することで気泡発生領域よりも上流側の
流路の最大流路抵抗を形成して最大気泡の上流側の成分
を略一定化した状態で前記液体を吐出することを特徴と
する液体吐出方法。
【請求項10】前記可動部材が前記規制部に実質的に接
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
する請求項9に記載の液体吐出方法。
【請求項11】前記可動部材が前記規制部に実質的に接
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9に記載の液体吐出方法。
【請求項12】前記可動部材が前記規制部に実質的に接
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11に記載の液体吐出方法。
【請求項13】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12に記載の液体吐出方法。
【請求項14】請求項1乃至8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。
【請求項15】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14に記載の液体吐出装
置。