JP2000062184A - 液体吐出ヘッド、液体吐出方法、および液体吐出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 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。 【解決手段】 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
が液流路１０の両側壁と可動部材３１との僅かな隙間と
吐出口１８を除いて、実質的に閉じた空間になり、この
閉空間状態で気泡の消泡を開始する液体吐出ヘッドであ
る。さらに、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に対し
流路抵抗の低い低流路抵抗領域６５が設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、熱エネルギーを液
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ＥＰ４３６０４７Ａ１
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、
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、高速リフィル
を達成するとともに、メニスカスの変動を高速で収束さ
せ、連続吐出動作における画像品位の安定性をも両立さ
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。

【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、液流路内の流れを
制御することでメニスカスのスピードを抑制し、高速リ
フィルとメニスカス振動の収束性を高め、高速印字等に
おける吐出の安定性を実現し、印字品位を向上させる液
体吐出方法及び液体吐出ヘッドを提供することにある。

【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、前記液流路は、気泡成長時に気泡を保持するととも
に消泡時に可動部材の上流の液体を気泡発生領域に流入
する、前記可動部材の側方に設けられた間隙を有するこ
とを特徴とする。

【００２０】上記構成の液体吐出ヘッドでは、前記液流
路の両側壁と前記可動部材との間に僅かな隙間を有して
いることで、気泡の成長によって可動部材の変位が規制
部で規制されたとき、気泡は前記の隙間を介し可動部材
の上面側へ隆起する。そして気泡の消泡時には、隆起し
た気泡が前記の隙間を介して再び気泡発生領域へ引き込
まれる際に液流を前記の隙間により発生させる。この液
流と、メニスカス引き込みに伴う液流とによって、液体
の循環系のない系においても泡の蓄留や気泡発生領域で
の蓄熱を解消することが可能である。

【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、気泡成長時に可
動部材により気泡を保持する工程と、消泡時に可動部材
の側方に設けられた間隙より前記可動部材の上流の液体
を気泡発生領域に流入する工程を有することを特徴とす
る。

【００２２】上述の方法において、前記可動部材は前記
気泡の成長に伴って変位し前記規制部に接触した状態で
前記気泡を前記可動部材の側方の間隙より隆起させる工
程をさらに有する。

【００２３】また、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。

【００２４】また、前記可動部材が前記規制部に接触し
た状態で前記可動部材の側方より前記液体が前記気泡発
生領域に流入する工程を有する。

【００２５】また、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。この工
程では、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。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。

【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】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。

【００３１】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。

【００３２】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。

【００３３】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。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。

【００３４】ここで、本発明者らは液流路内において発
泡が液体に作用する力を解析したところ、液流路内では
気泡の下流側半分が吐出に寄与し、上流側半分がバック
波に影響を与えるという知見を得た。したがって、気泡
の上流側半分の成長を抑制することがすなわち上流側へ
のバック波及び液体の慣性力を抑制することになり、ノ
ズルのリフィル周波数が向上することを見い出した。

【００３５】そこで本形態では、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。

【００３６】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。

【００３７】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。

【００３８】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。

【００３９】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。

【００４０】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１
３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３
１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、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。このとき、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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【００４５】本形態では、可動部材２１の上面で液体が
乱流を起こして気泡が可動部材３１の上面まで回り込む
が、低流路抵抗領域６５を成す流路天井と可動部材３１
の上面がそれぞれ平面で構成され、かつ互いの間隔が離
れているため、回り込んだ気泡どうしがくっついて一体
化することがない。この回り込んだ気泡どうしが合体し
ないことと、上流方向への液体の移動力が大きいことに
より、可動部材３１は上述したように上流方向へ引っ張
られた形の応力を受けている。

【００４６】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
を生じさせる。つまり、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。

【００４７】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。

【００４８】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。

【００４９】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。

【００５０】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。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。

【００５１】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。

【００５２】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。

【００５３】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像品位を低下させ
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。

【００５４】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。

【００５５】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。

【００５６】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の全体形状及びヤング率、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。

【００５７】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。

【００５８】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。

【００５９】図２の（ａ）〜（ｆ）は、図１（ａ）〜
（ｆ）の各工程において天板側から基板方向を天板を透
視して見た上面透視図、図２の（ｇ）〜（ｌ）は図１
（ａ）〜（ｆ）の各工程のＡ−Ａ線断面を上流側から見
た断面図である。図３は図１（ｂ）及び図２（ｂ）に示
した一部のヘッドの透視斜視図であり、図４は図１
（ｃ）及び図２（ｃ）に示した一部のヘッドの透視斜視
図である。尚、発熱体２、可動部材３１、および気泡４
０は不透明で、液体は透明として示している。

【００６０】本実施形態では、図２では気泡成長時に可
動部材によって気泡が保持されている状態を示してい
る。図２に示すように液流路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（図２（ｂ）及び図
３参照）。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。

【００６１】さらに、気泡４０の消泡が開始されると、
隆起気泡４１は前記クリアランスを介して低流路抵抗領
域６５から気泡発生領域１１へ引き込まれる際に可動部
材の上流側からの液流を前記クリアランスにより発生さ
せると同時に、図４に示すように気泡４０は前述した、
吐出口１８側からの高速なメニスカス引き込みと共に急
速に消泡する。この時、気泡発生領域１１を有する液流
路１０が、変位した可動部材３１とストッパ６４との接
触によって、吐出口１８を除いて実質的に閉じた空間を
形成し、液体の満たされた空間の中で部分的に周囲を囲
われたいわゆる「いけす」状態をなす。この「いけす」
内で気泡４０が収縮するに伴い、前記クリアランスと吐
出口１８側からいっせいに流れが生じるため、液体の循
環系のない系においても泡の蓄留や発熱体２近傍での蓄
熱を解消し、極めて安定した吐出特性が得られる。な
お、本形態では気泡成長時にはクリアランスから気泡が
隆起した構成としているが、気泡成長時に可動部材が気
泡を保持しているとともに、消泡時に可動部材の上流側
の液体とクリアランスから気泡発生領域に流入できるも
のであれば必ずしも気泡を隆起させる必要はない。ま
た、これを達成するためのクリアランス幅としては８〜
１３μｍであることが望ましい。

【００６２】（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。

【００６３】＜可動部材＞図５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。

【００６４】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。

【００６５】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。

【００６６】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。

【００６７】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６
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。

【００６８】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。

【００６９】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。

【００７０】＜素子基板＞次に、素子基板の構成につい
て説明する。

【００７１】図７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。

【００７２】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。

【００７３】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
７（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。

【００７４】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。

【００７５】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７（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。

【００７６】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。

【００７７】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。

【００７８】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。

【００７９】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８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。

【００８０】＜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。

【００８１】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。

【００８２】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。

【００８３】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。

【００８４】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。

【００８５】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％

【００８６】＜液体吐出ヘッド構造＞図９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。

【００８７】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。

【００８８】＜サイドシュータタイプ＞ここでは、図１
乃至図４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１０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。

【００８９】図１０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
１０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
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。

【００９０】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。

【００９１】次に、本形態の構造による特徴的な作用・
効果を説明する。

【００９２】図１０（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。

【００９３】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。

【００９４】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１０（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１
３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。

【００９５】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。

【００９６】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。

【００９７】＜液体吐出装置＞図１１は、図１〜図４や
図１０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。

【００９８】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。

【００９９】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。

【０１００】図１２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。

【０１０１】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。

【０１０２】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。

【０１０３】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。

【０１０４】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。

【０１０５】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。

【０１０６】

【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、可動部材の背面に隆起気泡を回り込
ませることにより可動部材のブレを抑え、吐出特性を安
定化することができる。さらに消泡時に気泡発生領域に
いけす状態を形成することで、液体の循環系のない系に
おいても泡の蓄留や発熱体近傍での蓄熱を解消すること
ができる。また、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。

【０１０７】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。

【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（ａ）〜（ｆ）の各工程の、天板側から基
板方向を天板を透視して見た上面透視図、およびＡ−Ａ
線断面を上流側から見た断面図である。

【図３】図１（ｂ）及び図２（ｂ）に示した一部のヘッ
ドの透視斜視図である。

【図４】図１（ｃ）及び図２（ｃ）に示した一部のヘッ
ドの透視斜視図である。

【図５】図３や図４に示した可動部材の他の形状を示す
ものである。

【図６】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７】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８】本発明に使用する発熱体を駆動する波形図であ
る。

【図９】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１０】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１１】図１〜図４や図１０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１２】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。

【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 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

フロントページの続き (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 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） 2C056 EA04 EA15 FA03 FB03 FB04 2C057 AF03 AF06 AF28 AF52 AF78 AG12 AG46 AG76 BA03 BA13

Claims (19)

【特許請求の範囲】
1. 【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、 前記液流路は、気泡成長時に気泡を保持するとともに消
   泡時に可動部材の上流の液体を気泡発生領域に流入す
   る、前記可動部材の側方に設けられた間隙を有すること
   を特徴とする液体吐出ヘッド。
2. 【請求項２】 前記吐出口と前記発熱体とは直線的連通
   状態に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。
3. 【請求項３】 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
   るもの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。
4. 【請求項４】 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。
5. 【請求項５】 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。
6. 【請求項６】 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４に記
   載の液体吐出ヘッド。
7. 【請求項７】 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。
8. 【請求項８】 前記間隙の幅は８〜１３μｍ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. 【請求項９】 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。
10. 【請求項１０】 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９に記載の液体吐出ヘッド。
11. 【請求項１１】 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、 気泡成長時に可動部材により気泡を保持する工程と、 消泡時に可動部材の側方に設けられた間隙より前記可動
    部材の上流の液体を気泡発生領域に流入する工程を有す
    ることを特徴とする液体吐出方法。
12. 【請求項１２】 前記可動部材は前記気泡の成長に伴っ
    て変位し前記規制部に接触した状態で前記気泡を前記可
    動部材の側方の間隙より隆起させる工程をさらに有する
    ことを特徴とする請求項１１に記載の液体吐出方法。
13. 【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
    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１１に記載の液体吐出方法。
14. 【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１１に記載の液体吐出方法。
15. 【請求項１５】 前記可動部材が前記規制部に接触した
    状態で前記可動部材の側方より前記液体が前記気泡発生
    領域に流入する工程を有することを特徴とする請求項１
    １に記載の液体吐出方法。
16. 【請求項１６】 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。
17. 【請求項１７】 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１６に記載の液体吐出方法。
18. 【請求項１８】 請求項１乃至１０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。
19. 【請求項１９】 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１８に記載の液体吐出装
    置。