JP2002103623A

JP2002103623A - 液体吐出方法

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Publication number: JP2002103623A
Application number: JP2001218310A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Ishinaga; 博之石永; Yoshinori Misumi; 義範三隅; Yoichi Tanetani; 陽一種谷; Hiroyuki Sugiyama; 裕之杉山; Sadayuki Sugama; 定之須釜
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2000-07-27
Filing date: 2001-07-18
Publication date: 2002-04-09
Anticipated expiration: 2021-07-18
Also published as: JP3787507B2

Abstract

(57)【要約】【課題】可動部材１１を有する液体吐出ヘッドを用い
て、高い周波数で連続して液体を吐出させる。【解決手段】第１の吐出滴６６ａを吐出させるために
形成された気泡４０は、気泡形成過程で可動部材１１が
共通液室６側を実質的に閉鎖することにより、吐出口４
側に大きく成長し、消泡過程で可動部材１１が流路３の
共通液室６側を開放することにより、共通液室６側で速
く消泡し、発熱体１０の吐出口４側に残った状態にな
る。この状態では、共通液室６側で気泡４０が消泡して
いるので発熱体１０の吐出口４側まで一定の液体がリフ
ィルされており、気泡４０が消泡しきっていないので、
メニスカスは比較的液体吐出面の近くに位置している。
そこで、この状態から第２の吐出滴６６ｂの吐出を開始
するようにすれば、短い間隔で連続して良好に液体を吐
出させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、熱エネルギーを液
体に作用させることで起こる気泡の発生によって、所望
の液体を吐出する液体吐出方法と、液体吐出ヘッドおよ
び液体吐出装置に関し、特に、気泡の発生を利用して変
位する可動部材を用いた液体吐出方法に関する。

【０００２】また、本発明は、紙、糸、繊維、布帛、皮
革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックス
等の被記録媒体に対し記録を行うプリンタ、複写機、通
信システムを有するファクシミリ、プリンタ部を有する
ワードプロセッサ等の装置、さらには各種処理装置と複
合的に組み合わせた産業用記録装置に適用できる発明で
ある。

【０００３】なお、本発明における、「記録」とは、文
字や図形等の意味を持つ画像を被記録媒体に対して付与
することだけでなく、パターン等の意味を持たない画像
を付与することをも意味する。

【０００４】

【従来の技術】熱等のエネルギーをインク（液体）に与
えることで、液体に急峻な体積変化（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
よって吐出口から液体を吐出し、これを被記録媒体上に
付着させて画像形成を行なう液体ジェット記録方法、い
わゆるバブルジェット（登録商標）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、液体を吐出するための吐出口と、
この吐出口に連通する液体流路と、液体流路内に配され
た液体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液体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】このような記録方法により記録を行う、従
来例の液体吐出ヘッドの電気熱変換体の周りの模式的断
面図を図１０に示す。同図に示す例では、電気熱変換体
は、抵抗層１００と、その上に積層され、間隔をあけて
対として形成されている電極１０１ａ，１０１ｂとから
構成されている。すなわち、電圧を印加することにより
発熱を生じる発熱部１０５が、電極１０１ａと電極１０
１ｂとの間に形成され、この部分が、膜沸騰により気泡
が形成される気泡発生領域となる。そして、抵抗層１０
０と電極１０１ａ，１０１ｂの上には、これらを保護す
る２層の保護層１０２，１０３がさらに形成されてい
る。

【０００７】発熱部１０５での発熱により気泡１０４を
生じさせることによって液体を吐出させる吐出口は、吐
出口Ｓのように発熱部１０５に対向する位置に設けられ
る場合（いわゆるサイドシュータ型）と、吐出口Ｅのよ
うに側方に設けられる場合（いわゆるエッジシュータ
型）とがある。いずれの場合でも、このような構成の液
体吐出ヘッドにおいて、気泡１０４は、流路抵抗が比較
的小さい液室側Ｘに向かって比較的大きく成長し、その
ため消泡位置１０６は、発熱部１０５の中央域またはや
や液室側になる場合が多い。

【０００８】このように、図１０に示したような液体吐
出ヘッドにおいては、気泡１０４の成長に伴って液体が
液室側Ｘに比較的大きく押し戻される。したがって、吐
出口側に形成される液体と外気との界面であるメニスカ
スは、液体吐出後、消泡に伴って比較的大きく後退し、
比較的大きく振動する。また、消泡過程においては、液
室側から発熱部１０５に向かう液体の流れと、吐出口か
ら発熱部１０５に向かう液体の流れとがほぼ同程度に生
じ、このため吐出口側への液体のリフィルが実質的に開
始されるタイミングが、吐出口側からの液体の流れがほ
ぼ収束した後となり比較的遅いため、メニスカスが定常
位置に復帰し安定するまでには比較的長い時間がかか
る。このため、連続して液体を吐出させる場合には、吐
出の時間間隔を比較的長くとる必要があり、良好に液体
を吐出することが可能な駆動周波数には限界がある。

【０００９】また、液体吐出ヘッドとしては、気泡発生
領域に設けられ気泡の成長に伴い変位する可動部材と、
可動部材の変位を所望の範囲に規制する規制部とを備
え、規制部が液流路の気泡発生領域に対向して設けら
れ、変位した可動部材と規制部との実質的な接触によっ
て、気泡発生領域を有する液流路が吐出口を除いて、実
質的に閉じた空間となる構成のものが知られている。こ
の液体吐出ヘッドでは、気泡成長時には可動部材が気泡
発生領域の上流側流路を実質的に閉鎖するように変位す
るため、気泡成長時に上流側へ押し戻されるの液体は比
較的少ない。また、消泡時には可動部材が上流側の流路
抵抗を小さくするように変位し、気泡発生領域の上流側
での消泡が促進されて下流側より先行して行われる。こ
のため、メニスカスの後退量が小さく、液体のリフィル
が効率良く行われる。

【００１０】また、液体吐出ヘッドでは、液体に溶け込
んでいた気体が気泡形成時に開放されるなどして、液体
流路内に微小気泡が形成され残留する場合がある。そこ
で、この微小気泡が多量に残留して吐出動作に支障が生
じないように、吐出口付近の液体を吸い出して微小気泡
を取り除くなどの回復動作が定期的に行われる。これに
対して、可動部材を備えた液体吐出ヘッドでは、液体が
上流側に押し戻されることが少ないので、微小気泡は、
吐出動作に支障をきたすほどに増える前に吐出口から放
出され、残留することが少ない。このため、比較的長期
に亘って連続記録を行うことができ、最高では１００枚
以上の記録を連続して行うことも可能である。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】前述のように、可動部
材を備えた液体吐出ヘッドは、メニスカスの大きな後退
を生じることなく迅速に液体のリフィルを行うことがで
きるので、比較的短い時間間隔で液体の吐出を行うこと
ができ、比較的高い周波数での駆動が可能であるという
利点を有している。

【００１２】そして、従来、より高い周波数での駆動を
行えるようにするためには、先の吐出のために形成され
る気泡をより早く消泡させて、次の吐出を行うようにす
ることが実用上有効であると考えられている。なぜなら
ば、次の吐出を良好に行うためには、メニスカスが振動
過程を経て定常位置に復帰し安定してリフィルが完了し
た後に次の吐出を行う必要があると考えられており、こ
のリフィルの完了、メニスカスの復帰安定は、消泡が終
了することによってもたらされるものであるからであ
る。

【００１３】しかしながら、消泡を完了させるには理論
的にも一定の時間が必要であり、この時間が駆動間隔に
限界をもたらすものとなってしまう。すなわち、液体吐
出を行うために数μｓ幅の電圧パルスを印加して、気泡
の発生・成長・消泡の期間は、応答遅れを考慮して、パ
ルス印加開始から３０〜５０μｓ程度とすることができ
る。そこで、消泡後に即時次ぎのパルスを印加して、次
ぎの吐出を行わせたとしても、駆動周波数は２０〜３０
ｋＨｚが限界である。そこで本発明者達は、このような
現実を打破しなければ技術の発展はないと考え、鋭意研
究を重ねた。

【００１４】すなわち、本発明の目的は、液体吐出をよ
り高い周波数で行うことに関する従来の限界を打破する
ことにあり、本発明は、より高い周波数で連続して液体
吐出を行うことができる新規な液体吐出方法を提案しよ
うとするものである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】前述の目的を達成するた
めの研究の中で得られた発想、知見はやはり逆転の発想
であった。すなわち、本発明による液体吐出方法は、液
体中に気泡を発生させるための熱エネルギーを発生する
発熱体と、液体を吐出する部分である吐出口と、吐出口
に連通するとともに、液体に気泡を発生させる気泡発生
領域を有する液流路と、該液流路に液体を供給する液室
と、気泡発生領域に設けられ気泡の成長に伴い変位する
可動部材と、可動部材の変位を所望の範囲に規制する規
制部とを備え、発熱体と吐出口とが直線的連通状態とな
っており、気泡発生時のエネルギーにより吐出口から液
体を吐出する液体吐出ヘッドであって、規制部は液流路
の気泡発生領域に対向して設けられ、変位した可動部材
と規制部との実質的な接触によって、気泡発生領域を有
する液流路が吐出口を除いて、実質的に閉じた空間とな
る液体吐出ヘッドを用い、同一の吐出口から連続的に複
数の吐出液滴を吐出させる液体吐出方法であって、先の
液体吐出のために形成された気泡の消泡開始後で、気泡
が気泡発生領域の吐出口側に偏って残存し、かつ気泡発
生領域の液室側には気泡が存在しない部分が生じている
状態下で、続く液体吐出のための駆動エネルギーを発熱
体に供給して液体を発泡させることを特徴とする。

【００１６】本発明は、先の液体吐出時に形成された気
泡の消泡終了後に次の吐出のための駆動を行うのではな
く、先の液体吐出により形成された気泡を利用しつつ、
続く吐出用の気泡形成と吐出とのバランスを考慮したタ
イミングで連続した吐出を行うようにする画期的な発明
である。

【００１７】本発明は、前述した効率のよいリフィル特
性を与える可動部材に着目し、可動部材を備える液体吐
出ヘッドにおいて、消泡位置が気泡発生領域の吐出口側
に位置することをヒントとして、気泡の変化とメニスカ
スの位置との関係から、先の液体吐出時の消泡が終了す
る前に、良好に液体吐出を行うことができるタイミング
があることを見出すことでなされたものである。

【００１８】すなわち、可動部材を備える液体吐出ヘッ
ドでは、先の液体吐出の消泡工程中において、先の液体
吐出のために形成された、消泡しつつある気泡が気泡発
生領域の吐出口側に存在し、かつそれよりも液室側には
気泡が無い状態となるタイミングがある。そしてこのタ
イミングでは、メニスカスの後退は始まってはいるもの
の最大とはなっていない。また、発熱体の可動部材側は
消泡されているために、液体の補充は実質的に完了して
おり、十分なリフィル状態にある。したがって、このタ
イミングで、液体吐出ヘッドは、次の吐出を行うのに極
めて有利な状態にあり、このタイミングで次の液体吐出
のための駆動エネルギーを発熱体に供給して液体を発泡
させることにより、連続した液体吐出を良好に行うこと
ができる。このタイミングで連続した液体吐出を行うこ
とは、従来のように消泡完了後に次の液体吐出を行う場
合に比べて、非常に短い間隔で連続して液体吐出を行う
ことを意味している。

【００１９】本発明の液体吐出方法では、先の液体吐出
時に形成された気泡が下流側で一部残存した状態で続く
液体吐出のための駆動エネルギーを発熱体に供給するの
で、２発目以降の液体吐出時に、下流側に一部残存した
気泡の消泡に伴う、上流側からの液流が作用する。これ
によって、続く液体吐出のための液体吐出のエネルギー
効率を向上させることができる。また、上流側からの液
流の作用によって、２発目以降の液体吐出時に吐出され
る吐出液滴の体積を、定常状態から液体吐出を行った時
の吐出液滴の体積よりも大きくできる。また、上流側か
らの液流が、続く液体吐出時の液体の流れを加速するよ
うにすることができ、２発目以降の液体吐出時の吐出液
滴の速さを、定常状態から液体吐出を行った時の吐出液
滴の速さよりも速くすることができる。

【００２０】このような先の液体吐出時に形成された気
泡の消泡に伴う液流は、消泡が進行するの伴って、消泡
の終了間際には減速する。このため、先の液体吐出時に
形成された気泡の消泡が終了する前に２発目以降の発泡
を開始することによって、上述のような液流の作用を効
果的に得ることができる。

【００２１】このように、通常時よりも連続する吐出液
滴の体積を大きくしたり、速さを速くしたりできること
は、多階調記録を行うのに好都合であるなどの利点を与
えるものである。

【００２２】前述のように、本発明による液体吐出方法
によれば、非常に短い時間間隔で連続して液体吐出を行
うことができる。そこで、先の液体吐出時において、吐
出液滴の後方に尾を引く部分が分離されて形成されたサ
テライトを、続く液体吐出時の吐出液滴が捕獲するよう
にすることもできる。このように、続く吐出液滴がサテ
ライトを捕獲できるようにすることは、多階調記録を行
うのに好都合であるなどの利点を与えるものである。

【００２３】先の吐出液滴に続く吐出液滴がサテライト
を捕獲するようにすることは、本発明の液体吐出方法に
より、非常に短い時間間隔で連続して液体吐出を行うよ
うにすることで始めて達成できるものである。そこで、
本発明による液体吐出方法は、液流路中に満たされた液
体を発熱体により加熱し、液体中に気泡を発生させる工
程と、気泡発生時のエネルギーにより液流路に連通する
吐出口から液体を吐出させて吐出滴を形成し吐出させる
工程とを有し、これらの工程を複数回繰り返して連続的
に複数の吐出滴を吐出させる液体吐出方法であって、サ
テライトを、サテライトが液柱状の形状であるうちに、
続く液体吐出により吐出された吐出液滴が捕獲し、この
吐出液滴とサテライトとが一体化されることを特徴とす
るものであるということができる。サテライトは飛翔過
程で表面張力によりほぼ球形状になるが、本発明による
液体吐出方法では、上述のように、サテライトが形成さ
れた直後の、液柱状の形状であるうちに吐出液滴による
捕獲が行われるようにすることができる。

【００２４】また、本発明による液体吐出方法では、連
続吐出の２回目以降の液体吐出に、先の液体吐出時に供
給したエネルギーの一部を続く液体吐出に効果的に寄与
させることができるので、２回目以降の液体吐出時に、
１回目の液体吐出時に発熱体に供給するエネルギよりも
小さいエネルギーを発熱体に供給して、１回目の液体吐
出時と同等またはそれ以上の液滴量、液滴速度で２回目
の液体吐出を行うことができる。

【００２５】このように、連続吐出の２回目以降の液体
吐出時に発熱体に供給するエネルギーを１回目よりも小
さくすることは、特に、２回目の液体吐出時に発熱体に
印加する電圧パルスのパルス幅を１回目よりも小さくす
ることによって行なうことができる。

【００２６】

【発明の実施の形態】図１は本発明の実施形態の液体吐
出に用いる液体吐出ヘッドの要部の側断面模式図であ
る。また、図２（ａ）〜図２（ｅ）は、図１に示した液
体吐出ヘッドからの液体の単発吐出過程を説明する図で
ある。

【００２７】まず図１を用いて、液体吐出ヘッドの構成
について説明する。

【００２８】この液体吐出ヘッドは、気泡発生手段であ
る発熱体１０と可動部材１１とを有する素子基板１、ス
トッパ（規制部）１２の形成された天板２及び吐出口４
の形成されたオリフィスプレート５を有する。

【００２９】液体が流れる流路（液流路）３は、素子基
板１と天板２とが積層状態で固着されることで形成され
ている。また、流路３は、１つの液体吐出ヘッドに複数
並列に形成されており、下流側（図１左側）に形成され
た、液体を吐出する吐出口４に連通している。発熱体１
０と液体の接する面の近傍領域には気泡発生領域が存在
する。また、これら各流路３の上流側（図１右側）に同
時に連通するように、大容積の共通液室６が設けられて
いる。つまり、各流路３は、単一の共通液室６から分岐
した形状となっている。この共通液室６の液室高さは、
流路３の流路高さよりも高く形成されている。

【００３０】可動部材１１は、一端支持の片持ち梁状で
あり、インク（液体）の流れの上流側で素子基板１に固
定され、支点１１ａより下流側が素子基板１に対して上
下方向に移動可能である。そして、可動部材１１は、初
期状態においては、素子基板１との間に隙間を保ちつつ
素子基板１に略平行に位置する。

【００３１】素子基板１に配設された可動部材１１は、
自由端１１ｂが発熱体１０のほぼ中央領域に位置するよ
うに配設されている。また、天板２に設けられたストッ
パ１２は、可動部材１１の自由端１１ｂがストッパ１２
に接触することで自由端１１ｂの上方への変位量を規制
するものである。可動部材１１がストッパ１２に接触す
ることによる、可動部材１１の変位量規制時（可動部材
接触時）には、可動部材１１及びストッパ１２により、
流路３は、可動部材１１及びストッパ１２より上流側と
可動部材１１及びストッパ１２より下流側とが実質的に
遮断されることとなる。

【００３２】自由端１１ｂの位置Ｙと、ストッパ１２の
端Ｘとは、素子基板１に対して垂直な面上に位置してい
ることが好ましい。さらに好ましくは、これらＸ、Ｙが
発熱体１０の中心であるＺとともに基板に対して垂直な
面上に位置していることが好ましい。

【００３３】また、ストッパ１２から下流側の流路３の
高さは急激に高くなる形状となっている。この構成によ
り気泡発生領域の下流側の気泡は、可動部材１１がスト
ッパ１２によって規制された際にも十分な流路高さを有
しているため、気泡の成長を阻害することがないため吐
出口４に向かって液体をスムーズに向かわせることがで
きると共に吐出口４の下端から上端までの高さ方向での
圧力バランスの不均一が少なくなるため、良好な液体の
吐出を行うことができる。なお、従来の可動部材１１を
もたない液体吐出ヘッドにおいて、このような流路構成
を採った場合においてはストッパ１２の下流側で流路高
さが高くなっている部分によどみが生じ、このよどみ部
分に気泡が滞留しやすくなり、好ましいものではなかっ
たが、本実施形態においては、上述したように液体の流
れがこのよどみ部分まで及ぶため気泡滞留の影響は極め
て少なくなる。

【００３４】さらに、ストッパ１２を境として共通液室
６側の天井形状は急激にたちあがるようになっている。
この構成で可動部材１１がない場合には、気泡発生領域
の下流側の流体抵抗が上流側の流体抵抗よりも小さくな
るため、吐出に用いられる圧力は吐出口４側に向かいに
くいものであったが、本実施形態においては、気泡形成
時には可動部材１１により気泡発生領域の上流側への気
泡の移動が実質的に遮断されているため、吐出に用いら
れる圧力は積極的に吐出口４側へ向かうと共に、液体供
給時においては気泡発生領域の上流側の流体抵抗が小さ
くなっていることから気泡発生領域へ液体供給が速やか
になされるようになっている。

【００３５】上記構成によれば、気泡の下流側への成長
成分と上流側への成長成分とが均等ではなく、上流側へ
の成長成分が少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、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（液体吐出面）５ａよりも突出
する量（オーバーシュート量）も減少する。したがって
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おいて安定した吐出
が行われる。

【００３６】なお、本実施形態においては、気泡の下流
側の部分と吐出口４との間は液流に対しまっすぐな流路
構造を保っている「直線的連通状態」となっている。こ
れは、より好ましくは、気泡の発生時に生じる圧力波の
伝播方向とそれに伴う液体の流動方向と吐出方向とを直
線的に一致させることで、後述の吐出滴６６の吐出方向
や吐出速度等の吐出状態をきわめて高いレベルで安定化
させるという理想状態を形成することが望ましい。本実
施形態では、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４と発熱体１０、特に気
泡の吐出口４側に影響力を持つ発熱体１０の吐出口４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、図４に示すように、流路３内の液体がない状態で
あれば、吐出口４の外側から見て発熱体１０、特に発熱
体１０の下流側が観察することが可能な状態である。

【００３７】次に、各部構成要素の寸法に関して説明す
る。

【００３８】本実施形態においては、上述の可動部材の
上面への気泡のまわり込み（気泡発生領域の上流側への
気泡のまわり込み）について検討したところ、可動部材
の移動速度と気泡成長速度（言い換えれば液体の移動速
度）との関係によって可動部材の上面への気泡のまわり
込みをなくし、良好な吐出特性を得ることができるとい
う知見を得た。

【００３９】すなわち、本実施形態は、気泡の体積変化
率と可動部材の変位体積変化率とが共に増加傾向にある
時点で前記可動部材の変位を前記規制部によって規制す
ることにより、可動部材の上面への気泡のまわり込みを
なくし、良好な吐出特性を得るものである。

【００４０】このことについて、以下に図２を参照して
詳細に説明する。

【００４１】まず、図２（ａ）の状態から、発熱体１０
上で気泡が発生すると、瞬間的に圧力波が発生し、この
圧力波により発熱体１０周囲の液体が移動することで気
泡４０が成長していく。そして、当初、可動部材１１は
液体の移動にほぼ追従するように上方に変位する（図２
（ｂ））。さらに時間が進むと、液体の慣性力が小さく
なることと可動部材１１の弾力性とによって、可動部材
１１の変位速度が急激に小さくなる。このとき、液体の
移動速度はそれほど小さくなるものではないため、液体
の移動速度と可動部材１１の移動速度との差は大きくな
る。そして、この時点で可動部材１１（自由端１１ｂ）
とストッパ１２との間隙が依然広く存在する場合には、
この間隙より液体が気泡発生領域の上流側に流入するこ
ととなり、可動部材１１がストッパ１２と接触しにくい
状態を作り出すと共に、吐出力の一部が損失することと
なる。従って、このような場合には、規制部（ストッパ
１２）による可動部材１１の規制（遮断）効果を十分に
生かすことができないものとなる。

【００４２】そこで、本実施形態では、規制部による可
動部材の規制を可動部材の変位が液体の移動にほぼ追従
している段階で行うようにしている。ここで、本発明に
おいては、便宜上、可動部材の変位速度及び気泡の成長
速度（液体の移動速度）を「可動部材変位体積変化
率」、「気泡体積変化率」として表すものとする。な
お、この「可動部材変位体積変化率」、「気泡体積変化
率」とは、可動部材変位体積もしくは気泡体積を微分し
たものである。

【００４３】このような構成により、可動部材１１の上
面への気泡のまわり込みを生じるような液体の流れを実
質上なくし、気泡発生領域の密閉状態をより確実にする
ことができるため、良好な吐出特性を得ることができ
る。

【００４４】また、本構成によれば、可動部材１１がス
トッパ１２によって規制されたあとも、気泡４０は成長
を続けるわけであるが、このときに気泡４０の下流側成
分の自由成長を促すように、ストッパ１２部分と流路３
の基板１と対向する面（上壁面）との距離（ストッパ１
２の突出高さ）は十分に設けられていることが望まし
い。

【００４５】なお、本発明において、規制部による可動
部材の変位の規制とは、可動部材の変位体積変化率が０
または負となる状態を指す。

【００４６】流路３の高さは５５μｍであり、可動部材
１１の厚さは５μｍであり、気泡が発生していない状態
（可動部材１１が変位していない状態）での、可動部材
１１の下面と素子基板１の上面との間のクリアランスは
５μｍである。

【００４７】また、天板２の流路壁面からストッパ１２
の先端部までの高さをｔ₁とし、可動部材１１の上面と
ストッパ１２の先端部との間のクリアランスをｔ₂とし
たとき、ｔ₁が３０μｍ以上のときは、ｔ₂は１５μｍ以
下とすることで液体の安定した吐出特性を発揮すること
ができ、また、ｔ₁が２０μｍ以上のときは、ｔ₂は２５
μｍ以下が好ましい。

【００４８】次に、本実施形態に用いる液体吐出ヘッド
の単発の吐出動作について、図２（ａ）〜図２（ｅ）
と、気泡の変位速度と体積の時間変化及び可動部材の変
位速度と変位体積の時間変化を示す図である図３を用い
て詳細に説明する。

【００４９】図３において、気泡体積変化率ｖ_bは実線
で、気泡体積Ｖ_bは二点鎖線で、可動部材変位体積変化
率ｖ_mは破線で、可動部材変位体積Ｖ_mは一点鎖線でそれ
ぞれ示されている。また、気泡体積変化率ｖ_bは気泡体
積Ｖ_bの増加を正とし、気泡体積Ｖ_bは体積の増加を正と
し、可動部材変位体積変化率ｖ_mは可動部材変位体積Ｖ_m
の増加を正とし、可動部材変位体積Ｖ_mは体積の増加を
正として、それぞれ示している。なお、可動部材変位体
積Ｖ_mは可動部材１１が図２（ａ）の初期状態から天板
２側へ変位した際の体積を正とするため、可動部材１１
が初期状態から素子基板１側に変位した際には、可動部
材変位体積Ｖ_mは負の値を示すこととなる。

【００５０】図２（ａ）は、発熱体１０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
１０が熱を発生する前の状態を示す。可動部材１１は、
後述するように、発熱体１０の発熱によって発生する気
泡に対し、この気泡の上流側半分に対面する領域に位置
している。

【００５１】図３においてはこの状態は、時間ｔ＝０の
Ａ点に相当する。

【００５２】図２（ｂ）では、気泡発生領域内を満たす
液体の一部が発熱体１０によって加熱され、膜沸騰に伴
う気泡４０が発泡し始めた状態を示す。図３においては
この状態は、Ｂ〜Ｃ₁点の直前までの間に相当し、気泡
体積Ｖ_bは、時間とともに大きくなっていく状況が示さ
れている。なお、このとき、可動部材１１の変位は気泡
４０の体積変化より遅れて始まる。すなわち、膜沸騰に
よる気泡４０の発生に基づく圧力波が流路３内を伝播
し、それに伴い液体は気泡発生領域の中央領域を境に下
流側及び上流側に移動し、上流側においては気泡４０の
成長に伴う液の流れにより可動部材１１が変位し始め
る。また、上流側への液体の移動は流路３の壁面と可動
部材１１との間をとおり共通液室６側に向かう。この時
点におけるストッパ１２と可動部材１１との間のクリア
ランスは可動部材１１が変位するにつれ狭くなってい
く。この状態で、吐出口４からは吐出滴６６が吐出され
始める。

【００５３】図２（ｃ）では、気泡４０のさらなる成長
により変位した可動部材１１の自由端１１ｂがストッパ
１２に接触した状態を示す。図３においてはこの状態
は、Ｃ ₁〜Ｃ₃点に相当する。

【００５４】可動部材変位体積変化率ｖ_mは、図２
（ｂ）に示す状態から図２（ｃ）に示す状態である可動
部材１１がストッパ１２に接触する前、すなわち、図３
ではＢ点からＣ₁点へ移行する際のＢ’点では急激に低
下する。これは、可動部材１１がストッパ１２に接触す
る直前において、可動部材１１とストッパ１２との間の
液体の流抵抗が急激に大きくなることによるものであ
る。また、気泡体積変化率ｖ _bも急激に低下する。

【００５５】その後、可動部材１１はストッパ１２にさ
らに接近し、接触することとなるが、この可動部材１１
とストッパ１２との接触は、ストッパ１２の高さｔ₁と
可動部材１１の上面とストッパ１２の先端部との間のク
リアランスが上述のように寸法規定されることにより確
実なものとなる。そして、可動部材１１がストッパ１２
に接触するとそれ以上の上方への変位が規制される（図
３のＣ₁〜Ｃ₃点）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。これに伴い気泡４０の上流側への
成長も可動部材１１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１１は上
流方向へ引っ張られた形の応力を大きく受け、わずかな
がら上方凸状に変形を生じる。なお、このとき、気泡４
０は成長を続けているが、ストッパ１２及び可動部材１
１によって上流側への成長が規制されることで気泡４０
の下流側がさらに成長することとなり、可動部材１１を
設けない場合に比べ、発熱体１０の下流側における気泡
４０の成長高さが高くなっている。すなわち、図３に示
すように、可動部材変位体積変化率ｖ_mは、可動部材１
１がストッパ１２に接触していることによりＣ₁〜Ｃ₃点
の間でゼロとなっているが、気泡４０は下流側に成長す
るため、Ｃ₁点よりやや時間的に遅れたＣ₂点まで成長を
続け、このＣ₂点で気泡体積Ｖ_bは最大値となる。

【００５６】一方、前述したように気泡４０の上流側の
部分は、可動部材１１の変位がストッパ１２によって規
制されているため、上流側への液流の慣性力によって可
動部材１１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。この気泡４０の上流側の部分は、ストッパ１２、流
路側壁、可動部材１１及び支点１１ａにより、上流側の
領域へと進入する量がほとんどゼロに規制されている。

【００５７】これによって、上流側への液流を大幅に規
制し、隣接した流路への流体クロストークや、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。

【００５８】図２（ｄ）では、前述した膜沸騰の後に気
泡４０の内部の負圧が、流路３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。

【００５９】気泡４０の収縮（図３においてＣ₂〜Ｅ
点）に伴い、可動部材１１は下方変位（図３においてＣ
₃〜Ｄ点）するが、可動部材１１自身片持ち梁ばねの応
力と前述した上方凸変形の応力を持っており、それによ
り下方変位する速度を高める。そして、これに伴う、共
通液室６と流路３との間に形成された低流路抵抗領域で
ある可動部材１１の上流側での、液体の下流方向への流
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１２を介し流路３へ流れ込む。これらの動作で共
通液室６側の液体は流路３内へと誘導される。流路３内
に導かれた液体はそのままストッパ１２と下方変位した
可動部材１１との間をとおり、発熱体１０の下流側に流
れ込むと同時に、まだ消泡しきっていない気泡４０に対
し消泡を加速するように作用する。この液体の流れは消
泡を助けたあと、吐出口４方向にさらに流れを作りメニ
スカスの復帰を助け、リフィル速度を向上する。

【００６０】この段階で、吐出口４から出た吐出滴６６
からなる液柱は、液滴となり外部へと飛翔する。図２
（ｄ）には、消泡によってメニスカスが吐出口４内に引
き込まれ、吐出滴６６の液柱が引き離されようとしてい
る状態を示している。

【００６１】また、前述した可動部材１１とストッパ１
２との間の部分を介した流路３への流れ込みは天板２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。

【００６２】さらに、消泡によるキャビテーション発生
ポイントも気泡発生領域の下流側にずれるため、発熱体
１０に対するダメージが少なくなる。同時に、同現象に
よりこの領域での発熱体１０へのこげの付着も少なくな
る為、吐出安定性が向上する。

【００６３】図２（ｅ）では、気泡４０が完全に消泡し
たあと、可動部材１１が初期状態から下方にオーバーシ
ュートして変位した状態（図３においてＥ点以降）を示
す。

【００６４】この可動部材１１のオーバーシュートは、
可動部材１１の剛性や使用する液体の粘度にもよるが、
短い時間で減衰収束し、初期状態に戻る。

【００６５】図２（ｅ）には、消泡によってメニスカス
がかなり上流側まで引き込まれている状態を示している
が、可動部材１１の変位の減衰収束と同様に、比較的短
い時間で定常位置に復帰し、安定する。また、図２
（ｅ）に記載しているように、吐出滴６６の後方には、
表面張力により尾を引くようになった部分が分離されて
形成されたサテライト６７が形成される場合がある。

【００６６】次に、図１に示した一部のヘッドの透視斜
視図である図５を用いて、特に、可動部材１１の両側部
から隆起する隆起気泡４１及び、吐出口４での液体のメ
ニスカスに関して詳細に説明する。なお、図５に示す、
ストッパ１２の形状及びストッパ１２より上流側の低流
路抵抗領域３ａの形状は図１に示すものと異なるが、基
本的特性は同様である。

【００６７】本実施形態では、流路３を構成する壁の両
側壁面と可動部材１１の両側部には僅かながらにクリア
ランスが存在し、可動部材１１のスムーズな変位を可能
にしている。さらに、発熱体１０による発泡の成長工程
において、気泡４０は可動部材１１を変位させるととも
に、前記クリアランスを介し可動部材１１の上面側へ隆
起して低流路抵抗領域３ａに若干侵入する。この侵入し
た隆起気泡４１は可動部材１１の背面（気泡発生領域と
反対面）に回り込むことで可動部材１１のブレを抑え、
吐出特性を安定化する。

【００６８】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３ａから気泡発生領域への
液流を促進させ、前述した、吐出口４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１１や流路３のコーナーに気泡を蓄留させること
がほとんどない。

【００６９】このように上記構成の液体吐出ヘッドで
は、気泡４０の発生によって吐出口４から液体が吐出さ
れた瞬間では吐出滴６６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、本実施形態では、気泡の成長工程によって
可動部材１１が変位し、この変位した可動部材１１がス
トッパ１２に接触したとき、気泡発生領域を有する流路
３が吐出口を除いて、実質的に閉じた空間が形成され
る。したがって、この状態で気泡を消泡すれば、消泡に
よって可動部材１１がストッパ１２より離れるまでは上
述の閉空間が保たれるため、気泡４０の消泡エネルギー
のほとんどが吐出口４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４０の消泡
開始直後においては、吐出口４からメニスカスが流路３
内に急速に引き込まれ、吐出口４の外側で吐出滴６６と
繋がって液柱を形成している尾引き部分がメニスカスに
より強い力ですばやく切り離される。これにより、尾引
き部分から形成されるサテライトドットが小さくなり、
印字品位を向上させることができる。

【００７０】さらに、尾引き部分がいつまでもメニスカ
スに引っ張られ続けないことで、吐出速度が低下せず、
また吐出滴６６とサテライトドットとの距離も短くなる
ので、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ドットが引き寄せられる。その結
果、吐出滴６６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。

【００７１】さらに本実施形態では、上述した液体吐出
ヘッドにおいて、可動部材１１が、吐出口４に向かう液
体の流れに関して上流方向に成長する気泡４０のみを抑
制するために設けられている。より好ましくは、可動部
材１１の自由端１１ｂ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４０の下流側への
成長成分を素直に吐出口４の方向に向けることが可能で
ある。

【００７２】さらに、ストッパ１２を境界として吐出口
４とは反対側の低流路抵抗領域３ａの流路抵抗が低いた
め、気泡４０の成長による上流方向への液体の移動が低
流路抵抗領域３ａによって大きな流れとなるので、変位
した可動部材１１がストッパ１２に接触したとき、可動
部材１１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４０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１１の反発力が
勝るまでの一定の間、上述の閉空間を保つことができ
る。すなわち、この構成によって、高速メニスカス引き
込みがより確実なものとなる。また、気泡４０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１１の反発力が勝ると、可動部材１１が初期
状態に戻ろうと下方変位し、これに伴い低流路抵抗領域
３ａでも下流方向への流れが生じる。低流路抵抗領域３
ａ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１２を介し流路３へ流れ込
む。その結果、この吐出口４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。

【００７３】本発明の液体吐出方法は、以上説明したよ
うな液体吐出ヘッドを用いて、高い周波数で連続して液
体を吐出させることに特徴がある。そこで、次に、図
６，７を参照して、短い間隔で連続して液体吐出を行っ
た場合の動作について説明する。図７は、発熱体１０に
印加する電圧パルスの波形を模式的に示している。

【００７４】まず、図６（ａ）に示すように、発熱体１
０へ１回目の電圧パルスを印加することにより、気泡４
０を形成し、第１の吐出滴６６aを形成する。この際、
本実施形態では、図７に示すように、所定の時刻ｔ１
に、電圧パルスとしてプレパルスＰ１とメインパルスＰ
２からなるダブルパルスを印加する。このダブルパルス
駆動では、プレパルスＰ１を印加することによって、発
熱体１０とその近傍の液体が予加熱され、続いてメイン
パルスＰ２を印加した際に良好に液体を発泡させること
ができる。前述のように、この発泡過程で可動部材１１
はストッパ１２と接触して実質的に上流側を閉鎖する状
態となるまで変位し、上流方向への液体の移動が大きく
制限される。そして、気泡４０は下流側に大きく成長す
る。

【００７５】この状態から、図６（ｂ）に示すように気
泡４０の消泡が、特に気泡４０の上流側の体積減少が開
始されると、可動部材１１は下方に変位し始め、液体の
リフィルが開始される。前述のように、この可動部材１
１の動きにより、気泡の消泡が加速され、特に、可動部
材１１が位置する気泡発生領域上流側で大きく加速され
る。

【００７６】このように気泡発生領域の上流側で消泡が
加速されること、および発泡過程で気泡４０が下流側に
大きく成長することから、消泡過程が進むと、図６
（ｃ）に示すように、気泡発生領域の上流側ではほぼ消
泡が完了し、気泡４０が下流側端部付近のみに残った状
態になる。この状態では、液体は気泡発生領域の上流側
からリフィルされ、発熱体１０の中央より下流側までリ
フィルされている。また、メニスカスは吐出口４内に引
き込まれ、これにより第１の吐出滴６６ａおよびサテラ
イト６７は液体吐出ヘッド内の液体から切り離される
が、図６（ｃ）に示す、気泡４０が、特に気泡４０の下
流側で、まだ消泡しきっていない状態では、メニスカス
は、図２（ｅ）に示すように液体吐出口４内に比較的大
きく引き込まれた状態にはなっておらず、液体吐出面の
比較的近くにまだ留まった状態である。

【００７７】本実施形態の液体吐出方法では、この状態
で発熱体１０に２回目の電圧パルスを印加し、２回目の
発泡を開始する。すなわち、この状態では、メニスカス
が液体吐出面の近傍にあり、また、発熱体１０の上流側
への一定の液体のリフィルが完了しているので、この状
態から電圧パルスを印加して発泡を開始することで良好
に液体を吐出させることが可能である。この２回目の発
泡時にも、図７に示すように、時刻ｔ１から所定の時間
が経過した後の時刻ｔ２に、プレパルスＰ３とメインパ
ルスＰ４とを印加して、ダブルパルス駆動を行なってい
る。この際、２回目の発泡は、メインパルスＰ４を印加
するのと実質的に同時に開始される。したがって、本実
施形態では、上述のように、気泡４０が気泡発生領域の
下流側端部付近のみに残っているタイミングで発泡を開
始するということは、このタイミングでメインパルスＰ
４の印加を開始することを意味している。

【００７８】電圧パルスを印加すると、図６（ｄ）に示
すように、気泡４０が成長を始め、可動部材１１が上方
に変位を開始する。この際、発泡開始時に、気泡４０が
下流側に一部残存している状態であるので、残存した気
泡の消泡に伴う上流側からの液流が生じている状態で発
泡が行われる。これによって気泡４０の成長に伴って生
じる液流に、前回の液体吐出後の消泡に伴う液流を作用
させることができ、吐出方向の液流を即時に生じさせる
ことができる。そして、メニスカスは単発の液体吐出時
ほどに引き込まれることなく、図６（ｃ）に示す位置か
ら、図６（ｄ）に示すように下流側に移動を開始する。

【００７９】ここで、このような先の液体吐出時に形成
された気泡の消泡に伴う液流は、消泡が進行するの伴っ
て、消泡の終了間際には減速する。このため、先の液体
吐出時に形成された気泡の消泡が終了する前に２発目以
降の発泡を開始することによって、上述のような液流の
作用を効果的に得ることができる。

【００８０】そして、図６（ｅ）に示すように、気泡４
０がさらに成長して、第２の吐出滴６６ｂが吐出され
る。この際、前述のように先の液体吐出後の消泡に伴う
液流が作用するため、第２の吐出滴６６ｂの体積が１回
目よりも大きくなる。そして特に、第２の吐出滴６６ｂ
の体積Ｖ_d2を、第１の吐出滴６６ａの体積Ｖ_dm1とその
サテライト６７の体積Ｖ_ds1の和より大きくする、すな
わちＶ_d2＞（Ｖ_dm1＋Ｖ _ds1）とすることが可能であ
る。

【００８１】また、リフィルによる、上流側への比較的
速い液体の流れが生じている状態で、２回目の発泡を開
始するため、２回目の発泡により吐出口４から発熱体１
０に向かう液体の流れが打ち消され、さらに上流側への
液体の流れが形成される際、吐出口４に向かう液体の流
れに発熱体１０の上流側からの液体の流れの運動量が加
わり、流れが加速される。そこで、第１の吐出滴６６ａ
の速さｖ₁に比べ、第２の吐出滴６６ｂの速さｖ₂のほう
が速くなるようにすることが可能である。

【００８２】このようにｖ₁＞ｖ₂とすることは、前述
のように第２の吐出滴６６ｂのほうが第１の吐出滴６６
ａより体積が大きい、すなわちＶ_d2＞（Ｖ_dm1＋
Ｖ_ds1）とした場合においても可能である。このこと
は、１回目の液体吐出時に発生した熱エネルギーの一部
が、２回目の液体吐出に寄与していることを示してい
る。

【００８３】さらに、分離された直後の、液柱状のサテ
ライト６７に、第２の吐出滴６６ｂが追いつき合体する
ようにする、すなわち第２の吐出滴６６ｂがサテライト
６７を捕獲するようにすることも可能である。この場
合、第２の吐出滴６６ｂのサテライト６７捕獲後の体積
は、Ｖ_d2＋Ｖ_ds1となり、もちろん、（Ｖ_d2＋
Ｖ_ds1）＞Ｖ_dm1とすることが可能である。

【００８４】このように第１の吐出液滴６６ａと、第２
の吐出液滴６６ｂの液体の吐出量を変化させることで、
例えば、形成画素の大きさを変化させ階調を変化させて
記録を行うなどすることができる。また、１回目の液体
吐出時のサテライト６７を第２の吐出滴６６ｂに吸収さ
せることで、階調差を大きくすることができる。さら
に、複数の吐出滴を連続して吐出させ、この複数の吐出
滴を、被記録媒体への飛翔途中で合体させるようにし
て、多階調の記録を行うなどすることもできる。

【００８５】以上説明したように、本実施形態の液体吐
出方法によれば、１回目の液体吐出の消泡工程で、気泡
４０が気泡発生領域の上流側にまだ残っている状態で２
回目の液体吐出のための電圧パルスを印加して液体を発
泡させることにより、従来の限界を超えた短い時間間隔
で連続して良好に液体吐出を行うことができ、すなわち
液体吐出ヘッドを非常に高い周波数で駆動することがで
きる。この際、定常状態から液体吐出を開始する１回目
の液体吐出に比べて、２回目の液体吐出の吐出量を多く
することができ、さらに吐出速度を速くすることができ
る。また、１回目の液体吐出時に発生した熱エネルギー
の一部が、２回目の液体吐出時の発泡に寄与するので、
吐出のエネルギー効率を向上させることができる。

【００８６】次に、図８，９を参照して本発明の他の実
施形態の液体吐出方法について説明する。図８，９にお
いて先の実施形態と同様の部分については同一の符号を
付し、説明を省略する。

【００８７】前述のように、本発明の液体吐出方法によ
れば、先の液体吐出時に形成された気泡４０の消泡に伴
う、液体の高速リフィルによって生じる上流側からの液
流を次の液体吐出に効果的に寄与させることができる。
すなわち、先の液体吐出時の印加エネルギーの一部を次
の液体吐出のエネルギーとして利用することができる。
そこで、連続吐出の２回目以降の液体吐出時に印加する
エネルギーを１回目の液体吐出時に印加するエネルギー
よりも小さくしても、実効的に吐出に寄与するエネルギ
ーを１回目のエネルギーと同等、またはそれ以上にする
ことができる。本実施形態は、このことに着目し、連続
吐出の２回目以降の液体吐出時に印加するエネルギーを
１回目の液体吐出時に印加するエネルギーよりも小さく
して液体を吐出させる方法を示すものである。本実施形
態では、具体的には、発熱体４０に印加する電圧パルス
のパルス幅を変化させて印加エネルギーを変化させる例
を示す。

【００８８】本実施形態においても、まず発熱体１０に
電圧パルスを印加して、図８（ａ）に示すように、第１
の吐出滴６６ａを吐出させる。この際、電圧パルスとし
ては、図９に示すように、所定の時刻ｔ１に、プレパル
スＰ１とメインパルスＰ２からなるダブルパルスを印加
する。

【００８９】気泡４０は最大発泡となった後、図８
（ｂ）に示すように、消泡し始め、特に上流側で大きく
体積減少する。そして、図８（ｃ）に示すように、気泡
４０が気泡発生領域の下流側端部付近にのみ残った状態
で、２回目の電圧パルスを印加して２回目の発泡を開始
する。

【００９０】２回目の電圧パルスについても、図９に示
すように、プレパルスＰ３とメインパルスＰ４とからな
るダブルパルスを印加する。ここで、本実施形態では、
このプレパルスＰ３、メインパルスＰ４のパルス幅を、
１回目の発泡時のパルス幅よりも短くしている。具体的
には、１回目のプレパルスＰ１のパルス幅０．７μｓ、
メインパルスＰ２のパルス幅１．３μｓに対して、２回
目のプレパルスＰ３のパルス幅は０．４μｓ、メインパ
ルスＰ４のパルス幅は０．９μｓとした。

【００９１】この際、２回目の発泡開始のタイミング
は、前述のように、メインパルスＰ４を印加するタイミ
ングと実質的に同じになる。したがって、１回目の発泡
によって生じた気泡４０が気泡発生領域の下流側端部付
近にのみ残ったタイミングで発泡を開始させるために、
このタイミングでメインパルスＰ４の印加が開始される
ように電圧パルスを印加する。本実施形態では、具体的
には、１回目の電圧パルスのプレパルスＰ１の印加を開
始した時刻ｔ１から１７μｓ後の時刻ｔ２に２回目の電
圧パルスＰ３の印加を開始して発泡タイミングを合わせ
た。

【００９２】このように２回目の電圧パルスを印加し
て、図８（ｄ）に示すように、液体を発泡させることに
よって、図８（ｅ）に示すように、第２の吐出滴６６ｂ
を吐出させる。２回目の電圧パルス印加によって生じる
気泡４０および第２の吐出滴６６ｂの大きさは、先の実
施形態における場合よりも小さくなるものの、第２の吐
出滴６６ｂの量は、リフィルによる液流の作用があるた
め、必要に応じて、第１の吐出滴６６ａと同等、または
それ以上にすることができる。また、吐出滴６６ａの速
さも、第１の吐出滴６６ａと同等、またはより速くする
ことができ、図８（ｆ）に示すように、先の液体吐出時
に形成されたサテライト６７を第２の吐出滴６６ｂに捕
獲させることができる。特に、サテライト６７が液柱状
の状態であるうちに第２の吐出滴６６ｂに捕獲させるこ
とができ、さらに必要に応じて、第１の吐出滴６６ａを
飛翔途中で第２の吐出滴６６ｂに捕獲させることも可能
である。

【００９３】以上説明したように、本実施形態によれ
ば、先の液体吐出時に発熱体１０に供給したエネルギー
の一部を、高速リフィルの液流の形態で次の液体吐出に
効果的に寄与させることができ、先の液体吐出時よりも
少ないエネルギーを発熱体１０に供給して、先の液体吐
出時と同等またはそれ以上の量、速さの液滴を吐出させ
ることができる。

【００９４】このように、本実施形態によれば、必要な
吐出性能を得るために供給するエネルギーを少なく抑え
ることができる。このため、液体吐出ヘッドの消費エネ
ルギーの省エネルギー化を図ることができ、また液体吐
出ヘッドの不要な昇温を抑えることができる。したがっ
て本実施形態によれば、特に、本発明の液体吐出方法の
ように、液体吐出ヘッドを高速で駆動する場合において
も、供給エネルギーを少なく抑えることによって、電源
や駆動回路を大容量のものにしなくて済み、コストの増
大を抑えることができる。また、液体吐出ヘッドの加熱
による吐出特性の変化や信頼性の低下も抑えることがで
きる。

【００９５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の液体吐出
方法によれば、先の液体吐出の消泡工程で、気泡が気泡
発生領域の下流側にまだ残っている状態で、続く液体吐
出のための電圧パルスを印加することにより、従来の限
界を超えた短い時間間隔で連続して良好に液体吐出を行
うことができ、すなわち液体吐出ヘッドを非常に高い周
波数で駆動することができる。この際、定常状態から液
体吐出を開始する場合に比べて、連続して吐出する際の
吐出滴の吐出量を多くすることができ、さらに吐出速度
を速くすることができる。また、先の液体吐出時の発生
エネルギーの一部を、続く液体吐出に寄与させることが
でき、液体吐出のエネルギー効率を向上させることがで
きる。

【００９６】また、１発目の吐出滴の吐出量と２発目以
降の吐出滴の吐出量とを変化させ、また、２発目以降の
吐出滴に先の吐出滴のサテライト、さらには先の吐出滴
自身を捕獲させることによって、各画点への付着液量を
変化させて、好適に階調記録を行うことができる。

【００９７】本発明の液体吐出方法では、連続吐出の２
回目以降の液体吐出時に発熱体に供給するエネルギーを
１回目の液体吐出時に供給するエネルギーよりも小さく
しても、２回目以降の発泡によって生じる液滴の量、速
さを１回目と同等、または１回目以上にすることができ
る。このため、省エネルギー化を図ることができ、また
液体吐出ヘッドの加熱を抑えことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態の液体吐出方法に用いる液体
吐出ヘッドの側断面模式図である。

【図２】図１に示した液体吐出ヘッドからの単発の液体
吐出過程を説明する図である。

【図３】図２に示す吐出過程での、気泡の変位速度と体
積の時間変化及び可動部材の変位速度と変位体積の時間
変化を示す図である。

【図４】図１の液体吐出ヘッドの直線的連通状態を説明
する流路の断面図である。

【図５】図１に示した一部のヘッドの透視斜視図であ
る。

【図６】図１の液体吐出ヘッドを用いて連続吐出を行っ
た時の各過程での状態を示す模式的断面図である。

【図７】図６に示すように連続吐出を行う際に発熱体に
供給する電圧パルスの波形を示す模式図である。

【図８】本発明の他の実施形態において連続吐出を行っ
た時の各過程での状態を示す模式的断面図である。

【図９】図８に示すように連続吐出を行う際に発熱体に
供給する電圧パルスの波形を示す模式図である。

【図１０】従来の液体吐出ヘッドの、発熱体付近の構成
を示す模式的断面図である。

【符号の説明】

１素子基板２天板３流路４吐出口５オリフィスプレート５ａオリフィス面６共通液室１０発熱体１１可動部材１１ａ支点１１ｂ自由端４０気泡４１隆起気泡６６吐出滴１００抵抗層１０１ａ，１０１ｂ電極１０２，１０３保護層１０４気泡１０４１０６消泡位置ｖ_b 気泡体積変化率ｖ_m 可動部材変位体積変化率Ｖ_m 可動部材変位体積Ｖ_b 気泡体積

フロントページの続き (72)発明者種谷陽一東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者杉山裕之東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者須釜定之東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内Ｆターム(参考） 2C057 AF06 AF08 AF39 AF54 AG29 AG30 AG32 AG76 AM15 AM18 AM21 BA03 BA13 CA01 CA04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】液体中に気泡を発生させるための熱エネ
ルギーを発生する発熱体と、前記液体を吐出する部分で
ある吐出口と、該吐出口に連通するとともに、液体に気
泡を発生させる気泡発生領域を有する液流路と、該液流
路に前記液体を供給する液室と、前記気泡発生領域に設
けられ前記気泡の成長に伴い変位する可動部材と、前記
可動部材の変位を所望の範囲に規制する規制部とを備
え、前記発熱体と前記吐出口とが直線的連通状態となっ
ており、前記気泡発生時のエネルギーにより前記吐出口
から前記液体を吐出する液体吐出ヘッドであって、前記
規制部は前記液流路の前記気泡発生領域に対向して設け
られ、変位した前記可動部材と前記規制部との実質的な
接触によって、前記気泡発生領域を有する液流路が前記
吐出口を除いて、実質的に閉じた空間となる液体吐出ヘ
ッドを用い、同一の前記吐出口から連続的に複数の吐出
液滴を吐出させる液体吐出方法であって、先の液体吐出のために形成された前記気泡の消泡開始後
で、該気泡が前記気泡発生領域の前記吐出口側に偏って
残存し、かつ前記気泡発生領域の前記液室側には前記気
泡が存在しない部分が生じている状態下で、続く液体吐
出のために駆動エネルギーを前記発熱体に供給して前記
液体を発泡させることを特徴とする液体吐出方法。
【請求項２】２発目以降の液体吐出時に吐出される前
記吐出液滴の体積が、定常状態から液体吐出を行った時
の前記吐出液滴の体積よりも大きい、請求項１に記載の
液体吐出方法。
【請求項３】２発目以降の液体吐出時に吐出される前
記吐出液滴の速さが、定常状態から液体吐出を行った時
の前記吐出液滴の速さよりも速い、請求項１または２に
記載の液体吐出方法。
【請求項４】複数の前記吐出液滴を連続して吐出さ
せ、この複数の前記吐出液滴を、被記録媒体への飛翔途
中で合体させる、請求項１から３のいずれか１項に記載
の液体吐出方法。
【請求項５】液流路中に満たされた液体を発熱体によ
り加熱し、前記液体中に気泡を発生させる工程と、前記
気泡発生時のエネルギーにより前記液流路に連通する吐
出口から前記液体を吐出させる工程とを有し、これらの
工程を複数回繰り返して連続的に複数の吐出液滴を吐出
させる液体吐出方法であって、先の液体吐出時において、前記吐出液滴の後方に尾を引
く部分が分離されて形成されたサテライトを、該サテラ
イトが液柱状の形状であるうちに、続く液体吐出時の前
記吐出液滴が捕獲し、該吐出液滴が前記サテライトと一
体化されることを特徴とする液体吐出方法。
【請求項６】２発目以降の液体吐出時に吐出される前
記吐出液滴の体積が、定常状態から液体吐出を行った時
の前記吐出液滴の体積よりも大きい、請求項５に記載の
液体吐出方法。
【請求項７】２発目以降の液体吐出時に吐出される前
記吐出液滴の速さが、定常状態から液体吐出を行った時
の前記吐出液滴の速さよりも速い、請求項５または６に
記載の液体吐出方法。
【請求項８】続く前記吐出液滴の体積Ｖ_d2を、先の前
記吐出液滴の体積Ｖ _dm1とその前記サテライトの体積Ｖ
_ds1の和より大きくする、すなわちＶ_d2＞（Ｖ_dm1＋Ｖ
_ds1）とする、請求項５から７のいずれか１項に記載の
液体吐出方法。
【請求項９】液体中に気泡を発生させるための熱エネ
ルギーを発生する発熱体と、前記液体を吐出する部分で
ある吐出口と、該吐出口に連通するとともに、液体に気
泡を発生させる気泡発生領域を有する液流路と、該液流
路に前記液体を供給する液室と、前記気泡発生領域に設
けられ前記気泡の成長に伴い変位する可動部材と、前記
可動部材の変位を所望の範囲に規制する規制部とを備
え、前記発熱体と前記吐出口とが直線的連通状態となっ
ており、前記気泡発生時のエネルギーにより前記吐出口
から前記液体を吐出する液体吐出ヘッドであって、前記
規制部は前記液流路の前記気泡発生領域に対向して設け
られ、変位した前記可動部材と前記規制部との実質的な
接触によって、前記気泡発生領域を有する液流路が前記
吐出口を除いて、実質的に閉じた空間となる液体吐出ヘ
ッドを用い、同一の前記吐出口から連続的に複数の吐出
液滴を吐出させる液体吐出方法であって、連続吐出の２回目以降の液体吐出時に、１回目の液体吐
出時に前記発熱体に供給するエネルギよりも小さいエネ
ルギーを前記発熱体に供給する液体吐出方法。
【請求項１０】連続吐出の２回目以降の液体吐出時
に、１回目の液体吐出時に前記発熱体に供給するエネル
ギよりも小さいエネルギーを前記発熱体に供給する、請
求項１から８のいずれか１項に記載の液体吐出方法。
【請求項１１】連続吐出の２回目以降の液体吐出時
に、１回目の液体吐出時に前記発熱体に印加する電圧パ
ルスよりも短い幅の電圧パルスを前記発熱体に供給す
る、請求項９または１０に記載の液体吐出方法。