JP2001225475A - 液体吐出ヘッド、液体吐出装置及び前記液体吐出ヘッドの製造方法 - Google Patents

液体吐出ヘッド、液体吐出装置及び前記液体吐出ヘッドの製造方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 新規な弁機能を用いたノズル構造により、吐
出パワーの向上と吐出周波数の向上とを同時に図る。 【解決手段】 Ｓｉ基板１２上に流路側壁１０及び天板
部２が積層され、Ｓｉ基板１２と天板部２との間に液流
路３が構成される。Ｓｉ基板１２には液流路３に開口す
る液体供給口５が形成される。天板部２には、液流路３
の一端部に開口する吐出口７、及び液流路３内の液体に
気泡を発生させる発熱部４が形成される。液流路３内に
は、液流路３の一端側を支点８Ａとし他端側を自由端８
Ｂとする片持ち梁状の可動部材８が、発熱部４と対応し
且つＳｉ基板１２と間隙αを有して設けられる。可動部
材８のＳｉ基板１２への投影領域は、Ｓｉ基板１２での
液体供給口５の開口領域よりも大きい。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、熱エネルギーを液
体に作用させて気泡を発生させることによって液体を吐
出する液体吐出ヘッドおよびその製造方法、該液体吐出
ヘッドを用いた液体吐出装置に関する。
【０００２】また、本発明は、紙、糸、繊維、布帛、皮
革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックス
等の被記録媒体に対し記録を行うプリンタ、複写機、通
信システムを有するファクシミリ、プリンタ部を有する
ワードプロセッサ等の装置、さらには各種処理装置と複
合的に組み合わせた産業用記録装置に適用できる発明で
ある。
【０００３】なお、本発明における、「記録」とは、文
字や図形等の意味を持つ画像を被記録媒体に対して付与
することだけでなく、パターン等の意味を持たない画像
を付与することをも意味するものである。
【０００４】
【従来の技術】従来、プリンター等の記録装置におい
て、流路中の液体インクに熱等のエネルギーを与えて気
泡を発生させ、それに伴う急峻な体積変化に基づく作用
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
口に連通する流路と、流路内に配されたインクを吐出す
るためのエネルギー発生手段としての電気熱変換体が一
般的に配されている。
【０００５】この様な記録方法によれば、品位の高い画
像を高速、低騒音で記録することができると共に、この
記録方法を行うヘッドではインクを吐出するための吐出
口を高密度に配置することができるため、小型の装置で
高解像度の記録画像、さらにカラー画像をも容易に得る
ことができるという多くの優れた点を有している。この
ため、このバブルジェット記録方法は近年、プリンタ
ー、複写機、ファクシミリ等の多くのオフィス機器に利
用されており、さらに、捺染装置等の産業用システムに
まで利用されるようになってきている。
【０００６】このようにバブルジェット技術が多方面の
製品に利用されるに従って様々な要求が高まっており、
例えば、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。
【０００７】このうち、ノズル内において気泡を発生さ
せ、この気泡成長に伴い液体を吐出させるヘッドにおい
て、吐出口とは反対方向への気泡成長およびこれによる
液流が吐出エネルギー効率及びリフィル特性を低下させ
る要因として知られており、このような吐出エネルギー
効率及びリフィル特性を向上させる構造の発明がヨーロ
ッパ特許出願公開公報ＥＰ0436047Ａ１に提案されてい
る。
【０００８】この公報に記載の発明は、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ものである（ＥＰ４３６０４
７Ａ１の第４〜９図）。例えば同公報第７図の例では、
図１４に示すように、インク流路１１２の内壁を形成す
る基板１２５上のインク槽１１６とノズル１１５との間
のインク流路１１２のほぼ中央に発熱体１１０が設けら
れている。発熱体１１０は、インク流路１１２内部の、
周囲を全て閉じた区画１２０内に在る。インク流路１１
２は、基板１２５と、基板１２５上に直接積層した薄膜
１２３，１２６と、閉止体としての舌状片１１３、１３
０とで構成されている。開放された舌状片は図３１では
破線で示されている。基板１２５と平行な平面内に延在
してストッパ１２４で終結する別の薄膜１２３はインク
流路１１２上を遮蔽する。インク中に気泡が発生する
と、ノズル領域内の舌状片１３０の、静止状態でストッ
パ１２６に密着してあるその自由端は、上に向かって変
位し、インク液は区画１２０からインク流路１１２中
へ、ついでノズル１１５を通じて射出される。このと
き、インク槽１１６の領域内に設けた舌状片１１３は静
止状態でストッパ１２４に密着しているため、区画１２
０内のインク液はインク層１１６に向かうことはない。
インク中の気泡が消泡すると、舌状片１３０は下に向け
て変位し、ストッパ１２６に再び密着する。そして、舌
状片１１３はインク区画１２０内に倒れ落ち、これによ
りインク液が区画１２０中に流入する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかし、ＥＰ0436047
Ａ１に記載の発明は、吐出口近傍域と気泡発生部とイン
ク供給部の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、気泡の吐出口側の弁は吐出エネルギーの多
大な損失を招く。さらに、リフィル時（ノズルへのイン
ク補充時）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。
【００１０】本発明は、吐出口とは反対方向への気泡成
長成分の抑制効率を向上し、これとは相反するリフィル
特性の高効率化を満足するための画期的な方法やヘッド
構成を見い出すべく新たな着想に基づいて吐出効率の向
上をも満足する発明を提案するものである。
【００１１】本発明者達は鋭意研究の結果、直線状に形
成したノズル内で気泡を発生させ、この気泡成長に伴い
液体を吐出させる液体吐出ヘッドのノズル構造におい
て、特別な逆止弁の機能により、吐出口とは反対方向
（後方）への気泡成長を抑制し、後方への吐出エネルギ
ーを吐出口側に有効に利用できることを見い出した。そ
の上、特別な逆止弁の機能により後方への気泡成長成分
を抑制することで、吐出応答周波数が極めて高くできる
ことを見い出した。
【００１２】すなわち本発明の目的は、新規な弁機能を
用いたノズル構造や吐出方法により、吐出パワーの向上
と吐出周波数の向上とを同時に図り、従来達成し得なか
ったレベルの高速・高画質ヘッドを達成するための新規
吐出方式（構造）を確立することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明の液体吐出ヘッドは、液体を吐出するための吐出
口と、液体供給口から液体が供給され、該液体に気泡を
発生させる気泡発生手段を備えるとともに一端部が前記
吐出口と連通している液流路と、前記液流路内に前記液
体供給口と間隙を有して前記気泡発生手段に対応して配
置された可動部材とを有し、前記液体供給口への前記可
動部材の投影領域は前記液体供給口の開口領域よりも大
きく、前記気泡発生手段は、前記液流路の前記液体供給
口が開口した壁面と対向する壁面に前記可動部材を間に
おいて設けられ、前記可動部材は、前記液流路の一端側
を支点とし、前記可動部材の自由端が前記液流路の閉塞
された側に配され、前記気泡発生手段は前記可動部材の
自由端と同一方向の対向する位置に設けられ、前記液体
供給口は、前記可動部材の支点側で前記液流路に開口し
ており、且つ、前記吐出口が、前記可動部材の支点側に
位置していることを特徴とする。
【００１４】上記の液体吐出ヘッドによれば、気泡発生
手段によって液流路内に気泡が発生すると、その気泡の
発生に基づく圧力波によって可動部材の自由端側が変位
し、可動部材によって液体供給口が実質的に密閉され
る。ここで、可動部材は液流路の一端側を支点として支
持されており、しかも、吐出口は可動部材の支点部領域
で液流路と連通している。従って、可動部材が変位して
も液流路内では容積の増加は殆どなく、気泡の発生に基
づく圧力波の大部分は吐出口に向かって作用し、結果的
に吐出パワーが飛躍的に向上したものとなる。その結
果、液体として高粘度のものを用いたり、環境変化によ
って液体の粘度が増加した場合においても、良好な吐出
が可能となる。また、液体供給口が実質的に密閉される
ことで、液体供給口側への液体の移動が殆どないため、
液体の吐出後の吐出口におけるメニスカスの後退量が抑
えられる。その結果、吐出後のメニスカスの復帰が急速
に行われるので、高精度（定量）の液体を吐出するにあ
たり、吐出周波数（駆動周波数）を飛躍的に向上させる
ことができる。
【００１５】また、本発明の液体吐出ヘッドは、液体を
吐出するための吐出口と、液体供給口から液体が供給さ
れ、該液体に気泡を発生させる気泡発生手段を備えると
ともに前記吐出口と連通している液流路と、前記液流路
内に前記液体供給口と間隙を有して前記気泡発生手段に
対応して配置された可動部材とを有し、前記液体供給口
への前記可動部材の投影領域は前記液体供給口の開口領
域よりも大きく、前記液流路は一端部が前記吐出口と連
通し、前記可動部材は、前記気泡発生手段により発生す
る気泡が大きく成長する側に支点を有するとともに、前
記気泡の成長が抑制される側に自由端を有し、前記液体
供給口は、前記可動部材の支点側で前記液流路に開口し
ており、前記気泡発生手段による気泡の発生により前記
可動部材が前記液体供給口を実質的に密閉し、前記気泡
の発生に基づく圧力波の伝搬を、前記可動部材の支点側
に配された前記吐出口側に集中させることで前記吐出口
から液体を吐出させ、前記気泡の消泡とともに前記可動
部材の自由端が前記気泡発生手段側に変位し、前記可動
部材の支点側に配された前記液体供給口が前記液流路と
連通することで前記液流路から前記液流路に液体が供給
されるものである。
【００１６】上記の液体吐出ヘッドも、気泡発生手段に
よって発生した気泡に基づく圧力波によって可動部材の
自由端側が変位し、可動部材によって液体供給口が実質
的に密閉される。ここで、液流路は一端部が吐出口と連
通し他端部が閉じられているので、気泡は吐出口側へは
大きく成長するが、それと反対側では気泡の成長は抑制
される。可動部材は、気泡が大きく成長する側に支点を
有し、気泡の成長が抑制される側に自由端を有するの
で、上記の液体吐出ヘッドと同様に、気泡の発生に基づ
く圧力波の大部分は吐出口に向かって作用し、結果的に
吐出パワーが飛躍的に向上したものとなる。また、液体
供給口が実質的に密閉され、且つ、気泡発生手段により
気泡が発生する液流路内の領域である気泡発生領域の液
流路における閉塞される側の気泡の消泡が、気泡発生領
域の吐出口側の気泡の消泡に比べて早く消泡を開始し、
それに伴って液体供給口から液流路への液体の流れが生
じ、それと同時に可動部材が気泡発生領域側に変位する
ので、結果的に、液体の吐出後のメニスカスの復帰を急
速に行うことができるので、吐出周波数を飛躍的に向上
させることができる。
【００１７】本発明の液体吐出ヘッドにおいては、吐出
口が可動部材の支点側に位置し、液体供給口は可動部材
の支点側で液流路に開口していることが好ましい。気泡
発生領域における発泡初期において、可動部材により液
流路内の液体供給口側は、実質的密閉状態を作り出す。
このため、発泡時などに起きる残留気泡が液流路の閉塞
された空間に溜まると、吐出口側を真空状態とする回復
動作等では残留気泡を簡単に取り除くことが難しい。そ
こで、本発明のように、液流路の閉塞された位置に可動
部材の自由端を有し、気泡発生領域の液流路の閉塞され
た領域から、可動部材の自由端の変位を伴って、液体が
液体供給口から液流路へリフィルされるようにすること
で、上記のような在留気泡の滞留をなくすることができ
るので、液体吐出ヘッドの吐出特性や信頼性がより向上
する。
【００１８】本発明の液体吐出装置は、上記本発明の液
体吐出ヘッドと、該液体吐出ヘッドから吐出された液体
を受け取る被記録媒体を搬送する搬送手段とを備えたも
のであり、更には、前記液体吐出ヘッドからインクを吐
出し、前記被記録媒体に該インクを付着させることで記
録を行うものである。
【００１９】本発明は、液体吐出ヘッドの製造方法をも
提供するものであり、本発明の液体吐出ヘッドの製造方
法は、液体を吐出するための吐出口と、液体供給口から
液体が供給され、該液体に気泡を発生させる気泡発生手
段を備えるとともに前記吐出口と連通している液流路
と、前記液流路内に前記液体供給口と間隙を有して前記
気泡発生領域に対応して配置された可動部材とを有し、
前記液体供給口への前記可動部材の投影領域が前記液体
供給口の開口領域よりも大きい液体吐出ヘッドの製造方
法であって、第１の基板上に、前記液体供給口と前記可
動部材との間隙を形成するための第１の間隙形成部材を
形成する工程と、前記第１の基板及び第１の間隙形成部
材を覆って、前記可動部材となる材料膜を形成する工程
と、前記材料膜を、前記液流路の一端側を支点とし他端
側を自由端とする片持ち梁形状にパターニングする工程
と、前記材料膜上の前記液流路となる部位に第２の間隙
形成部材を形成する工程と、前記材料膜及び第２の間隙
形成部材上に、前記液流路の側壁となる壁材を形成する
工程と、前記第２の間隙形成部材及び壁材を両者が同一
平面を形成するように平坦化する工程と、前記平坦化し
た第２の間隙形成部材及び壁材上に、前記気泡発生手段
を含む第２の基板を形成する工程と、前記第２の基板
の、前記液流路の一端側に相当する部位に前記吐出口を
形成する工程と、前記第１の基板に、前記可動部材の投
影領域よりも小さい開口領域で前記液体供給口を開口す
るとともに、前記第１の間隙形成部材を除去する工程
と、前記液体供給口及び吐出口を介して前記第２の間隙
形成部材を除去する工程とを有することを特徴とする。
【００２０】上記の製造方法により、上述したような、
吐出パワー及び吐出周波数が飛躍的に向上した液体吐出
ヘッドを製造することができる。
【００２１】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。
【００２２】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。
【００２３】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。
【００２４】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態について
図面を参照して説明する。
【００２５】図１は、本発明の一実施形態による液体吐
出ヘッドの１つの液流路の長手方向に沿った断面図、図
２は、図１のＹ−Ｙ’線断面図である。
【００２６】本実施形態の液体吐出ヘッドは、流路構造
の主要部をなす基板部１と、この基板部１上に設けられ
て基板部１とともに液流路３を構成する天板部２とを有
する。
【００２７】基板部１は、Ｓｉ基板１２と、Ｓｉ基板１
２上に形成された可動部材８と、液流路３の側壁となる
流路側壁１０とで構成される。液流路３は、この液体吐
出ヘッドに複数個設けられており、可動部材８は各液流
路３に一つずつ配置されている。Ｓｉ基板１２には、各
液流路３に供給する液体を保持する共通液体供給室６が
形成されている。供給液体供給室６には、複数の液体供
給口５がそれぞれ各液流路３に対応して開口しており、
各液流路３は、それぞれ液体供給口５を介して単一の共
通液体供給室６と同時に連通している。
【００２８】可動部材８は、Ｓｉ基板１２と微少な間隙
αを介して液体供給口５を覆う片持ち梁状の部材であ
り、Ｓｉ基板１２上に形成された薄膜の一部で構成され
る。可動部材８の自由端８Ｂの延長上には、詳細には後
述するが、上記の薄膜から可動部材８の形成過程で形成
される舌状部８Ｃが対向している。可動部材８は、自由
端８Ｂと舌状部８Ｃとの間、及び、自由端８Ｂに連続す
る両側端と流路側壁１０との間にも、微少な間隙βを有
する。
【００２９】液体供給口５は可動部材８の支点８Ａ側で
液流路３に開口しているが、Ｓｉ基板１２上への可動部
材８の投影領域は、図２に示すように、液体供給口５の
開口領域よりも大きく、可動部材８がＳｉ基板１２側へ
変位し少なくとも自由端８ＢがＳｉ基板１２と接触する
ことで、液体供給口５は液流路３に対して実質的に密閉
される。なお、可動部材８を構成する上記の薄膜上に形
成された流路側壁１０の、可動部材８上における液流路
３との境界が、可動部材８の支点８Ａとなる。
【００３０】天板部２は、流路側壁１０上に設けられる
ことにより各液流路３の上壁を構成するとともに、液流
路３内の液体を加熱することにより気泡を発生させるた
めの気泡発生手段である発熱部４を有する積層構造体で
あり、下層から順に、耐キャビテーション膜１３、発熱
部４を液体から保護するための保護膜１４、発熱抵抗層
１５、発熱抵抗層１５に電圧を印加するための電気配線
１６ａ，１６ｂ、この液体吐出ヘッドの最表層となるＳ
ｉＮ膜１７とからなる。電気配線１６ａ，１６ｂの間の
領域が発熱部４となり、この発熱部４により加熱される
液流路３内の領域が気泡発生領域１１となる。発熱部４
は、可動部材８の自由端８Ｂと対向する位置に位置して
いる。また、天板部２には、液体を外部に吐出するため
に液流路３と連通する吐出口７が形成されている。吐出
口７は、可動部材８の自由端８Ｂが向いている液流路３
の長手方向端部とは反対側の端部側、つまり可動部材８
の支点８Ａ側に設けられている。これにより、液体供給
口５から供給された液体の大きな流れとしては、可動部
材８の下面を自由端８Ｂに向かって流れ、可動部材８の
自由端８Ｂから可動部材８の上面に回り込んで、そこか
ら可動部材８の支点８Ａ側へ向かい、吐出口７から吐出
されるというような経路をたどる。共通液体供給室６か
ら吐出口７へ至る液体吐出ヘッド内における液体の流路
は、液体の大きな流れで見ると、共通液体供給室６→液
体供給口５→可動部材８の次に、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。図３、４
は、図１に示した構造の液体吐出ヘッドの吐出動作を説
明するために、液体吐出ヘッドを液流路の長手方向に沿
った断面で示すとともに、特徴的な現象を図３（ａ）〜
（ｃ）、図４（ｄ）〜（ｆ）の６工程に分けて示したも
のである。また、図３及び図４において、符号Ｍは、吐
出液が形成するメニスカスを表している。 図３（ａ）
は、発熱部４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、発熱部４が熱を発生する前の状態
を示す。この状態では、液体供給口５と液流路３との間
に設けられた可動部材８と、液体供給口５との間には、
１．０μｍ程度の微少な隙間が存在している。
【００３１】図３（ｂ）は、液流路３を満たす液体の一
部が発熱部４によって加熱され、発熱部４上に膜沸騰が
起こり、気泡２１が等方的に成長した状態を示す。ここ
で、「気泡成長が等方的」とは、気泡表面の所々におい
て気泡表面の法線方向を向いた気泡成長速度がそれぞれ
ほぼ等しい大きさである状態をいう。この気泡発生初期
の、気泡２１の等方的な成長過程において、可動部材８
の自由端８Ｂ側がＳｉ基板１２へ向かって変位し、Ｓｉ
基板１２と密着して液体供給口５を塞ぐ。これにより液
流路３内は、吐出口７を除いて実質的に密閉状態とな
る。このとき、可動部材８の自由端８ＢがＳｉ基板１２
側に最大変位する量をｈ１とする。
【００３２】図３（ｃ）は、気泡２１が成長し続けてい
る状態を示す。この状態では、上述のように、液流路３
内が吐出口７を除いて実質的に密閉状態になっているの
で、液体供給口５側への、気泡２１の発生による圧力波
の伝搬が阻害される。そのため、この状態から気泡２１
の成長の仕方に違いが見られる。つまり、液流路３の吐
出口７が開口した側へは液体が移動しやすいので気泡２
１は吐出口７側へ大きく成長するが、液流路３の吐出口
７が開口した側と反対側の端部（閉鎖端部）へは液体の
移動が生じないので気泡２１はあまり成長しない。そし
て、気泡発生領域１１の吐出口７側では気泡成長は続く
が、逆に、気泡発生領域１１の閉鎖端部側では気泡成長
が止まってしまう。しかも、可動部材８は液流路３の吐
出口７が開口した側を支点８Ａとして支持されているの
で、可動部材８が変位しても、液流路３の吐出口７が開
口した側では容積の増加は殆どなく、液体はその殆どが
吐出口７へ向かって移動する。その結果、気泡２１の圧
力波の伝搬が吐出口７側に集中し、吐出口７から液体を
吐出するパワーとなる。
【００３３】ここで、図３（ａ）〜（ｃ）における気泡
２１の成長過程を図５に基づいて詳述する。なお、図５
では発熱部４を模式的に示している。図５（ａ）に示す
ように、発熱部４が加熱されると発熱部４上に初期のラ
ンダムな核沸騰が生じ、その後、図５（ｂ）に示すよう
に、発熱部４上を膜状の気泡が覆う膜沸騰に変化する。
そして膜沸騰状態の気泡は、図５（ｂ）〜（ｃ）に示す
ように等方的に成長し続ける（このように等方的に気泡
成長している状態は半ピュロー状態と呼ばれる。）。と
ころが、図３（ｂ）に示したように液流路３内が吐出口
７を除いて実質的に密閉状態となると、上流側への液移
動ができなくなるため、半ピュロー状の気泡において上
流側の気泡の一部があまり成長できなくなり、残りの下
流側（吐出口７側）の部分が大きく成長する。この状態
を表したのが、図３（ｃ）や図５（ｄ），（ｅ）であ
る。ここで、説明の便宜上、発熱部４を加熱していると
き、発熱部４上において気泡が成長しない領域をＢ領域
とし、気泡が成長する吐出口７側の領域をＡ領域とす
る。
【００３４】次に、図４（ｄ）は、Ａ領域では気泡成長
が続いており、Ｂ領域では気泡収縮が始まっている状態
を示す。この状態では、気泡２１は吐出口７側（Ａ領
域）へ大きく成長し、吐出口７からは吐出液滴２２が吐
出しつつある。一方、気泡発生領域１１の可動部材８の
自由端８Ｂ側（Ｂ領域）では消泡が始まっており、液体
供給口５を介して共通液体供給室６の液体が液流路３内
に引っ張られるので、それにより、可動部材８の自由端
８Ｂが気泡発生領域１１側へ変位し、共通液体供給室６
と液流路３とが連通状態となる。
【００３５】図４（ｅ）は、気泡２１がＡ領域において
ほぼ最大に成長した状態を示す。この状態では、Ｂ領域
における気泡２１は殆ど消泡している。また、吐出口７
から吐出しつつある吐出液滴２２は、長い尾引きの状態
でメニスカスＭと未だ繋がっている。
【００３６】図４（ｆ）は、気泡２１の成長が止まり消
泡工程のみの段階であって、吐出液滴２２とメニスカス
Ｍとが分断された状態を示す。Ａ領域で気泡成長から消
泡に変わった直後は、気泡２１の収縮エネルギーは全体
バランスとして吐出口７近傍の液体を上流方向へ移動さ
せる力として働く。従って、メニスカスＭはこの時点で
吐出口７から液流路３内へ引き込まれ、吐出液滴２２と
繋がっている液柱を強い力で素早く切り離すことにな
る。その一方で、気泡２１の収縮に伴い、共通液体供給
室６から液体供給口５を介して液体が急速に大きな流れ
となって液流路３内へ流れ込む。これにより、メニスカ
スＭを液流路３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は短時間で発泡前の位置へ戻り始
めるので、本発明に係る可動部材８を備えていない液体
吐出方式に比べて、メニスカスＭの後退体積を少なくす
ることができ、ひいては、メニスカスＭの振動を急速に
収束させることができる。なお、このとき、可動部材８
の自由端８Ｂが気泡発生領域１１側に最大変位する量を
ｈ２とする。
【００３７】最後に、気泡２１が完全に消泡すると、可
動部材８も図３（ａ）に示した通常状態に復帰する。ま
た、この状態では、メニスカスＭも既に吐出口７の近傍
で復帰している。
【００３８】次に、図３〜図４におけるＡ領域とＢ領域
での気泡体積の時間変化と可動部材の挙動との相関関係
を図６を参照して説明する。図６はその相関関係を表し
たグラフであり、曲線ＡはＡ領域における気泡体積の時
間変化を示し、曲線ＢはＢ領域における気泡体積の時間
変化を示す。
【００３９】図６に示すように、Ａ領域での気泡の成長
体積の時間変化は極大値をもつ放物線を描く。つまり、
発泡が開始されてから消泡までにおいて気泡体積は時間
経過とともに増大しある時点で最大となり、その後減少
する。一方、Ｂ領域については、Ａ領域の場合と比べ、
発泡が開始されてから消泡までに要する時間が短く、ま
た気泡の最大成長体積も小さく、最大成長体積に達する
時間も短い。つまり、Ａ領域とＢ領域とでは、発泡が開
始されてから消泡までに要する時間と気泡の成長体積変
化とが大きく異なっていて、Ｂ領域の方が小さい。
【００４０】特に図６において、気泡の発生初期は同じ
時間変化で気泡体積が増大するため、曲線Ａと曲線Ｂが
重なってる。つまり、気泡の発生初期は気泡が等方的に
成長している（半ピュロー状の）期間が生じている。そ
の後、曲線Ａが極大点まで増大する曲線を描くものの、
ある時点で曲線Ｂは曲線Ａから分岐し、気泡体積が減少
する曲線を描く。つまり、Ａ領域では気泡の体積が増加
するものの、Ｂ領域では気泡体積が減少する期間（部分
成長部分収縮期間）が生じる。
【００４１】そして、上記のような気泡成長の仕方に基
づき、図１に示したように発熱部４の一部分を可動部材
８の自由端８Ｂが覆った形態では、可動部材８は次のよ
うな挙動を生じる。すなわち、図６のの期間では可動
部材８が液体供給口５に向かって下方変位している。同
図の期間では可動部材８がＳｉ基板１２に密着し、液
流路３内が吐出口７を除いて実質的に密閉状態となる。
この密閉状態の開始は気泡が等方的に成長している期間
で行われる。次に同図の期間では、可動部材８が定常
状態位置に向かって上方変位している。この可動部材８
による液体供給口５の開放開始は部分成長部分収縮期間
開始から一定時間経過後に行われる。次に同図の期間
では、可動部材８が定常状態からさらに上方変位してい
る。次に同図の期間では、可動部材８の上方変位がほ
ぼ停止し、可動部材８が開放位置で平衡状態になってい
る。最後に同図の期間では、可動部材８が定常状態位
置に向かって下方変位している。
【００４２】また、図６から判るように、気泡発生領域
１１の吐出口７側で成長する気泡（Ａ領域の気泡）の最
大時の体積をＶｆとし、気泡発生領域１１の液体供給口
５側で成長する気泡（Ｂ領域の気泡）の最大時の体積を
Ｖｒとすると、Ｖｆ＞Ｖｒの関係が本発明の液体吐出ヘ
ッドでは常に成り立っている。さらに、気泡発生領域１
１の吐出口７側で成長する気泡（Ａ領域の気泡）のライ
フタイム（気泡の発生から消泡までの時間）をＴｆと
し、気泡発生領域１１の液体供給口５側で成長する気泡
（Ｂ領域の気泡）のライフタイムをＴｒとすると、Ｔｆ
＞Ｔｒの関係が本発明の液体吐出ヘッドでは常に成り立
つ。そして、上記のような関係となるため、気泡の消泡
点は、気泡発生領域１１の中心付近より吐出口７側に位
置することとなる。
【００４３】さらに本実施形態のヘッド構成では、図３
（ｂ）及び図４（ｆ）からも判るように、気泡２１の発
生初期に可動部材８の自由端８Ｂが液体供給口５側に最
大変位する量ｈ１よりも、気泡２１の消泡と共に可動部
材８の自由端８Ｂが吐出口７側に最大変位する量ｈ２の
方が大きいという関係（ｈ１＜ｈ２）にある。例えばｈ
１は１μｍ、ｈ２は１０μｍである。この関係が成り立
つことにより、発泡初期での発熱部後方（吐出口７に対
して反対方向）への気泡の成長を抑制し、発熱部前方
（吐出口７に向かう方向）への気泡の成長をより促進さ
せることができる。このことによって、発熱部４で生じ
る発泡パワーを、液体が吐出口７から飛翔する液滴の運
動エネルギーへ変換させる効率を向上させることができ
る。
【００４４】以上のように本実施形態のヘッド構成及び
液体吐出動作について説明したが、このような形態によ
れば、気泡の下流側への成長成分と上流側への成長成分
が均等ではなく、上流側への成長成分がほとんどなくな
り上流側への液体の移動が抑制される。上流側への液体
の流れが抑制されるため、上流側に気泡成長成分が損失
することなくそのほとんどが吐出口の方向に向けられ、
吐出力が格段に向上する。さらに、吐出後のメニスカス
の後退量が減少し、その分リフィル時にメニスカスがオ
リフィス面よりも突出する量も減少する。そのためメニ
スカス振動が抑制されることとなり、低周波数から高周
波数まであらゆる駆動周波数に於て安定した吐出を行う
ことができる。言い換えれば、液体の吐出後、メニスカ
スが初期状態に復帰する時間が非常に早くなり、一定量
の液体を吐出するにあたり、吐出周波数（駆動周波数）
を飛躍的に向上させることができる。
【００４５】また、吐出口及び液体供給口が可動部材の
支点側に位置し、液流路の閉塞された側に可動部材の自
由端が位置する構成をとることで、可動部材の自由端の
変位に伴って液体が液体供給口へリフィルされ、液流路
の閉塞された側でも液体の流れを生じさせることができ
るので、残留気泡が液流路内に滞留しにくい液体吐出ヘ
ッドを提供することができる。
【００４６】また、液体としてインクを用いる場合、記
録紙などにインクを高速に定着させたり、黒とカラーと
の境界での色の滲みを解消するために、高粘度のインク
を用いることがあるが、このような場合でも、吐出パワ
ーの飛躍的向上により良好に吐出することができる。ま
た、記録時の環境変化、特に低温・低湿環境下では吐出
口においてインク増粘領域が増え、使用開始時に正常に
インクが吐出されない場合があるが、本発明によれば、
このような環境下でも一発目からインクを良好に吐出す
ることができる。さらには、吐出パワーが飛躍的に向上
することにより、気泡発生手段として用いる発熱部のサ
イズを縮小したりして、吐出のために投入するエネルギ
ーを減らすこともできる。
【００４７】次に、本実施形態の液体吐出ヘッドの製造
方法の一例について図７〜９を参照して説明する。
【００４８】まず、図７（ａ）に示すように、Ｓｉ基板
１２上に、後工程で形成される可動部材８（図１参照）
との微少な間隙を形成するための第１の間隙形成部材と
なるＰＳＧ膜３１を、ＣＶＤによって約１．０μｍの厚
さで形成する。
【００４９】次いで、図７（ｂ）に示すように、ＰＳＧ
膜３１を周知のフォトリソグラフィプロセスを用いてパ
ターニングする。
【００５０】次いで、図７（ｃ）に示すように、ＰＳＧ
膜３１の表面及びＳｉ基板１２上に、プラズマＣＶＤ法
を用いて、可動部材８、及びＳｉ基板１２と可動部材８
との接合部（支持部）となる、ＳｉＮ膜３２を約３．０
μｍの膜厚で形成し、ＰＳＧ膜３１及びＳｉ基板１２を
被覆し、図７（ｄ）に示すように、ＳｉＮ膜３２を可動
部材８の形状にフォトリソグラフィプロセスを用いてパ
ターニングする。
【００５１】次いで、図７（ｅ）に示すように、パター
ニングしたＳｉＮ膜３２上に、液流路３（図１参照）と
なる第２の間隙形成部材として、Ａｌ／Ｃｕ膜３３をス
パッタリング法を用いて約２０μｍの厚さで形成し、こ
のＡｌ／Ｃｕ膜３３を、図７（ｆ）に示すように、酢
酸、燐酸、及び硝酸の混合液を用い、加温エッチングに
より液流路３の形状にパターニングする。
【００５２】次いで、図８（ｇ）に示すように、ＳｉＮ
膜３２及びＡｌ／Ｃｕ膜３３を覆って、流路側壁１０
（図１参照）となるＳｉＮ膜３４をプラズマＣＶＤ法を
用いて約２５μｍの厚さで形成する。
【００５３】次いで、図８（ｈ）に示すように、Ａｌ／
Ｃｕ膜３３及びＳｉＮ膜３４を、ＣＭＰ（Chemical Mec
hanical Polishing）法を用いて、両者の上面が同一平
面を形成するまで研磨し、平坦化する。そして、後述の
フォトリソグラフィプロセスを行う際の基準となるアラ
イメントパターン（不図示）を形成する。
【００５４】次いで、図８（ｉ）に示すように、平坦化
したＡｌ／Ｃｕ膜３３及びＳｉＮ膜３４上に、耐キャビ
テーション膜１３（図１参照）となるＴａ膜３５をスパ
ッタリング法により約２５００Åの膜厚で形成し、更に
その上に、保護膜１４（図１参照）となるＳｉＮ膜３６
をプラズマＣＶＤ法により約５０００Åの膜厚で形成す
る。そして、周知のフォトリソグラフィプロセスを用い
て、ＳｉＮ膜３６及びＴａ膜３５をこの順に、それぞれ
保護膜１４及び耐キャビテーション膜１３の形状にパタ
ーニングする。
【００５５】次いで、図８（ｊ）に示すように、ＳｉＮ
膜３６（保護膜１４）上に、発熱抵抗層１５（図１参
照）となるＴａＳｉＮ膜３７を約５００Åの膜厚で形成
する。さらにその上に、図８（ｋ）に示すようにＡｌ膜
３８を約５０００Åの膜厚で形成し、このＡｌ膜３８を
フォトリソグラフィプロセスを用いてパターニングし、
図９（ｌ）に示すように、電気配線１６ａ，１６ｂを得
る。その後、ＴａＳｉＮ膜３７を発熱抵抗層１５の形状
にパターニングする。
【００５６】次いで、図９（ｍ）に示すように、プラズ
マＣＶＤ法を用いて、液体吐出ヘッドの最外層となるＳ
ｉＮ膜１７を約５．０μｍの厚さで形成し、その表面を
ＣＭＰ法を用いて平坦に研磨する。
【００５７】さらに、このＳｉＮ膜１７に、フッ素原子
を有する撥水性膜（不図示）を高温下でコートする。こ
の材料としては、フッ素原子を有する有機化合物、特に
フルオロアルキル基をを有する有機物、ジメチルシリキ
サン骨格を有する有機ケイ素化合物等が使用できる。
【００５８】フッ素原子を有する有機化合物としては、
フルオロアルキルシラン、フルオロアルキル基を有する
アルカン、カンボン酸、アルコール、アミン等が望まし
い。具体的には、フルオロアルキルシランとしては、ヘ
プタデカフルオロ−１，１，２，２−テトラハイドロデ
シルトリメトキシシラン、ヘプタデカフルオロ−１，
１，２，２−テトラハイドロトリクロオシラン；フルオ
ロアルキル基を有するアルカンとしては、オクタフルオ
ロシクロブタン、パーフルオロメチルシクロヘキサン、
パーフルオロ−ｎ−ヘキサン、パーフルオロ−ｎ−ヘプ
タン、テトラデカフルオロ−２−メチルペンタン、パー
フルオロドデカン、パーフルオロオイコサン；フルオロ
アルキル基を有するカルボン酸としては、パーフルオロ
デカン酸、パーフルオロオクタン酸；フルオロアルキル
基を有するアルコールとしては、３，３，４，４，５，
５，５−ヘプタフルオロ−２−ペンタノール；フルオロ
アルキル基を有するアミンとしては、ヘプタデカフルオ
ロ−１，１，２，２−テトラハイドロデシルアミン等が
挙げられる。ジメチルシロキサン骨格を有する有機ケイ
素化合物としては、α，ｗ−ビス（３−アミノプロピ
ル）ポリジメチルシロキサン、α，ｗ−ビス（ビニル）
ポリジメチルシロキサン等が挙げられる。
【００５９】また、最外表面の撥水処理としては、テフ
ロン（デュポン社登録商標）を約５．０μｍの厚さで塗
布した後、約４００℃の高温で焼結させることも可能で
ある。さらには、プラズマＣＶＤ法にて、最外表面層に
フッ素プラズマ処理を行うことも可能である。
【００６０】次いで、誘電結合プラズマを使ったエッチ
ング装置を用いて、図９（ｎ）に示すように、吐出口７
を形成する。このとき、第２の間隙形成部材であるＡｌ
−Ｃｕ膜３３をエッチングストップ層に利用する。
【００６１】次に、Ｓｉ基板１２の共通液体供給室６と
なる部分、及び第１の間隙形成部材であるＰＳＧ膜３１
を、ＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムハイドライ
ド）を用いてエッチングにより除去し、図９（ｏ）に示
すように、共通液体供給室６、液体供給口５及びＳｉ基
板１２とＳｉＮ膜３２との間の間隙を形成する。
【００６２】最後に、液体供給口５及び吐出口７を介し
て、第２の間隙形成部材であるＡｌ／Ｃｕ膜３３を、酢
酸、燐酸、及び硝酸の混合液を用いて加温エッチングに
より除去する。
【００６３】以上のようにして、図１に示したように、
Ｓｉ基板１２に、可動部材８、液流路３、液体供給口５
及び吐出口７を配した液体吐出ヘッドを形成することが
できる。
【００６４】（その他の実施形態）以下に、上述した液
体吐出ヘッドが適用可能なその他の実施形態について説
明する。
【００６５】＜可動部材＞上述の実施形態において、可
動部材を構成する材質としては吐出液に対して耐溶剤性
があり、可動部材として良好に動作するための弾性を有
しているものであればよい。
【００６６】可動部材の材料としては、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としてはμｍオーダーの厚さを対象
にしている。
【００６７】次に、発熱部と可動部材の配置関係につい
て説明する。発熱部と可動部材の最適な配置によって、
発熱部による発泡時の液体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。
【００６８】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１
０の破線に示すように、発熱部表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、発熱部上の
コゲの様子から、この非発泡有効領域Ｓが発熱部の周囲
に存在していることがわかる。これらの結果から、発熱
部周囲の約４μｍ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、気泡
発生手段を含む液流路が吐出口を除いて実質的に遮蔽さ
れていることで最大の吐出量が規制されるため、図１０
の実線で示すように、発熱部表面積や発泡パワーのばら
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大ドットの吐出量安定化が図
れる。
【００６９】〈発熱部〉上述した実施形態においては、
液流路内の液体に気泡を発生させるための気泡発生手段
として、電気信号に応じて発熱する発熱抵抗層を含む発
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、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ものであってもよ
い。
【００７０】なお、図１に示した天板部２には、発熱部
４を構成する発熱抵抗層１５とこの抵抗層１５に電気信
号を供給するための電気配線１６ａ，１６ｂの他に、こ
の発熱部４（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。
【００７１】また、前述のような発熱部４を駆動し、液
体を吐出するためには、前述の発熱抵抗層１５に電気配
線１６ａ，１６ｂを介して図１１に示されるような矩形
パルスを印加し、電気配線１６ａ，１６ｂ間の発熱抵抗
層１５を急峻に発熱させる。前述の実施形態の液体吐出
ヘッドにおいては、それぞれ電圧２４Ｖ、パルス幅７μ
ｓｅｃ、電流１５０ｍＡ、電気信号を６ｋＨｚで加える
ことで発熱部を駆動させ、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。
【００７２】＜吐出液体＞このような液体のうち、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。
【００７３】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
体などであっても利用できる。
【００７４】ただし、吐出液の性質として吐出液自身、
吐出や発泡または可動部材の動作などを妨げないような
液体でないことが望まれる。
【００７５】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。
【００７６】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表１に示すような組成の染
料インクを用いて記録を行った。またこの染料インクの
粘度は、２ｃＰ（２×１０-3Ｐａ・ｓ）であった。
【００７７】
【表１】 このような組成のインクを用いても、本発明の液体吐出
ヘッドにより吐出力が向上し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。
【００７８】＜液体吐出装置＞図１２は、上述の各種の
実施形態で説明した構造の液体吐出ヘッドを装着して適
用することのできる液体吐出装置の一例であるインクジ
ェット記録装置の概略構成を示している。図１２に示さ
れるインクジェット記録装置６００に搭載されたヘッド
カートリッジ６０１は、上述した構造の液体吐出ヘッド
と、その液体吐出ヘッドに供給される液体を保持する液
体容器とを有するものである。ヘッドカートリッジ６０
１は、図１２に示すように、駆動モータ６０２の正逆回
転に連動して駆動力伝達ギヤ６０３および６０４を介し
て回転するリードスクリュー６０５の螺旋溝６０６に対
して係合するキャリッジ６０７上に搭載されている。駆
動モータ６０２の動力によってヘッドカートリッジ６０
１がキャリッジ６０７ともとにガイド６０８に沿って矢
印ａおよびｂの方向に往復移動される。インクジェット
記録装置６００には、ヘッドカートリッジ６０１から吐
出されたインクなどの液体を受ける被記録媒体としての
プリント用紙Ｐを搬送する被記録媒体搬送手段（不図
示）が備えられている。その被記録媒体搬送手段によっ
てプラテン６０９上を搬送されるプリント用紙Ｐの紙押
さえ板６１０は、キャリッジ６０７の移動方向にわたっ
てプリント用紙Ｐをプラテン６０９に対して押圧する。
【００７９】リードスクリュー６０５の一端の近傍に
は、フォトカプラ６１１および６１２が配設されてい
る。フォトカプラ６１１および６１２は、キャリッジ６
０７のレバー６０７ａの、フォトカプラ６１１および６
１２の領域での存在を確認して駆動モータ６０２の回転
方向の切り換えなどを行うためのホームポジション検知
手段である。プラテン６０９の一端の近傍には、ヘッド
カートリッジ６０１の吐出口のある前面を覆うキャップ
部材６１４を支持する支持部材６１３が備えられてい
る。また、ヘッドカートリッジ６０１から空吐出などさ
れてキャップ部材６１４の内部に溜まったインクを吸引
するインク吸引手段６１５が備えられている。このイン
ク吸引手段６１５によりキャップ部材６１４の開口部を
介してヘッドカートリッジ６０１の吸引回復が行われ
る。
【００８０】インクジェット記録装置６００には本体支
持体６１９が備えられている。この本体支持体６１９に
は移動部材６１８が、前後方向、すなわちキャリッジ６
０７の移動方向に対して直角な方向に移動可能に支持さ
れている。移動部材６１８には、クリーニングブレード
６１７が取り付けられている。クリーニングブレード６
１７はこの形態に限らず、他の形態の公知のクリーニン
グブレードであってもよい。さらに、インク吸引手段６
１５による吸引回復操作にあたって吸引を開始するため
のレバー６２０が備えられており、レバー６２０は、キ
ャリッジ６０７と係合するカム６２１の移動に伴って移
動し、駆動モータ６０２からの駆動力がクラッチ切り換
えなどの公知の伝達手段で移動制御される。ヘッドカー
トリッジ６０１に設けられた発熱体に信号を付与した
り、前述した各機構の駆動制御を司ったりするインクジ
ェット記録制御部は記録装置本体側に設けられており、
図１４では示されていない。
【００８１】上述した構成を有するインクジェット記録
装置６００では、前記の被記録媒体搬送手段によりプラ
テン６０９上を搬送されるプリント用紙Ｐに対して、ヘ
ッドカートリッジ６０１がプリント用紙Ｐの全幅にわた
って往復移動する。この移動時に不図示の駆動信号供給
手段からヘッドカートリッジ６０１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部から被記録
媒体に対してインク（記録液体）が吐出され、記録が行
われる。
【００８２】図１３は、本発明の液体吐出装置によりイ
ンクジェット式記録を行なうための記録装置全体のブロ
ック図である。
【００８３】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ーフェイス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ＣＰＵ（中央処理装
置）３０２に入力される。ＣＰＵ３０２はＲＯＭ（リー
ド・オンリー・メモリー）３０３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ＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリー）３０４
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。 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ヘッドカートリッ
ジ６０１を搭載したキャリッジ６０７を移動する駆動用
モータ６０２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、ヘッドカート
リッジ６０１および駆動用モータ６０２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。
【００８４】このような記録装置に用いられ、インク等
の液体の付与が行われる被記録媒体１５０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。
【００８５】また、この記録装置として、各種の紙やＯ
ＨＰ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、または布帛に記録を行う捺染装置
等をも含むものである。
【００８６】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。
【００８７】
【発明の効果】以上説明したように本発明の液体吐出ヘ
ッド及び液体吐出装置によれば、気泡発生手段によって
発生した機能に基づいて液流路と液体供給口との連通状
態を可動部材によって遮断し、気泡成長による圧力波の
大部分を吐出口側へ向ける構成とすることで、吐出パワ
ーを飛躍的に向上させることができる。その結果、液体
として高粘度のものを用いたり、環境変化によって液体
の粘度が増加した場合においても、液体を良好に吐出す
ることができる。また、液体供給口が実質的に密閉され
ることで、液体の吐出後の吐出口におけるメニスカスの
後退量が抑えられ、吐出後のメニスカスの復帰が急速に
行われるので、高精度（定量）の液体を吐出するにあた
り、吐出周波数（駆動周波数）を飛躍的に向上させるこ
とができる。 また、本発明の液体吐出ヘッドの製造方
法によれば、吐出パワー及び吐出周波数が飛躍的に向上
した本発明の液体吐出ヘッドを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による液体吐出ヘッドの１
つの液流路の長手方向に沿った断面図である。
【図２】図１に示した液体吐出ヘッドのＹ−Ｙ’線断面
図である。
【図３】図１及び図２に示した構造の液体吐出ヘッドの
吐出動作を説明するために、液体吐出ヘッドを液流路方
向に沿った切断図で示すとともに、特徴的な現象を分け
て示したものである。
【図４】図３の続きの吐出動作を説明するために、液体
吐出ヘッドを液流路方向に沿った切断図で示したもので
ある。
【図５】図３（ｂ）の気泡の等方的な成長状態を示す図
である。
【図６】図２及び図３におけるＡ領域とＢ領域での気泡
成長の時間変化と可動部材の挙動との相関関係を表した
グラフである。
【図７】図１及び図２に示した液体吐出ヘッドの製造方
法を説明するための図である。
【図８】図１及び図２に示した液体吐出ヘッドの製造方
法を説明するための図であり、図７の工程の続きを示
す。
【図９】図１及び図２に示した液体吐出ヘッドの製造方
法を説明するための図であり、図８の工程の続きを示
す。
【図１０】発熱部表面積とインク吐出量との相対関係を
示すグラフである。
【図１１】本発明の液体吐出ヘッドに使用する発熱部を
駆動する波形の図である。
【図１２】本発明の液体吐出ヘッドを搭載した液体吐出
装置の概略構成を示す図である。
【図１３】本発明の液体吐出方法および液体吐出ヘッド
において液体吐出記録を行なうための装置全体のブロッ
ク図である。
【図１４】従来の液体吐出ヘッドにおける可動部材の様
子を示す断面図である。
【符号の説明】
１ 基板部 ２ 天板部 ３ 液流路 ４ 発熱部 ５ 液体供給口 ６ 共通液体供給室 ７ 吐出口 ８ 可動部材 ８Ａ 支点 ８Ｂ 自由端 １０ 流路側壁 １１ 気泡発生領域 １２ Ｓｉ基板 １３ 耐キャビテーション膜 １４ 保護膜 １５ 発熱抵抗層 １６ａ，１６ｂ 電気配線 １７，３２，３４，３６ ＳｉＮ膜 ２１ 気泡 ３１ ＰＳＧ膜 ３３ Ａｌ／Ｃｕ膜 ３５ Ｔａ膜 ３７ ＴａＳｉＮ膜 ３８ Ａｌ膜 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 ３０７ ヘッドドライバ ６００ インクジェット記録装置 ６０１ ヘッドカートリッジ ６０２ 駆動モータ ６０３、６０４ 駆動伝達ギア ６０５ リードスクリュー ６０６ 螺旋溝 ６０７ キャリッジ ６０７ａ レバー ６０８ ガイド ６０９ プラテン ６１０ 紙押さえ板 ６１１、６１２ フォトカプラ ６１３ 支持部材 ６１４ キャップ部材 ６１５ インク吸引手段 ６１７ クリーニングブレード ６１８ 移動部材 ６１９ 本体支持体 ６２０ レバー ６２１ カム
フロントページの続き (72)発明者 井上 良二 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 竹之内 雅典 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 Ｆターム(参考） 2C057 AF08 AF41 AF52 AG30 AG33 AG46 AG76 AG83 AJ02 AJ03 AJ04 AJ10 AN01 AP02 AP14 AP22 AP33 AP52 AP53 AP60 AQ02 AR12 BA03 BA13

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 液体を吐出するための吐出口と、 液体供給口から液体が供給され、該液体に気泡を発生さ
    せる気泡発生手段を備えるとともに一端部が前記吐出口
    と連通している液流路と、 前記液流路内に前記液体供給口と間隙を有して前記気泡
    発生手段に対応して配置された可動部材とを有し、 前記液体供給口への前記可動部材の投影領域は前記液体
    供給口の開口領域よりも大きく、 前記気泡発生手段は、前記液流路の前記液体供給口が開
    口した壁面と対向する壁面に前記可動部材を間において
    設けられ、 前記可動部材は、前記液流路の一端側を支点とし、前記
    可動部材の自由端が前記液流路の閉塞された側に配さ
    れ、 前記気泡発生手段は前記可動部材の自由端と同一方向の
    対向する位置に設けられ、 前記液体供給口は、前記可動部材の支点側で前記液流路
    に開口しており、且つ、前記吐出口が、前記可動部材の
    支点側に位置していることを特徴とする液体吐出ヘッ
    ド。
  2. 【請求項２】 液体を吐出するための吐出口と、 液体供給口から液体が供給され、該液体に気泡を発生さ
    せる気泡発生手段を備えるとともに前記吐出口と連通し
    ている液流路と、 前記液流路内に前記液体供給口と間隙を有して前記気泡
    発生手段に対応して配置された可動部材とを有し、 前記液体供給口への前記可動部材の投影領域は前記液体
    供給口の開口領域よりも大きく、 前記液流路は一端部が前記吐出口と連通し、 前記可動部材は、前記気泡発生手段により発生する気泡
    が大きく成長する側に支点を有するとともに、前記気泡
    の成長が抑制される側に自由端を有し、 前記液体供給口は、前記可動部材の支点側で前記液流路
    に開口しており、 前記気泡発生手段による気泡の発生により前記可動部材
    が前記液体供給口を実質的に密閉し、前記気泡の発生に
    基づく圧力波の伝搬を、前記可動部材の支点側に配され
    た前記吐出口側に集中させることで前記吐出口から液体
    を吐出させ、 前記気泡の消泡とともに前記可動部材の自由端が前記気
    泡発生手段側に変位し、前記可動部材の支点側に配され
    た前記液体供給口が前記液流路と連通することで前記液
    流路から前記液流路に液体が供給される液体吐出ヘッ
    ド。
  3. 【請求項３】 請求項１または２に記載の液体吐出ヘッ
    ドと、該液体吐出ヘッドから吐出された液体を受け取る
    被記録媒体を搬送する搬送手段とを備えた液体吐出装
    置。
  4. 【請求項４】 前記液体吐出ヘッドからインクを吐出
    し、前記被記録媒体に該インクを付着させることで記録
    を行う、請求項３に記載の液体吐出装置。
  5. 【請求項５】 液体を吐出するための吐出口と、液体供
    給口から液体が供給され、該液体に気泡を発生させる気
    泡発生手段を備えるとともに前記吐出口と連通している
    液流路と、前記液流路内に前記液体供給口と間隙を有し
    て前記気泡発生領域に対応して配置された可動部材とを
    有し、前記液体供給口への前記可動部材の投影領域が前
    記液体供給口の開口領域よりも大きい液体吐出ヘッドの
    製造方法であって、 第１の基板上に、前記液体供給口と前記可動部材との間
    隙を形成するための第１の間隙形成部材を形成する工程
    と、 前記第１の基板及び第１の間隙形成部材を覆って、前記
    可動部材となる材料膜を形成する工程と、 前記材料膜を、前記液流路の一端側を支点とし他端側を
    自由端とする片持ち梁形状にパターニングする工程と、 前記材料膜上の前記液流路となる部位に第２の間隙形成
    部材を形成する工程と、 前記材料膜及び第２の間隙形成部材上に、前記液流路の
    側壁となる壁材を形成する工程と、 前記第２の間隙形成部材及び壁材を両者が同一平面を形
    成するように平坦化する工程と、 前記平坦化した第２の間隙形成部材及び壁材上に、前記
    気泡発生手段を含む第２の基板を形成する工程と、 前記第２の基板の、前記液流路の一端側に相当する部位
    に前記吐出口を形成する工程と、 前記第１の基板に、前記可動部材の投影領域よりも小さ
    い開口領域で前記液体供給口を開口するとともに、前記
    第１の間隙形成部材を除去する工程と、 前記液体供給口及び吐出口を介して前記第２の間隙形成
    部材を除去する工程とを有することを特徴とする液体吐
    出ヘッドの製造方法。
  6. 【請求項６】 前記第２の基板を形成する工程は、発熱
    抵抗層を形成する工程と、該発熱抵抗層に電気エネルギ
    ーを供給するための電気配線層を形成する工程とを含
    む、請求項５に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
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