JP2001038907A - Liquid emitting head, liquid emitting method, liquid emitting device and production of liquid emitting head - Google Patents

Liquid emitting head, liquid emitting method, liquid emitting device and production of liquid emitting head

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JP2001038907A
JP2001038907A JP21290599A JP21290599A JP2001038907A JP 2001038907 A JP2001038907 A JP 2001038907A JP 21290599 A JP21290599 A JP 21290599A JP 21290599 A JP21290599 A JP 21290599A JP 2001038907 A JP2001038907 A JP 2001038907A
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JP
Japan
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liquid
movable member
bubble
flow path
generation region
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JP21290599A
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Japanese (ja)
Inventor
Torachika Osada
虎近 長田
Hiroyuki Ishinaga
博之 石永
Masao Mori
雅生 森
Sadayuki Sugama
定之 須釜
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Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To achieve the enhancement of refill characteristics and the stabilization of emitting quantity after a substantially hermetically closed space is formed by a movable member and a regulation part. SOLUTION: The liquid flow channel 10 communicating with an emitting orifice 18 is constituted by bonding an element substrate 1 equipped with a heating element 2 and a top plate 50. A cantilevered movable member 31 is arranged to the element substrate 1 in opposed relation to the heating element 2 and a stopper 64 is provided to the top plate 50 in opposed relation to the heating element 2 and the leading end part of the movable member 31 comes into contact with the stopper 64 to divide the liquid flow channel 10 into a downstream part including the heating element and an upstream part not including the same. The movable member 31 is elastically bent toward the upstream part in a protruded state before the air bubble 40 generated by the driving of the heating element grows maximally and subsequently separated from the stopper 64 in a contraction stage of the air bubble 40.

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 generating bubbles generated by applying thermal energy to the liquid, a head cartridge using the liquid ejection head, and a liquid ejection apparatus. 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 apparatus.

【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。
[0002] The present invention also relates to a facsimile having a printer, a copier, a communication system, and a printer for performing recording on a recording medium such as paper, thread, fiber, cloth, leather, metal, plastic, glass, wood, ceramics and the like. The present invention can be applied to a device such as a word processor having a unit, and further to an industrial recording device 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 a character or a figure 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 giving energy such as heat to ink, a state change accompanied by a steep volume change (formation of bubbles) is caused in the ink, and the ink is ejected from an ejection port by an action force based on this state change. An ink jet recording method in which an image is formed by attaching the ink onto a recording medium, that is, a so-called bubble jet recording method, is conventionally known. As disclosed in U.S. Pat. No. 4,723,129 and the like, a recording apparatus using the bubble jet recording method includes a discharge port for discharging ink, and an ink flow communicating with the discharge port. A passage and an electrothermal converter as an energy generating means for discharging ink arranged in the ink flow path are generally arranged.

【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, a high-quality image can be recorded at high speed and with low noise, and in a head performing this recording method, ejection ports for ejecting ink are arranged at a high density. Therefore, it has many advantages that a high-resolution recorded image and a color image can be easily obtained with a small device. For this reason, this bubble jet recording method has recently been used in many office devices such as printers, copiers, and facsimile machines, and has also been 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。
[0006] As the bubble jet technology is used for products in various fields, the following various requirements have been increasing 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, a driving condition for providing a liquid discharging method or the like in which the ink discharging speed is high and a good ink discharging based on stable bubble generation is proposed. In view of the above, there has been proposed an improved liquid flow path in order to obtain a liquid discharge head having a high filling (refilling) 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 in a direction opposite to a direction toward a discharge port) generated due to the generation of bubbles, and a back wave which becomes energy loss in discharge is focused on. The invention of the structure to prevent this is disclosed in
No. 31,918 (in particular, 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, there is no mention of the correlation between bubble growth and the triangular portion, and there is no idea, so the above-described invention has 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 concave portion and cannot be in linear communication with the discharge port, the droplet shape cannot be stabilized, and the growth of bubbles is triangular. Air bubbles grow from one side of the triangular plate to the whole of the other side, and consequently the normal bubble in the liquid as if the plate was absent. The growth of bubbles is completed. Therefore, the existence of the plate-shaped member has nothing to do with the grown bubble. Conversely, since the entire plate-shaped member is surrounded by bubbles, during the bubble contraction stage, refilling the heater located in the concave portion causes turbulence, causing microbubbles to accumulate in the concave portion and grow. This disturbs the principle of discharging based on bubbles.

【0010】他方、欧州特許出願公開明細書第4360
47号公報は、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(同第436047号公報の第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, European Patent Application Publication No. 4360
Japanese Patent No. 47 gazette alternately includes a first valve that shuts off between the vicinity of the discharge port and the bubble generator, and a second valve that completely shuts them off between the bubble generator and the ink supply unit. The invention which opens and closes is proposed (the 4th publication of JP-B-436047).
To 9). However, according to the present invention, since these three rooms are divided into two chambers, the ink following the droplets at the time of ejection has a large tail, which is compared with a normal ejection method in which bubble growth, contraction, and defoaming are performed. Therefore, the number of satellite dots becomes considerably large (it is estimated that the effect of meniscus retreat due to defoaming cannot be used). Also, at the time of refilling, the liquid is supplied to the bubble generating section with the defoaming, but the liquid cannot be supplied to the area near the discharge port until the next foaming occurs,
Not only is the dispersion of the ejected droplets large, but the ejection response frequency is extremely low, which is not practical.

【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。
The invention using a movable member (a plate-like member having a free end closer to the ejection port than the fulcrum) which can contribute effectively to the ejection of the droplet is completely different from the above-mentioned prior art. Many have been proposed. Of that invention,
Japanese Patent Laying-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 from being slightly disturbed. Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-323420 discloses that the position of the common liquid chamber upstream of the movable member is shifted to the free end side of the movable member, that is, the downstream side by utilizing the advantage of the movable member. It discloses an invention that enhances the refill capability. These were based on the assumption that the invention would be created, because the bubble growth was temporarily wrapped by a movable member and opened at a stroke to the discharge port side. And
No attention has been paid to their correlation.

【0012】また、欧州特許出願公開明細書第0436
047号公報では、気泡発生領域の上流/下流側に初期
遮断状態となる弁部材を2つ設けて噴射周期と小滴噴射
効率を高める旨が記載されているが、気泡の吐出口側に
ある弁は吐出エネルギーの多大な損失を招く。また、2
段に遮断状態の弁があるためリフィルの液流に大きな抵
抗となり、特に、メニスカスが吐出口の位置から何らか
の理由で後退した場合には、ほとんどリフィル不可能と
なってしまい、性能面で実用的でない。
Also, European Patent Application Publication No. 0436
Japanese Patent No. 047 describes that two valve members that are initially shut off are provided upstream / downstream of the bubble generation region to increase the ejection cycle and the droplet ejection efficiency. Valves cause a significant loss of discharge energy. Also, 2
There is a valve in the stage that is in the shut-off state, which causes a large resistance to the refill liquid flow.Especially, if the meniscus retreats from the position of the discharge port for some reason, it becomes almost impossible to refill, and it is practical in terms of performance. Not.

【0013】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
In -24588, an invention (acoustic wave) focused on bubble growth due to pressure wave propagation as an element related to liquid ejection,
The invention discloses that a part of the bubble generation region is released from the movable member. However, also in the present invention, since attention is paid only to the growth of bubbles during liquid ejection, attention is not paid to individual elements related to the formation of droplets themselves and their correlations.

【0014】従来から知られている膜沸騰による気泡の
前方部分(エッジシューター型の場合)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。
It is known that the front part (in the case of the edge shooter type) of the bubble caused by film boiling, which is conventionally known, has a great influence on the discharge, but this part is used to form the discharged droplets more efficiently. There has been no prior focus on contributing, and the present inventors have conducted intensive research to elucidate these technical aspects.

【0015】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、
可動部材と規制部とによって実質的な密閉空間を形成し
た後のリフィル特性の向上および吐出量の安定に関し
て、気泡の前方部分の成長から消泡開始時までに可動部
材に要求される好ましい特性について検討してなされた
ものである。
The present invention is one of a number of inventions that have been made by analyzing the process from generation of bubbles to defoaming in more detail from the viewpoint of the formation of discharged droplets.
Regarding the improvement of the refill characteristics and the stability of the discharge amount after forming a substantially closed space by the movable member and the restricting portion, the preferable characteristics required for the movable member from the growth of the front part of the bubble to the start of defoaming It was made after examination.

【0016】本発明の第1の目的は、液滴吐出時に実質
的な密閉空間の吐出口側の変化に対して、上流側の実質
的な液体の停留状態に着目し、発泡状態のばらつきに起
因する吐出量のばらつきを抑制することである。
A first object of the present invention is to pay attention to a substantial liquid stagnant state on the upstream side with respect to a change on the discharge port side of a substantially closed space at the time of discharging a droplet, and to examine a variation in a foaming state. The purpose is to suppress the variation in the discharge amount due to this.

【0017】本発明の第2の目的は、上記停留状態の流
体の慣性力をリフィルに貢献できる状態に事前に変化せ
しめることで、インクジェットヘッドのリフィル特性を
向上させ安定性を確保することである。
A second object of the present invention is to improve the refill characteristics of the ink jet head and to ensure the stability by changing the inertial force of the fluid in the stationary state to a state that can contribute to refilling in advance. .

【0018】本発明の第3の目的は、リフィル時に可動
部材が変位した後、より高速に上記の実質的な密閉空間
を形成することである。
A third object of the present invention is to form the above substantially closed space at a higher speed after the movable member is displaced during refill.

【0019】[0019]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の液体吐出ヘッドは、液体中に気泡を発生させ
るための熱エネルギーを発生させる発熱体と、前記液体
が吐出される吐出口と、前記気泡が発生する気泡発生領
域を有し前記吐出口に連通する液流路と、前記気泡発生
領域に変位可能に設けられた片持ちの可動部材と、前記
気泡発生領域に対向して設けられて前記可動部材の変位
範囲を規制する規制部とを備え、前記気泡の発生時のエ
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、前記可動部材は、前記気泡が発生
していない初期状態で、前記規制部に接触して前記液流
路を前記気泡発生領域を含む下流側と含まない上流側と
に実質的に分断し、前記気泡が最大に成長する前に、前
記液流路を実質的に分断した状態で上流側に向かって弾
性的に凸状に湾曲し、前記気泡の消泡の収縮力により変
位して前記規制部との接触を開放することを特徴とす
る。
In order to achieve the above object, a liquid discharge head according to the present invention comprises a heating element for generating heat energy for generating bubbles in a liquid, and a discharge port for discharging the liquid. A liquid flow path having a bubble generation region in which the bubbles are generated and communicating with the discharge port, a cantilevered movable member displaceably provided in the bubble generation region, and facing the bubble generation region. A liquid ejecting head for ejecting the liquid from the ejection port with energy at the time of the generation of the bubble, the movable member being provided with a regulating portion that regulates a displacement range of the movable member. In an initial state in which the bubbles are not generated, the liquid flow path is substantially divided into a downstream side including the bubble generation region and an upstream side not including the bubble generation region by contacting the regulating portion, and before the bubbles grow to the maximum. The liquid flow path is substantially Resiliently convexly curved toward the upstream side in the divided state, characterized by opening the contact between the restricting portion is displaced by the contraction force of the defoaming of the bubble.

【0020】上記の第1の発明の液体吐出ヘッドによれ
ば、可動部材は初期状態で液流路を上流と下流とに分断
しており、気泡が最大に成長する前に、上流側に向かっ
て凸状に弾性的に湾曲するので、発熱体の発熱特性のば
らつき等による発泡状態のばらつきが、可動部材の湾曲
によって形成される。その結果、発泡状態のばらつきに
起因する液体吐出量のばらつきが抑制される。気泡の収
縮段階では、可動部材は気泡の消泡の収縮力により変位
して規制部との接触が開放され、これによって液流路へ
の液体のリフィルが行われる。また、上記の液体吐出ヘ
ッドにおいて、可動部材の凸状に湾曲した部分が、気泡
の収縮段階で、可動部材自身の弾性力により凹状に湾曲
するものであってもよい。これにより、主たるリフィル
が開始される前にリフィル方向への液体の初期移動が可
能となるので、リフィルが安定かつ早急に実行される。
According to the liquid discharge head of the first aspect, the movable member divides the liquid flow path into an upstream state and a downstream state in the initial state, and moves toward the upstream side before the bubble grows to the maximum. Since the flexible member is elastically curved in a convex shape, a variation in the foaming state due to a variation in the heat generation characteristics of the heating element is formed by the bending of the movable member. As a result, variations in the liquid discharge amount due to variations in the foaming state are suppressed. In the bubble contraction stage, the movable member is displaced by the contraction force of the bubble defoaming to release the contact with the restricting portion, whereby the liquid is refilled into the liquid flow path. In the above-described liquid ejection head, the convexly curved portion of the movable member may be concavely curved by the elastic force of the movable member itself at the time of bubble contraction. Thus, the liquid can be initially moved in the refill direction before the main refill is started, so that the refill is executed stably and quickly.

【0021】また本発明の液体吐出ヘッドは、液体中に
気泡を発生させるための熱エネルギーを発生させる発熱
体と、前記液体が吐出される吐出口と、前記気泡が発生
する気泡発生領域を有し前記吐出口に連通する液流路
と、前記気泡発生領域に変位可能に設けられた片持ちの
可動部材と、前記気泡発生領域に対向して設けられて前
記可動部材の変位範囲を規制する規制部とを備え、前記
気泡の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、前記可動部材
は、前記気泡が発生していない初期状態で、前記可動部
材の弾性力によって前記規制部に接触して前記液流路を
前記気泡発生領域を含む下流側と含まない上流側とに実
質的に分断し、前記気泡の消泡の収縮力により変位して
前記規制部との接触を開放することを特徴とする。
Further, the liquid discharge head of the present invention has a heating element for generating thermal energy for generating bubbles in the liquid, a discharge port from which the liquid is discharged, and a bubble generation region in which the bubbles are generated. A liquid flow path communicating with the discharge port, a cantilevered movable member provided displaceably in the bubble generation region, and a displacement range of the movable member provided opposed to the bubble generation region to regulate the displacement range of the movable member; A liquid ejecting head for ejecting the liquid from the ejection port with energy at the time of the generation of the bubble, wherein the movable member has an initial state in which the bubble is not generated. The liquid flow path is substantially divided into a downstream side including the bubble generation region and an upstream side not including the bubble generation region by being in contact with the restriction portion by an elastic force, and is displaced by a contraction force of the defoaming of the bubble to restrict the liquid flow. Contact with the department Characterized by release.

【0022】上記の第2の発明の液体吐出ヘッドによれ
ば、可動部材が液流路を上流と下流とに分断するための
規制部との接触は可動部材の弾性力でなされているの
で、液流路への液体のリフィルが行われるまでの液流路
の分断が確実に行われる。しかも、液流路への液体のリ
フィル時の可動部材の変位は、この可動部材をさらに弾
性変形させることによって行われるので、可動部材の変
位時には可動部材にはより大きな内部応力が生じてお
り、可動部材をより高速に復帰させることができる。
According to the liquid discharge head of the second aspect, the movable member contacts the regulating portion for dividing the liquid flow path into the upstream and the downstream by the elastic force of the movable member. The division of the liquid flow path until the liquid is refilled into the liquid flow path is reliably performed. In addition, since the displacement of the movable member at the time of refilling the liquid into the liquid flow path is performed by further elastically deforming the movable member, a larger internal stress is generated in the movable member when the movable member is displaced. The movable member can be returned at a higher speed.

【0023】さらに、上記の第1および第2の液体吐出
ヘッドにおいて、可動部材は、気泡発生領域に近接した
部位に、規制部とは反対側へ突出している凸部を有する
構造とすることもできる。このような構成とすることに
より、上流方向への気泡の成長は凸部によって抑制さ
れ、これに伴って、上流方向への液体の移動が少なくな
るので、結果的に液体のリフィルが向上する。
Further, in the first and second liquid discharge heads described above, the movable member may have a structure having a convex portion protruding to the side opposite to the regulating portion at a portion close to the bubble generation region. it can. With such a configuration, the growth of bubbles in the upstream direction is suppressed by the convex portion, and accordingly, the movement of the liquid in the upstream direction is reduced. As a result, the refill of the liquid is improved.

【0024】本発明の液体吐出方法は、液体中に気泡を
発生させるための熱エネルギーを発生させる発熱体と、
前記液体が吐出される吐出口と、前記気泡が発生する気
泡発生領域を有し前記吐出口に連通する液流路と、前記
気泡発生領域に変位可能に設けられた片持ちの可動部材
と、前記気泡発生領域に対向して設けられて前記可動部
材の変位範囲を規制する規制部とを備え、前記気泡の発
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
記気泡が発生していない初期状態で、前記可動部材が前
記規制部に接触して前記液流路を前記気泡発生領域を含
む下流側と含まない上流側とに実質的に分断する工程
と、前記気泡の発生後、前記気泡が最大に成長する前
に、前記液流路を実質的に分断した状態で前記可動部材
が上流側に向かって弾性的に凸状に湾曲する工程と、前
記気泡の収縮段階で、前記気泡の消泡の収縮力により前
記可動部材が変位して前記規制部との接触を開放する工
程とを有することを特徴とする。
[0024] The liquid discharging method of the present invention comprises: a heating element for generating thermal energy for generating bubbles in the liquid;
A discharge port from which the liquid is discharged, a liquid flow path having a bubble generation region in which the bubbles are generated, and communicating with the discharge port, a cantilevered movable member displaceably provided in the bubble generation region, A liquid discharge head comprising a liquid discharge head for discharging the liquid from the discharge port with energy at the time of generation of the bubbles, the liquid discharge head comprising a restricting portion provided to face the bubble generation region and restricting a displacement range of the movable member. In the discharge method, in an initial state in which the bubbles are not generated, the movable member is substantially in contact with the restricting portion to move the liquid flow path to a downstream side including the bubble generation region and an upstream side not including the bubble generation region. And after the bubble is generated, before the bubble grows to the maximum, the movable member is elastically convexly curved toward the upstream side in a state where the liquid flow path is substantially separated. And in the step of shrinking the bubbles, It said movable member is displaced by the contraction force of the defoaming serial bubbles, characterized in that a step of releasing the contact with the restricting portion.

【0025】上記の方法によれば、可動部材が液流路を
上流と下流とに実質的に分断した状態で、気泡が最大に
成長する前に、可動部材が弾性的に凸状に湾曲する工程
を有するので、発泡状態のばらつきに起因する液体吐出
量のばらつきが抑制される。さらに、気泡の収縮段階
で、可動部材の変位前に、可動部材の凸状に湾曲した部
分がその弾性力で凹状に湾曲する工程を有することで、
主たるリフィルの開始前にリフィル方向への液体の移動
が可能となり、リフィルが安定かつ早急に実行される。
According to the above method, the movable member is elastically convexly curved before the bubble grows to the maximum in a state where the movable member substantially divides the liquid flow path into the upstream and the downstream. Since the method includes the step, the variation in the liquid ejection amount due to the variation in the foaming state is suppressed. Furthermore, by having a process in which the convexly curved portion of the movable member is concavely curved by its elastic force before the movable member is displaced in the bubble contraction stage,
Before the start of the main refill, the liquid can be moved in the refill direction, and the refill can be performed stably and quickly.

【0026】また本発明の液体吐出方法は、液体中に気
泡を発生させるための熱エネルギーを発生させる発熱体
と、前記液体が吐出される吐出口と、前記気泡が発生す
る気泡発生領域を有し前記吐出口に連通する液流路と、
前記気泡発生領域に変位可能に設けられた片持ちの可動
部材と、前記気泡発生領域に対向して設けられて前記可
動部材の変位範囲を規制する規制部とを備え、前記気泡
の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、前記気泡が発生していない初期状態で、前記可動部
材が前記可動部材の弾性力によって前記規制部に接触し
て前記液流路を前記気泡発生領域を含む下流側と含まな
い上流側とに実質的に分断する工程と、前記気泡の収縮
段階で、前記気泡の消泡の収縮力により前記可動部材が
変位して前記規制部との接触を開放する工程とを有する
ことを特徴とする。
Further, the liquid discharging method of the present invention includes a heating element for generating thermal energy for generating bubbles in the liquid, a discharge port from which the liquid is discharged, and a bubble generating region where the bubbles are generated. A liquid flow path communicating with the discharge port,
A cantilevered movable member provided displaceably in the bubble generation region, and a regulating portion provided opposite to the bubble generation region to regulate a displacement range of the movable member, when the bubble is generated A liquid ejection method using a liquid ejection head that ejects the liquid from the ejection port with energy, wherein in an initial state in which the bubble is not generated, the movable member is moved to the regulating portion by the elastic force of the movable member. Contacting and substantially dividing the liquid flow path into a downstream side including the bubble generation region and an upstream side not including the bubble generation region; and And the step of displacing to release the contact with the restricting portion.

【0027】上記の方法によれば、気泡が発生していな
い初期状態では、可動部材が弾性力によって規制部と接
触して液流路を上流と下流とに実質的に分断しており、
気泡の収縮段階で、この可動部材が変位して規制部との
接触を開放する工程を有するので、可動部材が変位した
状態から規制部に接触する状態までの復帰が高速に行わ
れる。
According to the above method, in the initial state in which no bubbles are generated, the movable member comes into contact with the regulating portion by elastic force to substantially divide the liquid flow path into upstream and downstream.
Since the movable member is displaced in the bubble contraction stage to release the contact with the restricting portion, the return from the displaced state of the movable member to the contact portion with the restricting portion is performed at high speed.

【0028】本発明の液体噴射装置は、上記の本発明の
液体吐出ヘッドと、この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
段とを備えたものである。また、上記液体吐出ヘッドか
らインクを吐出し、被記録媒体にインクを付着させるこ
とで記録を行うものであってもよい。
A liquid ejecting apparatus according to the present invention includes the above-described liquid discharge head according to the present invention, and recording medium transport means for transporting a recording medium which receives the liquid discharged from the liquid discharge head. . Further, the recording may be performed by discharging ink from the liquid discharge head and attaching the ink to a recording medium.

【0029】さらに本発明は、上記液体吐出ヘッドの製
造方法を提供する。本発明の液体吐出ヘッドの製造方法
は、液体中に気泡を発生させるための熱エネルギーを発
生させる発熱体と、前記液体が吐出される吐出口と、前
記気泡が発生する気泡発生領域を有し前記吐出口に連通
する液流路と、前記気泡発生領域に変位可能に設けられ
た片持ちの可動部材と、前記気泡発生領域に対向して設
けられて前記可動部材の変位範囲を規制する規制部とを
備え、前記気泡の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の製造方法であ
って、前記吐出口および前記規制部を備えた天板部材を
用意する工程と、前記発熱体および前記可動部材を備え
た基板部材を用意する工程と、前記液流路を構成するた
めに前記天板部材と前記基板部材とを接合する工程とを
有し、前記天板部材と前記基板部材とを接合する工程
は、前記可動部材が弾性変形した状態で前記規制部と接
触して前記液流路を前記気泡発生領域を含む下流側と含
まない上流側とに実質的に分断する工程を含むことを特
徴とする。
Further, the present invention provides a method for manufacturing the above-mentioned liquid discharge head. The method of manufacturing a liquid discharge head according to the present invention includes a heating element that generates thermal energy for generating bubbles in the liquid, a discharge port from which the liquid is discharged, and a bubble generation region in which the bubbles are generated. A liquid flow path communicating with the discharge port, a cantilevered movable member movably provided in the bubble generation region, and a regulation provided opposite to the bubble generation region to regulate a displacement range of the movable member. A method for manufacturing a liquid discharge head that discharges the liquid from the discharge port by using energy at the time of generation of the bubble, wherein a step of preparing a top plate member including the discharge port and the regulating unit is provided. Preparing a substrate member including the heating element and the movable member, and joining the top plate member and the substrate member to form the liquid flow path, wherein the top plate member And the substrate member The joining step includes a step of substantially dividing the liquid flow path into a downstream side including the bubble generation region and an upstream side not including the bubble generation region by contacting the regulating portion in a state where the movable member is elastically deformed. It is characterized by.

【0030】このように、天板部材と基板部材との接合
工程において、可動部材を弾性変形させて規制部と接触
させ、これによって液流路を下流側と上流側とに分断さ
せることで、液流路への液体のリフィルが開始されるま
では確実に液流路を分断し、可動部材の変移した状態か
ら復帰までの動作が高速で行える液体吐出ヘッドが製造
される。
As described above, in the joining step between the top plate member and the substrate member, the movable member is elastically deformed and brought into contact with the regulating portion, thereby dividing the liquid flow path into the downstream side and the upstream side. A liquid discharge head is manufactured in which the liquid flow path is surely divided until the liquid refilling of the liquid flow path is started, and the operation from the displaced state of the movable member to the return can be performed at a high speed.

【0031】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。
The other effects of the present invention can be understood from the description of each embodiment.

【0032】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 flow direction of a liquid from a liquid supply source to a discharge port through a bubble generation region (or a movable member).
Alternatively, it is expressed as an expression regarding this structural direction.

【0033】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 is as follows.
With respect to the center of the bubble, it means a bubble that is generated on the downstream side in the flow direction or the configuration direction, or on the downstream side of the area center of the heating element. Similarly, "upstream" with respect to the bubble itself refers to a bubble generated in an area upstream of the center of the bubble with respect to the flow direction or the direction of the structure, or in an area upstream of the area center of the heating element. I do.

【0034】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。
The “substantial contact” between the movable member and the restricting portion used in the present invention is a state in which the movable member and the regulating portion are in direct contact with each other even if a liquid of about several μm is interposed therebetween. Is also good.

【0035】[0035]

【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。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0036】(第1の実施形態)図1は、本発明の第1
の実施形態である液体吐出ヘッドを液流路方向に沿って
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。
(First Embodiment) FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a cross-sectional view of the liquid discharge head according to the embodiment cut along the liquid flow path direction, and shows characteristic phenomena in the liquid flow path in steps (a) to (g). is there.

【0037】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 ejection head of this embodiment, a heating element 2 for applying thermal energy to the liquid is provided on a smooth element substrate 1 as an ejection energy generating element for ejecting the liquid. A liquid flow path 10 is arranged corresponding to the heating element 2. The liquid flow path 10 communicates with the discharge port 18 and also communicates with a common liquid chamber 13 for supplying liquid to the plurality of liquid flow paths 10, and has an amount corresponding to the liquid discharged from the discharge port 18. Liquid is received from this common liquid chamber 13. The symbol M represents a meniscus formed by the discharged liquid,
The meniscus M is balanced in the vicinity of the discharge port 18 with the internal pressure of the common liquid chamber 13 which is usually a negative pressure by the capillary force generated by the discharge port 18 and the inner wall of the liquid flow path 10 communicating therewith.

【0038】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。
The liquid flow path 10 is formed by joining the element substrate 1 provided with the heating element 2 and the top plate 50, and the area near the surface where the heating element 2 and the discharge liquid are in contact is formed. There is a bubble generation region 11 where the body 2 is rapidly heated to cause foaming of 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 discharge port 18 and is supported by a support member 34 arranged on the upstream side. In particular, in the present embodiment, the free end 32 is disposed near the center of the bubble generation region 11 to suppress the growth of the upstream half of the bubble, which affects the back wave to the upstream side and the inertial force of the liquid. The movable member 31 can be displaced with respect to the support member 34 as bubbles generated in the bubble generation region 11 grow. The fulcrum 33 at the time of this displacement serves as a support portion of the support member 34 for the movable member 31.

【0039】気泡発生領域11の中央上方には、天板5
0に一体的に設けられたストッパ(規制部)64が位置
している。初期状態(気泡発生前)において気泡の上流
側略半分の成長を抑制するための可動部材31は、その
弾性力によって先端部がストッパ64に実質的に接触し
ており、この可動部材31により液流路10の下流側が
上流側と実質的に遮断されている。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。
Above the center of the bubble generation area 11, the top plate 5
A stopper (restriction part) 64 provided integrally with the cylinder 0 is located. In the initial state (before the generation of bubbles), the movable member 31 for suppressing the growth of approximately half of the upstream side of the bubbles has its tip substantially in contact with the stopper 64 due to its elastic force. The downstream side of the flow path 10 is substantially blocked from the upstream side. In the flow from the common liquid chamber 13 to the discharge port 18, a low flow resistance region 65 having a lower flow resistance than the liquid flow path 10 is provided on the upstream side of the stopper 64. The flow path structure in this area 65 has no upper wall or has a large flow path cross-sectional area, so that the resistance to the movement of the liquid from the flow path is reduced.

【0040】以上のように本形態では、可動部材31と
ストッパ64との接触によって、液流路10の気泡発生
領域11を有する部分が、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
を有している。
As described above, in the present embodiment, the portion having the bubble generation region 11 of the liquid flow path 10 becomes a substantially closed space except for the discharge port 18 due to the contact between the movable member 31 and the stopper 64. That is a unique head structure that has never existed before.

【0041】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 discharge operation of the liquid discharge head of the present embodiment will be described in detail.

【0042】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、この気泡の上流側略半分に対面する位置に設け
られており、かつ、可動部材31とストッパ64が気泡
発生領域11の中央上方に設けられており、気泡発生前
に、液流路構造、可動部材31の配置位置、及び可動部
材31の弾性力により可動部材31がストッパ64と接
触することで、液流路10内において気泡発生領域11
が上流側と遮断されていることである。
FIG. 1A shows a state before energy such as electric energy is applied to the heating element 2, that is, a state before the heating element generates heat. The important thing here is that
The movable member 31 is provided at a position facing almost half of the upstream side of the bubble generated by the heat generated by the heating element 2, and the movable member 31 and the stopper 64 are located above the center of the bubble generation region 11. Before the bubble generation, the liquid flow path structure, the position of the movable member 31, and the elastic force of the movable member 31 cause the movable member 31 to come into contact with the stopper 64, thereby causing the bubble in the liquid flow path 10. Generation area 11
Is shut off from the upstream side.

【0043】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11の中央領域を
境に下流側及び上流側に移動する。これにより、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が上流側に向かって凸状に湾曲し、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。な
お、この可動部材31の湾曲量は、最大でも20μm程
度で微量な範囲のものである。また、この凸状の湾曲は
気泡の最大成長時前から変位する。
FIG. 1B shows a state in which a part of the liquid filling the bubble generation region 11 is heated by the heating element 2, and the bubbles 40 accompanying film boiling have grown almost to the maximum. At this time, the pressure wave based on the generation of the bubble 40 propagates in the liquid flow path 10, and accordingly, the liquid moves downstream and upstream with the center region of the bubble generation region 11 as a boundary. As a result, the movable member 31 is curved convexly toward the upstream side due to the flow of the liquid accompanying the growth of the bubbles 40 on the upstream side, and the discharge droplets 66 are being discharged from the discharge port 18 on the downstream side. The amount of bending of the movable member 31 is a very small range of about 20 μm at the maximum. In addition, the convex curvature is displaced before the maximum growth of the bubble.

【0044】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、可動部材31とストッパ64に流路
が遮断されているため、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。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。
Here, the movement of the liquid in the upstream side, that is, in the direction of the common liquid chamber 13, is blocked by the movable member 31 and the stopper 64, so that the movement of the liquid in the upstream direction is also greatly restricted there. . Accordingly, the growth of the bubble 40 on the upstream side is also restricted by the movable member 31. However, since the moving force of the liquid in the upstream direction is large, the movable member 31 receives a large stress that is pulled in the upstream direction. Further, a part of the bubble 40 whose growth is restricted by the movable member 31 passes through a slight gap between both side walls forming the liquid flow path 10 and a side portion of the movable member 31 and rises to the upper surface side of the movable member 31. are doing. This raised bubble will be referred to herein as a “raised bubble (41)”.

【0045】この状態において、可動部材31に対して
吐出口18側への液流路10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 10 toward the discharge port 18 with respect to the movable member 31 has a structure that expands from the upstream side to the downstream side.

【0046】本発明においては図13に示すように、気
泡の吐出口側の部分(発熱体2の中央領域より下流側の
部分)と吐出口18との間の破線で示した範囲は液流に
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可能な点に
おいて望ましい。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, the range indicated by the broken line between the portion on the discharge port side of the bubble (the portion downstream of the central region of the heating element 2) and the discharge port 18 is the liquid flow. In contrast, a “linear communication state” is maintained in which a straight flow path structure is maintained. This is more preferably achieved by linearly matching the direction of propagation of the pressure wave generated at the time of the generation of the bubble with the direction of flow of the liquid, and the direction of discharge, so that the discharge state of the discharge droplet 66 and the discharge speed, etc. Is desirable in that an ideal state of stabilizing at an extremely high level can be formed. 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 (downstream side) of the heating element having an influence on the discharge port side of the bubble. May be directly connected by a straight line. This is a state in which the heating element, particularly the downstream side of the heating element, can be observed from the outside of the discharge port if there is no fluid in the flow path. It is.

【0047】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とストッパ64によって液流路10
が遮断されているため、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, the upstream portion of the bubble 40 is moved by the movable member 31 and the stopper 64 to the liquid flow path 10.
, The movable member 31 has a small size in a state where the movable member 31 is curved to a convex shape on the upstream side by the inertia force of the liquid flow to the upstream side and charged until the stress is charged. As a whole, the amount of the stopper and the liquid flow path partition wall 101, the movable member 31, and the fulcrum 33 entering the upstream region is almost negligible (however, the movable member 31 and the liquid flow path partition wall are not provided). Partially raised bubbles for a space of 10 μm or less in the gap with 101 are allowed.)

【0048】本発明の場合、以上述べたように、発泡時
には可動部材31の凸状の湾曲以外の変位が行われな
い。そのため、後述するリフィルの際には、可動部材3
1が下方変位するためのエネルギーは可動部材31の復
元力が気泡の消泡力に加わり、重要である。
In the case of the present invention, as described above, no displacement other than the convex curvature of the movable member 31 is performed during foaming. For this reason, the movable member 3
Energy for the downward displacement of 1 is important because the restoring force of the movable member 31 is added to the defoaming force of bubbles.

【0049】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とともに、吐出量の変動を抑えてい
る。
This greatly restricts the liquid flow to the upstream side, and prevents fluid crosstalk to the adjacent nozzles, liquid backflow and pressure oscillation in the supply path system that inhibits high-speed refilling, which will be described later. Fluctuations in ejection volume are suppressed.

【0050】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10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とストッパ64とによって流路が遮断された状
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、湾曲により生じている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、主たるリフィルが開
始される前のある時点から、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31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18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10内の液体がトータルとして吐出口18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. 1C shows a state in which the negative pressure inside the bubble overcomes the movement of the liquid to the downstream side in the liquid flow path 10 after the above-described film boiling, and the contraction of the bubble 40 is started. .
At this time, since the force in the upstream direction of the liquid due to the bubble growth remains largely, the flow path is blocked by the movable member 31 and the stopper 64 for a certain period after the start of the contraction of the bubble 40, and the bubble 40 Most of the contraction causes a liquid moving force in the upstream direction from the discharge port 18. In the state of FIG.
Since 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, in FIG. 1C, the movable member itself draws back the liquid flow from the side that releases the stress caused by the bending, that is, from the upstream side. A force that tends to be concave toward the upstream direction is generated. For this reason, from a certain point in time before the main refilling is started, the retraction force of the movable member 31 from the upstream direction overcomes the above-described moving force of the liquid in the upstream direction, and slightly from the upstream side to the discharge port 18 side. , And the movable member 31 also starts to bend into a concave shape in the upstream direction. That is, an unbalanced state between the upstream side and the downstream side of the bubble 40 occurs, in which the liquid in the liquid flow path 10 temporarily temporarily flows as a whole toward the discharge port 18.

【0051】その直後のタイミングでは、液流路10内
全体としては、いまだ可動部材31とストッパ64とに
よって液流路10が遮断されており、液流路10の気泡
発生領域11を有する部分が、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。ま
た、上記のように、可動部材31とストッパ64とで液
流路10の上流と下流とを分断した状態で可動部材31
が凹形状に湾曲する工程を有することにより、主たるリ
フィルが開始される前に、リフィル方向への液体の初期
移動が可能となる。これにより、リフィルが安定かつ早
急に実行されることになるので、次の吐出滴の形成に対
して十分な貢献ができる。
At the timing immediately after that, the liquid flow path 10 is still blocked by the movable member 31 and the stopper 64 as a whole in the liquid flow path 10, and the portion of the liquid flow path 10 having the bubble generation region 11 Since the space is substantially closed except for the discharge port 18, the contraction energy of the bubble 40 acts strongly as a force for moving the liquid near the discharge port 18 in the upstream direction as an overall balance. Accordingly, the meniscus M is largely drawn into the liquid flow path 10 from the discharge port 18 at this time, and the liquid column connected to the discharge liquid droplet 66 is quickly separated with a strong force. As a result, FIG.
As shown in (d), the number of droplets, that is, satellites (sub-droplets) 67 left outside the discharge port 18 is reduced. Further, as described above, the movable member 31 and the stopper 64 separate the upstream and downstream of the liquid flow path 10 from the movable member 31.
Has a step of bending into a concave shape, thereby enabling an initial movement of the liquid in the refill direction before the main refill is started. As a result, refilling is performed stably and promptly, so that a sufficient contribution can be made to the formation of the next ejection droplet.

【0052】図1(d)では、消泡工程がほぼ終了し、
吐出滴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6
4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1
8と発熱体2との間で流速がほとんどゼロの領域を形成
することができるのでメニスカスM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
し画像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。
In FIG. 1D, the defoaming step is almost completed,
This shows a state in which the ejection droplet 66 and the meniscus M are separated. In the low flow path resistance region 65, the downward displacement of the movable member 31 and the accompanying displacement in the low flow path resistance region 65 are caused by the repulsive force of the movable member 31 and the contraction force of the bubbles 40 against the moving force of the liquid in the upstream direction. The flow in the downstream direction is started, and the contact state between the movable member 31 and the stopper 64 starts to be released. Along with this, the flow in the downstream direction in the low flow resistance region 65 has a small flow resistance, so that it quickly becomes a large flow and the stopper 6
The liquid flows into the liquid flow path 10 through four parts. As a result, the flow of rapidly pulling the meniscus M into the liquid flow path 10 suddenly drops, so that the meniscus M remains outside from the discharge port 18 or is convex in the direction of the discharge port 18. Starts returning to the position before foaming at a relatively low speed while taking in as little as possible. In particular, when the meniscus M return flow and refill from the upstream merge, the discharge port 1
Since a region where the flow velocity is almost zero can be formed between the heating element 8 and the heating element 2, the convergence of the meniscus M is good. 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, deteriorating the image quality, or adheres near the orifice and adversely affects the ejection direction. And that which causes ejection failure can be drastically reduced.

【0053】また、メニスカスM自身も大きく液流路1
0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。このため、メニスカスMのオーバーシュート、すな
わち吐出口18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18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。
The meniscus M itself is also large,
Since the recovery is started before being drawn into 0, the recovery is achieved in a short time even if the liquid moving speed itself is not so high. For this reason, the overshoot of the meniscus M, that is, the amount of protrusion toward the outside of the discharge port 18 without stopping at the discharge port 18 is reduced, and the damping vibration having the discharge port 18 generated following the overshoot as a convergence point is achieved. The phenomenon can be completed in a very short time. Since the damped vibration phenomenon also has an adverse effect on print quality, the present invention enables stable high-speed printing.

【0054】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への液体の流れ込み
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。
The movable member 31 and the stopper 6
As shown in FIG. 1D, the flow of the liquid into the liquid flow path 10 through the portion between the portions 4 is to increase the flow velocity on the wall surface on the top plate 50 side. Residue is extremely small, which contributes to ejection stability.

【0055】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66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66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 of the satellites 67 immediately following the ejected droplet 66 are very close to the ejected droplet 66 due to the rapid meniscus retraction in FIG. A phenomenon of receiving a force attracted to the ejection droplet 66 by the vortex of air generated behind, that is, a so-called slip stream phenomenon occurs.

【0056】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 a conventional liquid discharge head, a droplet does not form a sphere at the moment when the liquid is discharged from the discharge port, but is discharged in a state close to a liquid column having a spherical portion at the tip. It is known that when the tail portion is pulled by both the main droplet and the meniscus and is separated from the meniscus, satellite dots are formed from the tail portion and fly to the recording medium together with the main droplet. . Since the satellite dot flies later than the main droplet, the ejection speed is low by the amount of being pulled by the meniscus, and the landing position is shifted 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 greater than that of the conventional liquid ejection head, the force for pulling the tail portion after the main droplet has been ejected is strong, and the force for separating the meniscus from the tail portion is increased. Timing is also faster. Therefore, the satellite dots formed from the trailing portion are small, and the distance between the main droplet and the satellite dots is short. Further, since the tail portion is not continuously pulled by the meniscus, the ejection speed does not decrease, and the satellite 67 is drawn behind the ejection droplet 66 by a so-called slip stream phenomenon.

【0057】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10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. 1E shows a state in which the state of FIG. 1D is further advanced. The satellite 67 further discharges droplets 66
At the same time, and the attraction force due to the slip stream phenomenon also increases. On the other hand, the discharge port 18 from the upstream side
The liquid is moved downward from the initial position by the completion of the defoaming process of the bubble 40 and the displacement overshoot of the movable member 31, thereby drawing the liquid from the upstream side and discharging the liquid from the discharge port 18.
This causes the liquid to be pushed in the direction. In addition, the liquid flow in the direction of the discharge port 18 increases due to the enlargement of the cross-sectional area of the liquid flow path 10 in which the stopper 64 exists, and the return of the meniscus M to the discharge port 18 is accelerated. As a result, the refill characteristics in this embodiment are dramatically improved.

【0058】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。その結果、キャビテーションによる衝
撃波がメニスカスMに到達することによってメニスカス
Mから発生するマイクロドットと呼ばれる微小液滴はほ
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。
In addition, when cavitation occurs at the time of the disappearance of bubbles, the bubble disappearance 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 Absorbed much. As a result, microdroplets called microdots generated from the meniscus M when the shock wave due to cavitation reaches the meniscus M almost disappear, so that the microdots are attached to the printed matter to lower the image quality, or the vicinity of the discharge port 18 is reduced. The phenomenon that the ink adheres to the ink and makes the ejection unstable is drastically reduced.

【0059】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、発熱体2に対するダメージが少なくなる。また、可
動部材31と発熱体2との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発
熱体2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, the point at which cavitation occurs due to defoaming is also shifted to the fulcrum 33 side by the movable member 31, so that damage to the heating element 2 is reduced. Further, forced movement of the thickened ink between the movable member 31 and the heating element 2 is caused, and the ink is removed from the closed area, thereby improving the ejection durability. At the same time, due to the same phenomenon, sticking of burns to the heating element 2 in this region is reduced, so that ejection stability is improved.

【0060】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67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
記録媒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. 1F shows a state in which the state of FIG. 1E is further advanced, and the satellite 67 is taken into the discharged droplet 66. The union of the ejection droplet 66 and the satellite 67 is not necessarily a phenomenon that occurs every ejection in other embodiments,
It may or may not occur depending on conditions. However, by reducing or eliminating the amount of the satellite 67 at least, the landing position of the main droplet and the satellite dot hardly shifts on the recording medium, and the influence on the print quality is extremely reduced. That is, the sharpness of the image can be increased and the print quality can be improved, and at the same time, it is possible to reduce adverse effects such as mist that stains the print medium and the inside of the recording apparatus.

【0061】一方、可動部材31はその弾性力により再
びストッパ64の方向への変位を生じる。つまり、可動
部材31は液流路10内に生じていた種々の力に打ち勝
って元の位置への復帰を開始する。そして最終的には、
図1(g)に示すように、可動部材31は、自由端31
がストッパ64に接触した初期位置で停止する。この
際、メニスカスMはすでに吐出口18近傍で復帰してい
るが、可動部材31が初期位置に戻り液流路10を遮断
した後も、可動部材31の側端と液流路仕切壁101と
の間の隙間を液がわずかに通過でき、メニスカスMが完
全に復帰していない場合はリフィルを助ける。
On the other hand, the movable member 31 is again displaced in the direction of the stopper 64 by its elastic force. That is, the movable member 31 starts returning to the original position by overcoming various forces generated in the liquid flow path 10. And ultimately,
As shown in FIG. 1 (g), the movable member 31 has a free end 31.
Stops at the initial position where it contacts the stopper 64. At this time, the meniscus M has already returned in the vicinity of the discharge port 18. However, even after the movable member 31 returns to the initial position and shuts off the liquid flow path 10, the side end of the movable member 31 and the liquid flow path partition wall 101 remain in contact with each other. When the meniscus M has not completely returned, the liquid can slightly pass through the gap between them, and assists refilling.

【0062】可動部材31の初期位置への復帰によって
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18の近傍ですみ
やかに収束する。ここで液流路10を遮断状態にしてい
るため、メニスカスM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。
When the movable member 31 returns to the initial position, the flow of the liquid from the common liquid chamber 13 to the discharge port 18 is controlled, and the movement of the meniscus M quickly converges near the discharge port 18. Here, since the liquid flow path 10 is in the cutoff state, the overshoot phenomenon of the meniscus M and the like can be prevented.
Factors which make the ejection state unstable and lower the print quality can be greatly reduced.

【0063】以上述べた可動部材31の一連の動作にお
いて、気泡40が成長する段階で、可動部材31が凸状
に湾曲することで、発熱体2の発熱特性のばらつきや周
囲の温度変化等により発泡状態がばらついても、この発
泡状態のばらつきは可動部材31の湾曲により吸収され
る。従って、発泡状態のばらつきに起因する吐出量のば
らつきを抑制することができる。
In the series of operations of the movable member 31 described above, when the bubble 40 grows, the movable member 31 bends in a convex shape, so that the heat generation characteristics of the heating element 2 vary and the surrounding temperature changes. Even if the foaming state varies, this variation in the foaming state is absorbed by the curvature of the movable member 31. Therefore, it is possible to suppress the variation in the ejection amount due to the variation in the foaming state.

【0064】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 the present embodiment will be described.

【0065】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(隙
間)が存在し、可動部材31の凸形状湾曲および液体の
通過を可能にしている。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を凸形状に
湾曲させるとともに、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と対向する面と反対側の面)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. 2 is a perspective view of a part of the head shown in FIG. 1B, and shows basically the same state as that of FIG. is there. In the present embodiment, there is a slight clearance (gap) between both side walls of the wall constituting the liquid flow path 10 and both side portions of the movable member 31 to enable the convex member of the movable member 31 and the passage of liquid. ing. Further, in the growth step of foaming by the heating element 2, the air bubbles 40 curve the movable member 31 into a convex shape and protrude to the upper surface side of the movable member 31 via the clearance to slightly enter the low flow path resistance region 65. . The intruded raised bubbles 41 wrap around the back surface of the movable member 31 (the surface opposite to the surface facing the bubble generation region 11), thereby suppressing blurring of the movable member 31 and stabilizing the ejection characteristics.

【0066】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 step of the bubbles 40, the raised bubbles 41 are moved from the low flow resistance region 65 to the bubble generation region 11.
In combination with the above-described high-speed meniscus pull-in from the discharge port 18 side, the defoaming is completed promptly. In particular, bubbles are hardly stored in the movable member 31 and the corners of the liquid flow path 10 due to the liquid flow caused by the raised bubbles 41.

【0067】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、気泡の成長工程においては可動部材が
ストッパと接触して液流路を遮断しており、液流路の気
泡発生領域を含む部位が、吐出口を除いて実質的に閉じ
た空間となっている。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ストッパ(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、吐出量が安定するので印字品位を向上させることが
できる。
As described above, in the liquid discharge head having the above structure, at the moment when the liquid is discharged from the discharge port due to the generation of bubbles, the discharged droplet is discharged in a state close to a liquid column having a spherical portion at the tip. Although this is the same in the conventional head structure, in the present invention, in the bubble growth step, the movable member comes into contact with the stopper to block the liquid flow path, and the liquid flow path includes the bubble generation region. However, the space is substantially closed except for the discharge port. Therefore, if the bubbles are eliminated in this state, the movable member is stopped by the defoaming (regulator).
Until further away, the above-described closed space is maintained, so that most of the defoaming energy of the bubbles acts as a force for moving the liquid near the discharge port in the upstream direction. As a result, immediately after the start of bubble defoaming, the meniscus is rapidly drawn into the liquid flow path from the discharge port, and the tail portion connected to the discharged liquid droplet outside the discharge port to form a liquid column is a meniscus. It is quickly separated by stronger force. As a result, satellite dots formed from the trailing portion become smaller, and the ejection amount is stabilized, so that print quality can be improved.

【0068】さらに、尾引き部分がいつまでもメニスカ
スM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。
Further, since the tailing portion is not continuously pulled by the meniscus M, the ejection speed does not decrease, and the distance between the ejection droplet and the satellite dot is shortened. Attracts satellite dots. as a result,
Merging of the ejected droplets and satellite dots can occur, and it is possible to provide a liquid ejecting head having almost no satellite dots.

【0069】さらに本発明は、上述したヘッドにおい
て、可動部材が、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、可動部材の自
由端が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。
Further, the present invention is characterized in that, in the above-described head, 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 discharge port. More preferably, the free end of the movable member is located substantially at the center of the bubble generation region. According to this configuration, it is possible to suppress the back wave to the upstream side due to bubble growth and the inertial force of the liquid, which are not directly related to the ejection of the liquid, and to directly direct the growth component to the downstream side of the bubble toward the ejection port. It is possible.

【0070】さらに本発明は、上述したヘッドにおい
て、規制部を境界として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、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および消泡時の負圧が
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
動部材の反発力と消泡時の負圧が勝ると、可動部材が凹
状に湾曲しながら下方変位し、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。
Further, the present invention is characterized in that, in the above-described head, the flow path resistance of the liquid flow path on the opposite side of the discharge port with respect to the regulating portion is low. According to this configuration, since the movement of the liquid in the upstream direction due to the growth of the bubbles becomes a large flow by the liquid flow path having the low flow path resistance, the movable member receives the stress in the form pulled in the upstream direction. Become.
As a result, even if defoaming is started in this state, since the liquid moving force in the upstream direction due to the growth of bubbles remains largely, the repulsive force of the movable member and the negative pressure at the time of defoaming are superior to this liquid moving force. The above-mentioned closed space can be maintained for a certain period of time. That is, with this configuration, the high-speed meniscus retraction is more reliable. In addition, the bubble defoaming step proceeds, and when the repulsive force of the movable member and the negative pressure at the time of defoaming exceed the liquid moving force in the upstream direction due to bubble growth, the movable member is displaced downward while concavely curved, Accordingly, a flow in the downstream direction occurs even in the low flow path resistance region. Since the flow in the downstream direction in the low flow resistance region has a low flow resistance, the flow quickly becomes a large flow and flows into the liquid flow passage via the regulating portion. As a result, due to the liquid movement in the downstream direction toward the discharge port, the above-described meniscus retraction can be suddenly braked, and the vibration of the meniscus can be quickly converged.

【0071】以上述べたように、本発明の液体吐出ヘッ
ドにおいては、気泡40が発生していない初期状態で既
に可動部材31をストッパ64に接触させることによっ
て、消泡段階における上流からの液体の流れを制限し、
メニスカスMの液流路10への急速な引き込みを達成し
ている。
As described above, in the liquid discharge head of the present invention, the movable member 31 is brought into contact with the stopper 64 in the initial state where the bubbles 40 are not generated, so that the liquid from the upstream in the defoaming stage is discharged. Restrict the flow,
The rapid pull-in of the meniscus M into the liquid flow path 10 is achieved.

【0072】消泡段階における上流からの液体の流れを
効果的に制限するには、消泡段階の初期で液流路10内
に生じる上流から下流へ向かう力では可動部材31が下
方へ変位しないことが望ましい。つまり、可動部材31
は、消泡段階が始まって直ちに変位せず、時間差をおい
て変位を開始するのが望ましい。そのために本実施形態
では、可動部材31を弾性変形させた状態でストッパ6
4に接触させ、可動部材31をある程度の力でストッパ
64に押圧している構造としている。
In order to effectively restrict the flow of liquid from upstream in the defoaming stage, the movable member 31 is not displaced downward by a force generated in the liquid flow path 10 from upstream to downstream at the beginning of the defoaming stage. It is desirable. That is, the movable member 31
It is preferable that the displacement does not start immediately after the defoaming stage starts, but starts after a time lag. Therefore, in the present embodiment, the movable member 31 is elastically deformed and the stopper 6
4 and the movable member 31 is pressed against the stopper 64 with a certain force.

【0073】すなわち、図3(a)に示す、素子基板1
と天板50との接合前の状態での素子基板1の表面から
可動部材31の先端までの高さHが、図3(b)に示
す、素子基板1と天板50との接合後の、素子基板1の
表面からストッパ64までの高さhよりも大きくなるよ
うに、可動部材31の自由端部側が持ち上がるように素
子基板1の表面に対して傾斜させて可動部材31を形成
する。
That is, the element substrate 1 shown in FIG.
The height H from the surface of the element substrate 1 to the tip of the movable member 31 in a state before the bonding between the element substrate 1 and the top plate 50 before the bonding between the element substrate 1 and the top plate 50 shown in FIG. The movable member 31 is formed to be inclined with respect to the surface of the element substrate 1 such that the free end side of the movable member 31 is lifted so as to be larger than the height h from the surface of the element substrate 1 to the stopper 64.

【0074】このように素子基板1に可動部材31を形
成して素子基板1と天板50とを接合することで、可動
部材31は、その先端部が天板50のストッパ64に押
圧され弾性変位してストッパ64に接触している。従っ
て、上流から下流への液体の大きな流れによる力が可動
部材31に作用しない限りは可動部材31はストッパ6
4に接触し、液流路10を、気泡発生領域11を含む下
流側と含まない上流側とを確実に遮断することができ
る。また、可動部材31は、ストッパ64に押圧されて
位置が決定されるので、ストッパ64の高さを変えるこ
とにより、可動部材31の先端位置を任意に設定するこ
とができる。
As described above, the movable member 31 is formed on the element substrate 1 and the element substrate 1 and the top plate 50 are joined to each other. It is displaced and is in contact with the stopper 64. Therefore, as long as the force due to the large flow of the liquid from upstream to downstream does not act on the movable member 31, the movable member 31
4, the liquid flow path 10 can be reliably shut off between the downstream side including the bubble generation region 11 and the upstream side not including the bubble generation region 11. In addition, since the position of the movable member 31 is determined by being pressed by the stopper 64, the tip position of the movable member 31 can be arbitrarily set by changing the height of the stopper 64.

【0075】さらに、消泡の際の可動部材31の下方へ
の変位は、可動部材31の更なる弾性変位によってなさ
れるので、可動部材31が最も下方へ変位したときに生
じる可動部材31の内部応力を大きくすることができ
る。その結果、可動部材31が最も下方に変位した状態
での復元力を大きくすることができ、液体のリフィル後
の可動部材31の動作、すなわち最下方位置から初期位
置までの復帰動作を高速で行うことができる。
Further, the downward displacement of the movable member 31 at the time of defoaming is performed by further elastic displacement of the movable member 31, so that the inside of the movable member 31 generated when the movable member 31 is displaced to the lowest position. Stress can be increased. As a result, the restoring force in the state where the movable member 31 is displaced downward can be increased, and the operation of the movable member 31 after refilling the liquid, that is, the return operation from the lowest position to the initial position is performed at high speed. be able to.

【0076】なお、可動部材31の復帰動作を高速に行
うという観点からは、素子基板1と天板50との接合前
後での素子基板1の表面から可動部材31の先端までの
高さの比H/hは大きい方が好ましい。しかし、H/h
が大きすぎると、可動部材31の下方への変位が生じに
くくなるので、H/hは、消泡の際に可動部材31に作
用する力や可動部材31の弾性率等を考慮して設計する
のが好ましい。
From the viewpoint of performing the returning operation of the movable member 31 at a high speed, the ratio of the height from the surface of the element substrate 1 to the tip of the movable member 31 before and after joining the element substrate 1 and the top plate 50 is determined. H / h is preferably large. However, H / h
Is too large, it is difficult for the movable member 31 to be displaced downward. Therefore, H / h is designed in consideration of the force acting on the movable member 31 at the time of defoaming, the elastic modulus of the movable member 31, and the like. Is preferred.

【0077】(第2の実施形態)図4は、本発明の第2
の実施形態を示す模式図である。なお、図4(a)〜
(g)は図1(a)〜(g)と対応するように示されて
おり、同一の構成の説明は省略する。また、図4(h)
は、図4(a)のA−A線断面図である。
(Second Embodiment) FIG. 4 shows a second embodiment of the present invention.
It is a schematic diagram which shows embodiment. In addition, FIG.
(G) is shown corresponding to FIGS. 1 (a) to (g), and the description of the same configuration is omitted. FIG. 4 (h)
FIG. 4 is a sectional view taken along line AA of FIG.

【0078】本実施形態では、気泡発生領域11に近接
して、可動部材31に、素子基板1側に突出する凸部3
1c(以下、「下側凸部31c」と称する。)が設けら
れている点、及び天板50に、ストッパ64の下流側に
おいて液流路10の両側方で可動部材31の変位を規制
するサイドストッパ(側方規制部)63が設けられてい
る点が、第1の実施形態と異なる。
In this embodiment, in the vicinity of the bubble generation region 11, the movable member 31 has the convex portion 3 protruding toward the element substrate 1.
1c (hereinafter, referred to as “lower convex portion 31c”) and the top plate 50 restrict the displacement of the movable member 31 on both sides of the liquid flow path 10 downstream of the stopper 64. The difference from the first embodiment is that a side stopper (side regulation portion) 63 is provided.

【0079】下側凸部31cは、気泡発生領域11で発
生する気泡を後方(上流側)に成長することを抑制する
ものであり、この下側凸部31cを設けたことにより、
第1の実施形態に比べて気泡40の後方成長が少なくな
っていることが、図4(b)に示されている。そして、
この下側凸部31cは、後方への気泡40の成長を抑制
することで吐出エネルギー向上に寄与するものである。
The lower protruding portion 31c suppresses the growth of bubbles generated in the bubble generation region 11 rearward (upstream side). By providing the lower protruding portion 31c,
FIG. 4B shows that the backward growth of the bubbles 40 is smaller than in the first embodiment. And
The lower protruding portion 31c contributes to improving the ejection energy by suppressing the growth of the bubbles 40 in the rearward direction.

【0080】下側凸部31cが設けられる位置として
は、可動部材31が素子基板1側に変位する際に、図4
(e)に示すように下側凸部31cが素子基板1に当接
することがあるため、少なくとも、発熱体2の周囲の段
差部分から離れた位置であることが望ましい。具体的に
は、有効発泡領域から5μm以上離れていることが望ま
しい。また、気泡発生領域11から離れ過ぎていると、
気泡40の後方への成長を抑制する効果を十分に発揮で
きなくなるため、発熱体2の有効発泡領域から発熱体2
の長さの略半分までの距離内に設けられていることが望
ましい。すなわち、本実施形態においては45μmと
し、好ましくは30μm以内、さらに好ましくは20μ
m以内である。また、下側凸部31cの高さは、可動部
材31が素子基板1の表面と平行の状態において可動部
材31と素子基板1との間の距離とほぼ等しいかそれ以
下である。本実施形態では、上記の状態で下側凸部31
cと素子基板1との間に僅かなクリアランスを有する高
さとしている。
When the movable member 31 is displaced toward the element substrate 1 as shown in FIG.
As shown in (e), the lower protruding portion 31c may come into contact with the element substrate 1; therefore, it is preferable that the lower protruding portion 31c be located at least at a position apart from a step portion around the heating element 2. Specifically, it is desirable to be at least 5 μm away from the effective foaming area. Also, if it is too far from the bubble generation area 11,
Since the effect of suppressing the backward growth of the bubbles 40 cannot be sufficiently exhibited, the heating element 2 is moved from the effective foaming region of the heating element 2 to the heating element 2.
Is preferably provided within a distance of up to approximately half of the length of. That is, in the present embodiment, it is set to 45 μm, preferably within 30 μm, more preferably 20 μm.
m. The height of the lower convex portion 31c is substantially equal to or less than the distance between the movable member 31 and the element substrate 1 when the movable member 31 is parallel to the surface of the element substrate 1. In the present embodiment, in the above state, the lower protrusion 31
The height has a slight clearance between the element c and the element substrate 1.

【0081】この下側凸部31cによって、気泡発生領
域11で発生した気泡40は、可動部材31と素子基板
1との間で上流方向への成長が抑制され、上流方向への
液体の移動が少なくなり、結果的に、液体のリフィルを
さらに向上させることができる。
The lower convex portion 31c suppresses the growth of the bubble 40 generated in the bubble generation region 11 in the upstream direction between the movable member 31 and the element substrate 1, thereby preventing the liquid from moving in the upstream direction. As a result, the refill of the liquid can be further improved.

【0082】また、サイドストッパ63を設けることに
より、気泡発生領域11の密閉状態をさらに良好なもの
とすることができるとともに、流路側壁と可動部材31
とのクリアランスを十分にとることができ、消泡時にお
ける可動部材31の変位をよりスムーズなものとするこ
とができる。なお、本実施形態では、下側凸部31c及
びサイドストッパ63のいずれも備えた構成としたが、
これらは単独で用いられてもよく、その場合にはそれぞ
れ固有の効果を発揮する。
Further, by providing the side stopper 63, the sealed state of the bubble generation region 11 can be further improved, and the side wall of the flow path and the movable member 31 can be improved.
, And the displacement of the movable member 31 at the time of defoaming can be made smoother. In the present embodiment, the lower projection 31c and the side stopper 63 are both provided.
These may be used alone, in which case they exhibit their own effects.

【0083】(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) Hereinafter, various embodiments applicable to a head using the above-described liquid discharging method will be described.

【0084】<可動部材>図5は可動部材31の種々の
形状を示すものである。同図(a)は長方形の形状の可
動部材31を示し、同図(b)は支点側が細くなってい
る形状で可動部材31の動作が容易な形状であり、同図
(c)は支点側が広くなっており、可動部材31の剛性
が向上する形状である。
<Movable Member> FIG. 5 shows various shapes of the movable member 31. FIG. 7A shows a movable member 31 having a rectangular shape, FIG. 7B shows a shape in which the fulcrum side is thin and the movable member 31 is easy to operate, and FIG. The movable member 31 has a shape that increases in rigidity.

【0085】先の実施形態においては、可動部材31は
厚さ3μmのニッケルで構成したが、これに限られるこ
となく可動部材31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31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 above embodiment, the movable member 31 is made of nickel having a thickness of 3 μm. However, the material of the movable member 31 is not limited to this and has solvent resistance to the discharge liquid. The movable member 31 only needs to have elasticity to operate well.

【0086】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, silver, nickel, gold, iron, titanium, aluminum,
Metals such as platinum, tantalum, stainless steel, phosphor bronze, and alloys thereof, or acrylonitrile, butadiene,
Resin having a nitrile group such as styrene, resin having an amide group such as polyamide, resin having a carboxyl group such as polycarbonate, resin having an aldehyde group such as polyacetal, resin having a sulfone group such as polysulfone, and other liquid crystal polymers. Resins and their compounds,
Metals such as gold, tungsten, tantalum, nickel, stainless steel, titanium, etc., which have high ink resistance, alloys of these, and those with ink resistance coated on the surface, resins having amide groups such as polyamide, polyacetal, etc. Resin having an aldehyde group, resin having a ketone group such as polyetheretherketone, resin having an imide group such as polyimide, resin having a hydroxyl group such as a phenol resin, resin having an ethyl group such as polyethylene, and alkyl such as polypropylene. Resin with groups,
Resins having an epoxy group such as an epoxy resin, resins having an amino group such as a melamine resin, resins having a methylol group such as a xylene resin and compounds thereof, and ceramics such as silicon dioxide and silicon nitride and compounds thereof are desirable.
The movable member 31 in the present invention has a thickness on the order of μm.

【0087】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 appropriately and controlled to be used effectively.

【0088】ここで、発熱体の面積(または発泡面積)
とインク吐出量との関係について図6を参照して説明す
る。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に破線で示
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4
μm幅は、発泡に関与されていないとされている。これ
に対し、本発明の液体吐出ヘッドは可動部材と規制部と
で液流路が遮断されており最大の吐出量がこれによって
規制されるため、図6に実線で示すように、発熱体面積
や発泡体積のばらつきが大きくても吐出量が変化しない
領域があり、この領域を利用することにより吐出量安定
化が図れる。
Here, the area (or foam area) of the heating element
The relationship between and the ink ejection amount will be described with reference to FIG. By giving energy such as heat to the ink, a state change accompanied by a steep volume change (bubble generation) is caused in the ink, and the ink is ejected from the ejection port by an action force based on this state change, and this is recorded. In the related art of an ink jet recording method of forming an image by adhering onto a medium, that is, a so-called bubble jet recording method, as shown by a broken line in FIG. It is found that there is a non-foaming effective area S which does not contribute to the above. In addition, from the appearance of the kogation on the heating element, it can be seen that the non-foaming effective area S exists around the heating element. From these results, about 4
The μm width is not considered to be involved in foaming. On the other hand, in the liquid discharge head of the present invention, since the liquid flow path is blocked by the movable member and the restricting portion, and the maximum discharge amount is regulated thereby, as shown by the solid line in FIG. There is a region where the discharge amount does not change even if the variation in the foaming volume is large. By using this region, the discharge amount can be stabilized.

【0089】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 form the above-mentioned substantially closed space well, it is preferable that the distance between the movable member and the heating element in the standby state is 10 μm or less.

【0090】<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 configuration of the element substrate will be described.

【0091】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7(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。
FIG. 7 is a longitudinal sectional view of the liquid discharge head of the present invention. FIG. 7A shows a head having a protective film described later, and FIG. 7B shows a head without the protective film.

【0092】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。
A top plate 50 provided with a liquid flow path 10, a discharge port 18 communicating with the liquid flow path 10, a low flow path resistance region 65, and a groove forming the common liquid chamber 13 is provided on the element substrate 1. .

【0093】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。
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 thereon, and hafnium boride (HfB 2 ), tantalum nitride (TaN), tantalum aluminum ( An electric resistance layer 105 (having a thickness of 0.01 to 0.2 μm) such as TaAl) and a wiring electrode 104 (having a thickness of 0.2 to 1.0 μm) such as aluminum are patterned as shown in FIG. 7A. A voltage is applied from the wiring electrode 104 to the resistance layer 105, and a current flows through the resistance layer to generate heat. On the resistance layer between the wiring electrodes, a protective layer 103 of silicon oxide, silicon nitride,
It is formed to a thickness of 2.0 μm, and further has a cavitation-resistant layer 102 of tantalum or the like (0.1 to 0.6 μm thick)
Is formed on the resistive layer 1 from various liquids such as ink.
05 is protected.

【0094】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 during the generation and defoaming of air bubbles are very strong, and the durability of a hard and brittle oxide film is significantly reduced.
Are used as the anti-cavitation layer 102.

【0095】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。
In addition, a configuration in which the protective layer 103 is not required for the above-described resistance layer 105 may be employed depending on the combination of the liquid, the liquid flow path configuration, and the resistance material. An example is shown in FIG.
Examples of the material of the resistance layer 105 that does not require the protective layer 103 include an iridium-tantalum-aluminum alloy.

【0096】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, the configuration of the above-mentioned heating element may be only the above-described resistance layer (heating section) between the electrodes.
Further, it may include a protective layer for protecting the resistance layer.

【0097】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。
Here, a heating element having a heating portion composed of a resistance layer that generates heat in accordance with an electric signal is used as the heating element. However, the present invention is not limited to this. What is necessary is just to generate | occur | produce in a foaming liquid.
For example, a light-to-heat converter that generates heat by receiving light from a laser or the like, or a heat generator that has a heat generating unit that generates heat by receiving a high frequency may be used as the heat generating unit.

【0098】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。
The above-mentioned element substrate 1 has, in addition to the above-mentioned electrothermal transducer composed of the resistance layer 105 constituting the above-mentioned heat generating portion and the wiring electrode 104 for supplying an electric signal to this 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 by a semiconductor manufacturing process.

【0099】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。
Further, in order to drive the heat generating portion of the electrothermal transducer provided on the element substrate 1 and discharge the liquid, the above-described resistance layer 105 is connected to the above-described resistance layer 105 through the wiring electrode 104 as shown in FIG. A rectangular pulse as shown by is applied to cause the resistance layer 105 between the wiring electrodes to generate heat sharply. 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.
The heating element was driven by the addition described above, and the liquid ink was ejected from the ejection port by the operation described above. However, the condition of the drive signal is not limited to this, and any drive signal can be used as long as it can appropriately foam the foaming liquid.

【0100】<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。
<Discharged Liquid> Among such liquids, as a liquid (recording liquid) used for recording, an ink having a composition used in a conventional bubble jet apparatus can be used.

【0101】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。
Also, liquids having low foaming properties, which have been difficult to discharge in the past, liquids which are easily deteriorated or deteriorated by heat, and high viscosity liquids can be used.

【0102】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, the properties of the discharged liquid are as follows:
It is desired that the liquid is not a liquid that hinders ejection, foaming, operation of the movable member, and the like.

【0103】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。
As the ejection liquid for recording, a high-viscosity ink or the like can also be used.

【0104】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 was increased due to the improvement of the discharge force, the liquid was discharged. Drop landing accuracy is improved, and a very good recorded image can be obtained.

【0105】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%Composition of Dye Ink (Viscosity 2 cP) (C-1. Food Black 2) Dye 3 wt% Diethylene glycol 10 wt% Thiodiglycol 5 wt% Ethanol 5 wt% Water 77 wt%

【0106】<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。
<Liquid Discharge Head Structure> FIG. 9 is an exploded perspective view showing the entire configuration of the liquid discharge head of the present invention.

【0107】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。
なお、図9からも分かるように、可動部材31は、その
先端部が持ち上がって斜めに形成されている。
An element substrate 1 provided with a plurality of heating elements 2 on a support 70 made of aluminum or the like is arranged. A support member 34 supporting the movable member 31 is provided on the heating member 2 so as to face a half of each heating element 2 on the common liquid chamber 13 side. Further, a top plate 50 provided with a plurality of grooves constituting the liquid flow path 10 and a concave groove of the common liquid chamber 13 is provided thereon.
As can be seen from FIG. 9, the movable member 31 is formed obliquely with its tip end lifted.

【0108】<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。
<Side shooter type> Here, FIG.
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. 10 is a view for explaining this side shooter type head.

【0109】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3
1は発熱体の中心を通る面(中心面)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31は発熱体
2の中心を通る面(中心面)で分割したと仮定した際、
それぞれの分割された発熱体2の中心付近に可動部材3
1の自由端が位置するように設けられている。
In FIG. 10, the heating element 2 on the element substrate 1
The discharge port 18 formed on the top plate 50 is disposed so as to face the discharge port 18. The discharge port 18 communicates with the liquid flow path 10 passing over the heating element 2. A bubble generation region exists in a region near the surface where the heating element 2 contacts the liquid. And the element substrate 1
On top of which two movable members 31 are supported, each movable member 3
1 is formed so as to be plane-symmetric with respect to a plane passing through the center of the heating element (center plane), and the free ends of the respective movable members 31 are positioned so as to face each other on the heating element 2. Also,
Each movable member 31 has the same projected area on the heating element 2, and the free ends of each movable member 31 are separated by a desired size. Here, assuming that each movable member 31 is divided by a plane (center plane) passing through the center of the heating element 2,
A movable member 3 is provided near the center of each divided heating element 2.
It is provided so that one free end is located.

【0110】天板50には各可動部材31とによって流
路を遮断するストッパ64が設けられており、各可動部
材31の先端部は、気泡40が発生していない初期状態
においてストッパ64と接触している。共通液室13か
ら吐出口18への液体の流れにおいて、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 blocking the flow path with each movable member 31. The tip of each movable member 31 is in contact with the stopper 64 in the initial state where no bubbles 40 are generated. are doing. In the flow of the liquid from the common liquid chamber 13 to the discharge port 18, a low flow resistance region 65 having a lower flow resistance than the liquid flow path 10 is provided upstream of the stopper 64. I have. The flow path structure in this region 65 has a larger flow path cross-sectional area than the liquid flow path 10, so that the resistance received from the flow path to the movement of the liquid is reduced.

【0111】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 the present embodiment will be described.
The effect will be described.

【0112】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。可動部材
31は気泡40が発生する前に既にストッパ64に接触
しているので、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方向に移動する
とともに、気泡40の成長により各可動部材31が共通
液室13側に凸状に湾曲し、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は各々凸状に湾曲し、
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4
0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. 10A shows a state in which a part of the liquid filling the bubble generation region 11 is heated by the heating element 2 and the bubbles 40 accompanying film boiling have grown to the maximum. Since the movable member 31 is already in contact with the stopper 64 before the bubble 40 is generated, the liquid in the liquid flow path 10 moves toward the discharge port 18 by the pressure based on the generation of the bubble 40, Due to the growth of 40, each movable member 31 is curved convexly toward the common liquid chamber 13 side,
Is about to jump out. Here, the movement of the liquid in the direction of the common liquid chamber 13 becomes a large flow due to each low flow path resistance region 65, but the two movable members 31 are each curved in a convex shape,
Since further displacement is regulated, the movement of the liquid in the direction of the common liquid chamber 13 is also greatly restricted there. Bubbles 4 at the same time
The growth to the upstream side of 0 is also restricted by the movable member 31. However, since the moving force of the liquid in the upstream direction is large, a part of the bubble 40 whose growth is restricted by each movable member 31 causes a gap between the side wall forming the liquid flow path 10 and the side of the movable member 31. As a result, the upper surface of the movable member 31 protrudes. That is, the raised bubble 41 is formed.

【0113】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, at this point, a large force in the upstream direction of the liquid remains, so that each movable member 31 is in contact with the stopper 64 and the bubble 40 Most of the contraction causes the liquid to move from the discharge port 18 in the upstream direction. Therefore, the meniscus is largely drawn into the liquid flow path 10 from the discharge port 18 at this time, and quickly separates the liquid column connected to the discharge droplet 66 with a strong force. As a result, the number of droplets left outside the discharge port 18, that is, satellites, is reduced.

【0114】消泡工程が進むにつれて、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31
の反発力(復元力)と消泡時の負圧が勝り、可動部材3
1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。
As the defoaming step progresses, the movable member 31 in each low flow path resistance region 65 reacts to the moving force of the liquid in the upstream direction.
Repulsive force (restoring force) and negative pressure at the time of defoaming prevail, moving member 3
The downward displacement of 1 and the accompanying downstream flow in the low flow resistance region 65 are started. At the same time, since the flow in the downstream direction in the low flow resistance region 65 has a low flow resistance, the flow rapidly becomes a large flow and flows into the liquid flow passage 10 through the stopper 64. FIG. 10B shows the liquid flow in the bubble erasing step of the bubble 40 by AB. The liquid flow A indicates a component in which the liquid from the common liquid chamber 13 flows toward the discharge port 18 through the upper surface (the surface opposite to the heating element) of the movable member 31, and the liquid flow B indicates both components of the movable member 31 and the heating element. 2 shows the components flowing over the top.

【0115】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 the present embodiment, the refilling property is increased 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 further reduces the flow path resistance, high-speed refilling is possible.

【0116】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 step of the bubbles 40, the raised bubbles 41 are moved from the low flow resistance regions 65 to the bubble generation regions 1.
1 is accelerated, and the defoaming is quickly completed in combination with the above-described high-speed meniscus pulling in from the discharge port 18 side. In particular, bubbles are hardly stored in the movable member 31 and the corners of the liquid flow path 10 due to the liquid flow caused by the raised bubbles 41.

【0117】さらに本発明は、気泡が成長する段階にお
いて、可動部材が凸状に湾曲することで、発熱体表面状
態による発泡状態の違いからくる吐出量変化や温度によ
る吐出量変化を抑制することが可能である。
Further, the present invention suppresses a change in the discharge amount due to the difference in the foaming state due to the surface state of the heating element and a change in the discharge amount due to the temperature by forming the movable member into a convex shape at the stage of the bubble growth. Is possible.

【0118】ここでは、可動部材31が単純な板形状で
あるものを例に挙げて説明したが、サイドシュータータ
イプの液体吐出ヘッドにおいても、第2の実施形態で説
明したような、気泡40の上流方向への成長を規制する
凸部を、素子基板1側へ突出させて可動部材31に設け
ても良い。
Although the movable member 31 has a simple plate shape as an example, the side shooter type liquid ejection head can also be used for the bubble 40 as described in the second embodiment. A protrusion that regulates the growth in the upstream direction may be provided on the movable member 31 so as to protrude toward the element substrate 1.

【0119】<液体吐出装置>図11は、図1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1
50の幅方向に往復移動する。
<Liquid Discharge Apparatus> FIGS.
1 shows a schematic configuration of a liquid ejection apparatus equipped with a liquid ejection head having the structure described in FIG. In the present embodiment, an explanation will be given using an ink discharge recording apparatus using ink as the discharge liquid. The carriage HC of the liquid discharge device includes a liquid tank unit 90 for storing ink and a liquid discharge head unit 200.
And a recording medium 1 such as a recording paper conveyed by a recording medium conveying means.
It reciprocates in the width direction of 50.

【0120】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 discharge means on the carriage, the recording liquid is discharged from the liquid discharge head to the recording medium in accordance with this signal.

【0121】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 discharge apparatus of the present embodiment, the motor 111 as a drive source for driving the recording medium transport means and the carriage, the gears 112 and 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 ejection method performed by this recording apparatus, a recorded matter of a good image could be obtained by ejecting liquid to various recording media.

【0122】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。
FIG. 12 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.

【0123】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 printing apparatus receives print information from the host computer 300 as a control signal. The print information is temporarily stored in an input interface 301 inside the printing apparatus, and at the same time, is converted into data that can be processed in the printing apparatus, and is input to the CPU 302 also serving as a head drive signal supply unit. The CPU 302 processes 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).

【0124】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。
The CPU 302 generates drive data for driving a drive motor for moving the recording paper and the recording head in synchronization with the image data in order to record the image data at an appropriate position on the recording paper. . The image data and the motor drive data are respectively stored in the head driver 307
Is transmitted to the head 200 and the drive motor 306 via the motor driver 305, and is driven at controlled timing to form an image.

【0125】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 which can be applied to the above-described recording apparatus and to which a liquid such as ink is applied includes plastics, cloth, aluminum, etc. used for various papers, OHP sheets, compact discs and decorative plates, and the like. Metal materials such as copper and copper, leather materials such as cow skin, pig skin and artificial leather, wood such as wood and plywood, ceramic materials such as bamboo materials and tiles, and three-dimensional structures such as sponges can be targeted.

【0126】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 types of paper and OHP sheets, a recording device for plastic for recording on plastic materials such as compact disks, and a metal recording device 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 materials, recording device for recording on three-dimensional net structures such as sponges And a textile printing apparatus for recording on a fabric.

【0127】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。
As the discharge liquid used in these liquid discharge devices, a liquid suitable for each recording medium and recording conditions may be used.

【0128】[0128]

【発明の効果】以上説明したように、気泡が成長する過
程で可動部材が液流路を上流と下流とに実質的に分断し
た状態で凸状に湾曲するものでは、この可動部材の湾曲
によって、発泡状態のばらつきに起因する吐出量のばら
つきを抑制することができる。特にこの場合、気泡の収
縮段階で、凸状に湾曲した部分が可動部材自身の弾性力
で凹状に湾曲することで、液流路への液体のリフィルを
安定かつ早急に行うことができる。
As described above, in the case where the movable member is convexly curved in a state where the liquid flow path is substantially divided into the upstream and the downstream in the process of growing the bubble, the curvature of the movable member causes In addition, it is possible to suppress variations in the discharge amount due to variations in the foaming state. In particular, in this case, the convexly curved portion is concavely curved by the elastic force of the movable member itself during the bubble contraction step, so that the liquid can be stably and quickly refilled into the liquid flow path.

【0129】また、可動部材の弾性力によって可動部材
が規制部と接触し液流路を上流と下流とに分断するもの
では、可動部材は消泡段階が始まってから時間をおいて
変位を開始するので、メニスカスを吐出口内に急速に引
き込むことができ、これによりサテライトドットが防止
され吐出量がを安定させることができる。
In the case where the movable member comes into contact with the regulating portion by the elastic force of the movable member to divide the liquid flow path into upstream and downstream, the movable member starts displacing after a lapse of time from the defoaming stage. As a result, the meniscus can be rapidly drawn into the discharge port, thereby preventing satellite dots and stabilizing the discharge amount.

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

【図1】本発明の液体吐出ヘッドの第1の実施形態を液
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 a liquid discharge head according to a first embodiment of the present invention cut in a liquid flow direction, and characteristic phenomena in a liquid flow path are described in steps (a) to (g). It is shown separately.

【図2】図1(b)に示した一部のヘッドの透視斜視図
である。
FIG. 2 is a perspective view of a part of the head shown in FIG. 1 (b).

【図3】図1に示した液体吐出ヘッドの、素子基板と天
板との接合前後の可動部材の位置を説明するための図で
ある。
FIG. 3 is a view for explaining the position of a movable member of the liquid ejection head shown in FIG. 1 before and after joining an element substrate and a top plate.

【図4】本発明の液体吐出ヘッドの第2の実施形態を説
明するための図であり、(a)〜(g)は液流路内の特
徴的な現象を順に示した液流路方向での断面図、(h)
は(a)のA−A線断面図である。
FIGS. 4A to 4G are views for explaining a liquid discharge head according to a second embodiment of the present invention, wherein FIG. 4A to FIG. Sectional view at (h)
FIG. 3 is a sectional view taken along line AA of FIG.

【図5】図2に示した可動部材の他の形状を示すもので
ある。
FIG. 5 shows another shape of the movable member shown in FIG.

【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。
FIG. 6 is a graph showing a relative relationship between a heating element area and an ink ejection amount.

【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。
FIGS. 7A and 7B are longitudinal sectional views of a liquid discharge head according to the present invention, in which FIG. 7A has a protective film and FIG. 7B does not.

【図8】本発明に使用する発熱体を駆動する波形図であ
る。
FIG. 8 is a waveform diagram for driving a heating element used in the present invention.

【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。
FIG. 9 is an exploded perspective view showing the entire configuration of the liquid ejection head of the present invention.

【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。
FIG. 10 is a diagram for explaining a side shooter type head to which the liquid ejection method of the present invention is applied.

【図11】図1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。
FIG. 11 is a diagram showing a schematic configuration of a liquid ejection apparatus equipped with the liquid ejection head having the structure described in FIG. 1 or FIG.

【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。
FIG. 12 is a block diagram of an entire apparatus for operating ink discharge recording in a liquid discharge method and a liquid discharge head of the present invention.

【図13】「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 cross-sectional view of a flow path illustrating a “linear communication state”.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

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 31c 下側凸部 32 自由端 33 支点 34 支持部材 40 気泡 41 隆起気泡 50 天板 63 サイドストッパ(側方規制部) 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 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Element board 2 Heating element 10 Liquid flow path 11 Bubble generation area 13 Common liquid chamber 18 Discharge port 31 Movable member 31c Lower convex part 32 Free end 33 Support point 34 Support member 40 Bubble 41 Raised bubble 50 Top plate 63 Side stopper (side) (Regulator) 64 Stopper 65 Low flow resistance region 66 Discharged droplet 67 Satellite 70 Support 90 Ink tank 102 Cavitation resistant layer 103 Protective layer 104 Wiring electrode 105 Resistive layer 106 Silicon nitride film 107 Base 111 Motor 112, 113 Gear 115 Carriage shaft 150 recording medium 200 head 300 host computer 301 input / output interface 302 CPU 303 ROM 304 RAM 305 motor driver 306 driving motor 307 head driver

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森 雅生 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 FA03 HA02 2C057 AF06 AF23 AF28 AF93 AG03 AG12 AG46 AG76 AP02 AP14 AP25 BA03 BA13  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (72) Inventor Masao Mori 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Canon Inc. (72) Inventor Sadayuki Sugama 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Canon Incorporated F term (reference) 2C056 EA04 FA03 HA02 2C057 AF06 AF23 AF28 AF93 AG03 AG12 AG46 AG76 AP02 AP14 AP25 BA03 BA13

Claims (24)

【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
ルギーを発生させる発熱体と、前記液体が吐出される吐
出口と、前記気泡が発生する気泡発生領域を有し前記吐
出口に連通する液流路と、前記気泡発生領域に変位可能
に設けられた片持ちの可動部材と、前記気泡発生領域に
対向して設けられて前記可動部材の変位範囲を規制する
規制部とを備え、前記気泡の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、 前記可動部材は、前記気泡が発生していない初期状態
で、前記規制部に接触して前記液流路を前記気泡発生領
域を含む下流側と含まない上流側とに実質的に分断し、
前記気泡が最大に成長する前に、前記液流路を実質的に
分断した状態で上流側に向かって弾性的に凸状に湾曲
し、前記気泡の消泡の収縮力により変位して前記規制部
との接触を開放することを特徴とする液体吐出ヘッド。
1. A heating element for generating thermal energy for generating bubbles in a liquid, a discharge port from which the liquid is discharged, and a bubble generation region in which the bubbles are generated, and communicates with the discharge port. A liquid flow path, a cantilevered movable member provided to be displaceable in the bubble generation region, and a regulating portion provided to face the bubble generation region to regulate a displacement range of the movable member, A liquid ejection head that ejects the liquid from the ejection port with energy at the time of generation of bubbles, wherein the movable member contacts the regulating unit in an initial state where the bubbles are not generated, and the liquid flow path Is substantially divided into a downstream side including the bubble generation region and an upstream side not including the bubble generation region,
Before the bubble grows to the maximum, the liquid flow path is elastically convexly curved toward the upstream side with the liquid flow path being substantially cut off, and is displaced by the contraction force of the bubble defoaming to regulate the liquid flow path. A liquid discharge head that releases contact with a part.
【請求項2】 前記可動部材は、前記気泡の収縮段階
で、前記凸状に湾曲した部分が前記可動部材の弾性力で
凹状に湾曲す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 discharge head according to claim 1, wherein the convexly curved portion of the movable member is concavely curved by the elastic force of the movable member at the time of the contraction of the bubble. .
【請求項3】 液体中に気泡を発生させるための熱エネ
ルギーを発生させる発熱体と、前記液体が吐出される吐
出口と、前記気泡が発生する気泡発生領域を有し前記吐
出口に連通する液流路と、前記気泡発生領域に変位可能
に設けられた片持ちの可動部材と、前記気泡発生領域に
対向して設けられて前記可動部材の変位範囲を規制する
規制部とを備え、前記気泡の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、 前記可動部材は、前記気泡が発生していない初期状態
で、前記可動部材の弾性力によって前記規制部に接触し
て前記液流路を前記気泡発生領域を含む下流側と含まな
い上流側とに実質的に分断し、前記気泡の消泡の収縮力
により変位して前記規制部との接触を開放することを特
徴とする液体吐出ヘッド。
3. A heating element for generating thermal energy for generating bubbles in the liquid, a discharge port from which the liquid is discharged, and a bubble generation region in which the bubbles are generated, and communicates with the discharge port. A liquid flow path, a cantilevered movable member provided to be displaceable in the bubble generation region, and a regulating portion provided to face the bubble generation region to regulate a displacement range of the movable member, A liquid ejection head that ejects the liquid from the ejection port using energy at the time of generation of bubbles, wherein the movable member is in an initial state in which the bubbles are not generated, and the movable member is moved to the regulating portion by elastic force of the movable member. In contact, the liquid flow path is substantially divided into a downstream side including the bubble generation region and an upstream side not including the bubble generation region, and is displaced by the contraction force of the defoaming of the bubbles to release the contact with the regulating portion. Liquid characterized by the following: Out head.
【請求項4】 前記吐出口および前記規制部を備えた天
板部材と、前記発熱体および前記可動部材を備えた基板
部材とを接合することで、前記気泡発生領域を有する液
流路が構成され、前記天板部材と前記基板部材との接合
前の前記基板部材の表面から前記可動部材の前記規制部
と接触される部位までの距離が、前記天板部材と前記基
板部材との接合後の前記基板部材の表面から前記規制部
までの距離よりも大きいことを特徴とする請求項3に記
載の液体吐出ヘッド。
4. A liquid flow path having the bubble generation region is formed by joining a top plate member having the discharge port and the regulating portion to a substrate member having the heating element and the movable member. The distance from the surface of the substrate member before the bonding of the top plate member and the substrate member to a portion that is in contact with the regulating portion of the movable member is determined after the bonding of the top plate member and the substrate member. 4. The liquid ejection head according to claim 3, wherein the distance is larger than a distance from a surface of the substrate member to the regulating portion.
【請求項5】 前記可動部材は、前記気泡発生領域に対
して近接した部位に、前記規制部とは反対側へ突出して
いる凸部を有することを特徴とする請求項1ないし4の
いずれか1項に記載の液体吐出ヘッド。
5. The moving member according to claim 1, further comprising a convex portion protruding in a portion adjacent to the bubble generation region, the convex portion protruding to a side opposite to the restricting portion. Item 2. The liquid discharge head according to item 1.
【請求項6】 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ないし5の
いずれか1項に記載の液体吐出ヘッド。
6. 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7】 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ない
し5のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッド。
7. The apparatus according to claim 1, wherein the movable member is provided to suppress only bubbles that grow in an upstream direction with respect to a flow of the liquid toward the discharge port. 3. The liquid ejection head according to item 1.
【請求項8】 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項1ないし5のいずれか1項に記
載の液体吐出ヘッド。
8. The apparatus according to claim 1, wherein the movable member has a free end, and the free end is located substantially at a center of the bubble generation region. The liquid ejection head according to any one of the preceding claims.
【請求項9】 前記可動部材の前記規制部への接触は前
記自由端の近傍で行われていることを特徴とする請求項
8に記載の液体吐出ヘッド。
9. The liquid ejection head according to claim 8, wherein the movable member is in contact with the regulating portion near the free end.
【請求項10】 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ないし5のいずれか1項に
記載の液体吐出ヘッド。
10. The method according to claim 1, wherein the flow path resistance of the liquid flow path is lower on the upstream side than on the downstream side with respect to the regulating portion as a boundary. Liquid ejection head.
【請求項11】 前記規制部は、前記液流路の前記気泡
発生領域からの距離を部分的に小さくすることによって
形成されていることを特徴とする請求項1ないし5のい
ずれか1項に記載の液体吐出ヘッド。
11. The apparatus according to claim 1, wherein the restricting portion is formed by partially reducing a distance of the liquid flow path from the bubble generation region. The liquid ejection head according to any one of the preceding claims.
【請求項12】 前記吐出口は前記発熱体に対向して設
けられていることを特徴とする請求項1ないし5のいず
れか1項に記載の液体吐出ヘッド。
12. The liquid discharge head according to claim 1, wherein the discharge port is provided to face the heating element.
【請求項13】 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12に記載の液体吐出ヘッド。
13. The method according to claim 13, wherein 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. 13. The liquid ejection head according to claim 12, wherein:
【請求項14】 液体中に気泡を発生させるための熱エ
ネルギーを発生させる発熱体と、前記液体が吐出される
吐出口と、前記気泡が発生する気泡発生領域を有し前記
吐出口に連通する液流路と、前記気泡発生領域に変位可
能に設けられた片持ちの可動部材と、前記気泡発生領域
に対向して設けられて前記可動部材の変位範囲を規制す
る規制部とを備え、前記気泡の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、 前記気泡が発生していない初期状態で、前記可動部材が
前記規制部に接触して前記液流路を前記気泡発生領域を
含む下流側と含まない上流側とに実質的に分断する工程
と、 前記気泡の発生後、前記気泡が最大に成長する前に、前
記液流路を実質的に分断した状態で前記可動部材が上流
側に向かって弾性的に凸状に湾曲する工程と、 前記気泡の収縮段階で、前記気泡の消泡の収縮力により
前記可動部材が変位して前記規制部との接触を開放する
工程とを有することを特徴とする液体吐出方法。
14. A heating element for generating thermal energy for generating bubbles in a liquid, a discharge port from which the liquid is discharged, and a bubble generation region in which the bubbles are generated, and communicates with the discharge port. A liquid flow path, a cantilevered movable member provided to be displaceable in the bubble generation region, and a regulating portion provided to face the bubble generation region to regulate a displacement range of the movable member, A liquid ejection method using a liquid ejection head that ejects the liquid from the ejection port with energy at the time of generation of bubbles, wherein the movable member contacts the regulating portion in an initial state where the bubbles are not generated. Step of substantially dividing the liquid flow path into a downstream side including the bubble generation region and an upstream side not including the bubble generation region, and after the generation of the bubbles, before the bubbles grow to the maximum, the liquid flow paths In front of a practically divided state A step in which the movable member elastically bends convexly toward the upstream side; and, in the step of contracting the bubble, the movable member is displaced by the contraction force of the defoaming of the bubble to release the contact with the regulating portion. A liquid ejecting method.
【請求項15】 前記気泡の収縮段階で、前記可動部材
が変位する前に、前記可動部材の凸状に湾曲した部分が
前記可動部材の弾性力で凹状に湾曲する工程を有する請
求項14に記載の液体吐出方法。
15. The method according to claim 14, further comprising, before the movable member is displaced in the step of contracting the bubble, the convexly curved portion of the movable member is concavely curved by the elastic force of the movable member. The liquid discharging method according to the above.
【請求項16】 液体中に気泡を発生させるための熱エ
ネルギーを発生させる発熱体と、前記液体が吐出される
吐出口と、前記気泡が発生する気泡発生領域を有し前記
吐出口に連通する液流路と、前記気泡発生領域に変位可
能に設けられた片持ちの可動部材と、前記気泡発生領域
に対向して設けられて前記可動部材の変位範囲を規制す
る規制部とを備え、前記気泡の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、 前記気泡が発生していない初期状態で、前記可動部材が
前記可動部材の弾性力によって前記規制部に接触して前
記液流路を前記気泡発生領域を含む下流側と含まない上
流側とに実質的に分断する工程と、 前記気泡の収縮段階で、前記気泡の消泡の収縮力により
前記可動部材が変位して前記規制部との接触を開放する
工程とを有することを特徴とする液体吐出方法。
16. A heating element for generating thermal energy for generating bubbles in a liquid, a discharge port from which the liquid is discharged, and a bubble generation region in which the bubbles are generated, and communicates with the discharge port. A liquid flow path, a cantilevered movable member provided to be displaceable in the bubble generation region, and a regulating portion provided to face the bubble generation region to regulate a displacement range of the movable member, A liquid ejection method using a liquid ejection head that ejects the liquid from the ejection port with energy at the time of generation of bubbles, wherein the movable member has an elastic force of the movable member in an initial state where the bubbles are not generated. A step of substantially dividing the liquid flow path into a downstream side including the bubble generation region and an upstream side not including the bubble generation region by contacting the regulating portion, By force Liquid discharging method characterized by a step of member is displaced to open the contact between the restricting portion.
【請求項17】 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14ないし16のいずれか1項に記載の液
体吐出方法。
17. The liquid discharging method according to claim 14, further comprising a step of shrinking the bubble while the movable member is in contact with the regulating portion.
【請求項18】 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へ向か
わせ、メニスカスを前記吐出口内に急速に引き込むこと
を特徴とする請求項17に記載の液体吐出方法。
18. In the step of shrinking the bubble while the movable member is in contact with the regulating portion, most of the movement of the liquid accompanying the shrinkage of the bubble is directed to the upstream direction from the discharge port, and the meniscus is adjusted to the meniscus. The liquid discharging method according to claim 17, wherein the liquid is rapidly drawn into the discharge port.
【請求項19】 前記可動部材が変位して前記規制部と
の接触を開放することにより、前記気泡発生領域に前記
吐出口へ向かう下流方向への液体の流れを生じさせ、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18に記載の液体吐出方法。
19. When the movable member is displaced to release contact with the regulating portion, a flow of liquid is generated in the bubble generation region in a downstream direction toward the discharge port, and the meniscus is drawn. The method according to claim 18, wherein sudden braking is performed.
【請求項20】 請求項1ないし13のいずれか1項に
記載の液体吐出ヘッドと、前記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。
20. A liquid, comprising: the liquid discharge head according to claim 1; and a recording medium transport unit that transports a recording medium that receives the liquid discharged from the liquid discharge head. Discharge device.
【請求項21】 前記液体吐出ヘッドからインクを吐出
し、前記被記録媒体に前記インクを付着させることで記
録を行う請求項20に記載の液体吐出装置。
21. The liquid ejecting apparatus according to claim 20, wherein recording is performed by ejecting ink from the liquid ejecting head and attaching the ink to the recording medium.
【請求項22】 液体中に気泡を発生させるための熱エ
ネルギーを発生させる発熱体と、前記液体が吐出される
吐出口と、前記気泡が発生する気泡発生領域を有し前記
吐出口に連通する液流路と、前記気泡発生領域に変位可
能に設けられた片持ちの可動部材と、前記気泡発生領域
に対向して設けられて前記可動部材の変位範囲を規制す
る規制部とを備え、前記気泡の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の
製造方法であって、 前記吐出口および前記規制部を備えた天板部材を用意す
る工程と、 前記発熱体および前記可動部材を備えた基板部材を用意
する工程と、 前記液流路を構成するために前記天板部材と前記基板部
材とを接合する工程とを有し、 前記天板部材と前記基板部材とを接合する工程は、前記
可動部材が弾性変形した状態で前記規制部と接触して前
記液流路を前記気泡発生領域を含む下流側と含まない上
流側とに実質的に分断する工程を含むことを特徴とする
液体吐出ヘッドの製造方法。
22. A heating element for generating thermal energy for generating bubbles in the liquid, a discharge port from which the liquid is discharged, and a bubble generation region in which the bubbles are generated, and communicates with the discharge port. A liquid flow path, a cantilevered movable member provided to be displaceable in the bubble generation region, and a regulating portion provided to face the bubble generation region to regulate a displacement range of the movable member, A method for manufacturing a liquid ejection head that ejects the liquid from the ejection port by using energy at the time of generation of bubbles, wherein a step of preparing a top plate member including the ejection port and the regulating unit; A step of preparing a substrate member having a movable member, and a step of joining the top plate member and the substrate member to form the liquid flow path, wherein the top plate member and the substrate member are The joining process is A liquid that includes a step of substantially dividing the liquid flow path into a downstream side including the bubble generation region and an upstream side not including the bubble generation region by contacting the regulating portion in a state where the movable member is elastically deformed. A method for manufacturing a discharge head.
【請求項23】 前記基板部材を用意する工程では、前
記基板部材の表面から前記可動部材の前記規制部と接触
する部位までの距離が、前記基板部材と前記天板部材と
の接合後の前記基板部材の表面から前記規制部までの距
離よりも大きいことを特徴とする請求項22に記載の液
体吐出ヘッドの製造方法。
23. In the step of preparing the substrate member, a distance from a surface of the substrate member to a portion of the movable member that comes into contact with the restricting portion is the distance after joining the substrate member and the top plate member. 23. The method according to claim 22, wherein the distance is larger than a distance from a surface of the substrate member to the regulating portion.
【請求項24】 前記天板部材と前記基板部材とを接合
する工程では、前記規制部が前記可動部材を押圧するこ
とを特徴とする請求項23に記載の液体吐出ヘッドの製
造方法。
24. The method according to claim 23, wherein in the step of joining the top plate member and the substrate member, the restricting portion presses the movable member.
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