JP2002144578A - 液体吐出ヘッド、その液体吐出ヘッドの製造方法、その液体吐出ヘッドが搭載されたヘッドカートリッジおよび液体吐出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 気泡の発生により変位する可動部材を有する
液体吐出ヘッドにおいて、可動部材の段差部や可動部の
根元部分の耐久性を向上させるとともに、可動部材の撓
み変形を防止して耐久性を向上させる。 【解決手段】 流路１０３内に、可動部材１１１の段差
部と、分岐された可動部の付け根部とを覆う押え部材２
０が設けられている。押え部材２０の一部が、可動部材
１１１から離れるように先細になりながら下流側に（吐
出口１０４に向かって）延びて、可動部材１１１の中間
部と間隔を置いて対向する撓み規制部１１２ｂとなって
いる。この押え部材２０と撓み規制部１１２ｂが、可動
部材１１１の過剰変形を抑止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、熱エネルギーを液
体に作用させることで起こる気泡の発生によって所望の
液体を吐出する液体吐出ヘッド、その液体吐出ヘッドの
製造方法、その液体吐出ヘッドが搭載されたヘッドカー
トリッジおよび液体吐出装置に関する。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、その液体吐出ヘッドの製造方法、その液体吐出ヘッ
ドが搭載されたヘッドカートリッジおよび液体吐出装置
に関する。

【０００２】なお、本発明における「記録」とは、文字
や図形など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、パターンなど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。

【０００３】

【従来の技術】熱など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させ、これを被記録媒体上に
付着させて記録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（登録商標）記録方法が従来から知ら
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、特公昭６１−５９９１１号公報や特公昭６１−
５９９１４号公報や米国特許第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インク流路と、インク流路
内に配されたインクを吐出させるためのエネルギー発生
手段としての発熱体（電気熱変換体）とが一般的に設け
られている。

【０００４】このよう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。さらに、
この記録方法で記録を行うヘッドでは、インクを吐出す
るための吐出口を比較的容易に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
カラー画像をも形成できるようにすることが比較的容易
である。このように、バブルジェット記録方法は多くの
優れた点を有している。このため、バブルジェット記録
方法は、近年、プリンタ、複写機、ファクシミリなどの
多くのオフィス機器に利用されており、さらに、捺染装
置など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。

【０００５】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
年さらに高まっている。

【０００６】高画質な画像を得るために、インクの吐出
速度が速く、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かつわずか
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。

【０００８】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了してしまう。
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。むしろ、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が乱流を生じさせ、
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。

【０００９】また、欧州特許公開第４３６０４７Ａ１号
公報には、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
明が提案されている（当該公報の第４〜９図参照）。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
大きな尾を引き、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、消泡に伴って気泡発
生部に液体が供給されるが、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】そこで本発明者達の一部は、液体吐出原理
に立ち返り、従来では得られなかった、気泡を利用した
新規な液体吐出方法およびそれに用いられるヘッドなど
を提供すべく鋭意研究を行い、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
いた発明を、特開平９−２０１９６６号などにより提案
している。

【００１１】ここで、特開平９−２０１９６６号公報な
どに開示された液体吐出方法およびそれに用いられる液
体吐出ヘッドを、図２９，３０を参照して説明する。図
２９は、この液体吐出ヘッドの、吐出原理を説明するた
めの、液流路方向の断面図である。また、図３０は、図
２９に示した液体吐出ヘッドの部分破断斜視図である。
図２９，３０に示す液体吐出ヘッドは、液体を吐出する
際に、気泡の発生に起因して生じる圧力の伝播方向や気
泡の成長方向を制御して、吐出力や吐出効率を向上させ
ることができる、特開平９−２０１９６６号公報に開示
された液体吐出方法を実現する、最も基本となる構成を
有している。

【００１２】なお、以下の説明で用いる「上流」および
「下流」とは、液体の供給源から気泡発生領域（または
可動部材）の上方を経て、吐出口へ向う液体の流れ方向
に関する表現である。

【００１３】気泡自体に関する「下流側」とは、主とし
て液滴の吐出に直接作用する気泡の吐出口側部分であ
る。より具体的には、上記流れの方向に関して、気泡の
中心よりも下流側、または発熱体の面積中心よりも下流
側を意味する。

【００１４】さらに、「櫛歯」とは、可動部材について
用いる表現であり、台座部との接続部が共通部分になっ
ており、そこから自由端に向う複数の可動部に分岐して
おり、自由端の前方が開放されている形状を意味する。

【００１５】図２９に示す例では、液体吐出ヘッドは、
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１１０２（本例
においては２０μｍ×１０５μｍの形状の発熱抵抗体）
が素子基板１１０１に設けられており、この素子基板１
１０１上に発熱体１１０２に対応して液流路１１０３が
配されている。液流路１１０３は吐出口１１０４に連通
していると共に、複数の液流路１１０３に液体を供給す
るための共通液室１１０５に連通しており、吐出口１１
０４から液体を吐出した後、吐出された液体に見合う量
の液体がこの共通液室１１０５から液流路１１０３内に
供給される。

【００１６】この液流路１１０３内、素子基板１１０１
上には、前述の発熱体１１０２に対向する平面部を有す
る、金属などの弾性を有する材料で構成された板状の可
動部材１１０６が片持梁状に設けられている。この可動
部材１１０６の一端は、液流路１１０３の壁や、素子基
板１１０１上に感光性樹脂などをパターニングして形成
した台座（支持部材）１１０７などに固定されており、
これによって支点（固定端）１１０８が構成されてい
る。

【００１７】また、可動部材１１０６は櫛歯状の形状を
有している。このようにすることにより、簡単にかつ安
価に可動部材１１０６を作製することができ、台座１１
０７に対するアライメントも容易にできる。

【００１８】この可動部材１１０６は、液体の吐出動作
時に共通液室１１０５から可動部材１１０６の上方を経
て吐出口１１０４側へ流れる大きな液体の流れの上流側
に支点１１０８が位置し、自由端１１０９がこの支点１
１０８に対して下流側に位置するように、発熱体１１０
２に面した位置に発熱体１１０２から１５μｍ程度の距
離を隔ててこれを覆うような状態で配されている。この
発熱体１１０２と可動部材１１０６との間が気泡発生領
域１１１０となる。

【００１９】発熱体１１０２を発熱させることで可動部
材１１０６と発熱体１１０２との間の気泡発生領域１１
１０の液体に熱を作用させ、米国特許４，７２３，１２
９号明細書などの公報に記載されているような膜沸騰現
象に基づいて液体に気泡１１１１を発生させる（図２９
（ｂ）参照）。気泡１１１１の発生に基づく圧力は可動
部材１１０６に優先的に作用し、可動部材１１０６は図
２９（ｂ），（ｃ）や図３０に示されるように支点１１
０８を中心に吐出口１１０４側に大きく開くように変位
する。可動部材１１０６が変位することによって気泡１
１１１の発生に基づく圧力の伝搬や気泡１１１１自身の
成長が吐出口１１０４側に導かれる。またこのとき、自
由端１１０９の幅が比較的広いため、気泡１１１１の発
泡パワーを吐出口１１０４側へ導きやすくなり、液滴の
吐出効率や吐出力や吐出速度などの根本的な向上を図る
ことができる。

【００２０】以上説明したように、特開平９−２０１９
６６号公報などに開示された技術は、液流路１１０３中
の可動部材１１０６の自由端１１０９を、吐出口１１０
４側つまり下流側に位置させ、かつ可動部材１１０６を
発熱体１１０２および気泡発生領域１１１０に面するよ
うに配置することで、積極的に気泡１１１１を制御する
技術である。

【００２１】また、前述したように、可動部材１１０６
の固定部分に台座１１０７を設けることにより、可動部
材１１０６と発熱体１１０２との間に１〜２０μｍ程度
のギャップが生じ、可動部材１１０６による液体吐出効
率の向上効果が十分に引出される。したがって、前述し
たような極めて新規な吐出原理に基づく液体吐出ヘッド
によると、発生する気泡１１１１とこれによって変位す
る可動部材１１０６との相乗効果を得ることができ、吐
出口１１０４近傍の液体を効率よく吐出できるため、従
来のバブルジェット方式の液体吐出ヘッドに比べて液体
の吐出効率を向上させることができる。

【００２２】なお、前述した液体吐出ヘッドに用いられ
る可動部材１１０６の材料としては様々なものが考えら
れるが、気泡１１１１の発生による圧力を液体の吐出に
効率的に利用するために、弾性に優れたニッケルが一般
的に使われている。また、特開平１１−１７０５３１号
公報や特開平１１−２３５８２９号公報に記載されてい
るようにシリコン系の材料が使われているのが一般的で
ある。

【００２３】また、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。

【００２４】次の段階として、本願出願人は、特開平１
０−２４５８８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。

【００２５】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)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、従来この部分をより効
率よく吐出液滴の形成に貢献させることについて着目し
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。

【００２６】さらに、本発明者達は、前記可動部材の変
位と発生気泡に着目したところ、以下の有効な知見を得
るに至った。

【００２７】その知見は、可動部材の気泡の成長に対す
る自由端の変位を規制部（ストッパ）によって規制する
ことである。この規制部により可動部材の変位を規制す
ることで、気泡が流路の上流側に成長することが規制さ
れ、吐出口の形成された下流側に効率よく液体を吐出さ
せるエネルギーが伝えられる。

【００２８】

【発明が解決しようとする課題】ヘッドの高密度化に伴
い、可動部材と台座とを別々に形成しアライメントして
構成することは、精度上かなり困難をきたすようにな
り、可動部材と台座とを一体的に形成することが必要と
なってきた。

【００２９】このように台座部（固定部）を含む可動部
材を形成した場合、可動部材は、台座部と可動部との境
界部に段差構造を有する。このように可動部材に形状が
大きく変化する部分があると、気泡の発生に起因する可
動部材の変位時に、この部分に応力集中が生じやすい。
また、可動部材は前述のように分岐されて櫛歯状に形成
され、この櫛歯状の形状の付け根部も、形状が大きく変
化する部分であり、応力集中が生じやすい。特に、櫛歯
状に分岐した隣接する多数の可動部が同時に変位した場
合には、共通部分の台座部との境界部に過大な応力が加
わる危惧がある。

【００３０】可動部材の材料として、前述のように好適
に用いられるシリコン系の材料は、良好な弾性を有する
しなやかな材料であるが、過度の応力が加わった場合に
は、クラックを生じるなど、可動部材の耐久性に問題を
生じる危惧がある。クラックが生じた場合には、その部
分にさらに応力が集中し、遂には破壊に至る危惧があ
る。また、金属材料を用いた場合でも、過度の応力が加
わると、好ましくない影響が生じる危惧がある。通常、
可動部材には、ある程度の応力が加わっても問題が生じ
ないように、充分な厚みを持たせるなどして耐久性を持
たせている。

【００３１】しかしながら、液体吐出ヘッドの可動部材
を、ニッケルなどの金属でスパッタリング法を用いて膜
状に形成する場合、応力をコントロールすることが困難
であり、膜厚を厚くするのが困難である。また、可動部
材を、シリコン系の材料でＣＶＤ法などを利用して形成
する場合、応力をコントロールし、台座部と一体的な可
動部材を厚膜に形成することは可能であるが、その場合
でも、前述のように過度の応力が加わると、耐久性を損
なうことになる。

【００３２】また、前記した可動部材を有する構成の液
体吐出ヘッドでは、液体吐出の度に、液体の加熱発泡お
よび消泡に伴って可動部材が変位と復帰を繰り返す。た
だし、通常の液体吐出のための発泡よりも大きな気泡が
発生した場合、可動部材が過度の変形を生じるおそれが
ある。通常は、流路は吐出口のメニスカス部分以外ほと
んどすべて液体で満たされているが、液体吐出ヘッドの
吸引回復処理を行った後などに、流路中の液体を排出し
過ぎて流路中に液体で満たされていない空間が存在する
場合がある。この状態で液体吐出のための発熱体の加熱
が行われると、液体の発泡に伴い可動部材が変位して、
可動部材の自由端（先端）が規制部により規制されて所
望の位置で停止するが、可動部材の中間部（自由端と支
点との間）は規制されておらず上方へ強く引き寄せられ
る。特に可動部材の上方に液体の存在しない空間がある
状態では、液体の圧力もないため上流方向へ引っ張られ
る応力を大きく受け、上方（天板側）に凸の撓み変形を
生じる。この撓み変形により可動部材にクラックや欠陥
が発生してしまうおそれがある。さらに、この撓み変形
が大きくなったり、度々繰り返されると、可動部材が破
断する場合もある。

【００３３】本発明は、上述の課題に鑑みてなされたも
のであって、その目的は、可動部材の、段差部や分岐さ
れた可動部の根元部分の耐久性を向上させ、液体吐出の
信頼性を向上させることができる液体吐出ヘッド、その
液体吐出ヘッドの製造方法およびその液体吐出ヘッドが
搭載されたヘッドカートリッジおよび液体吐出装置を提
供することにある。

【００３４】また、本発明の他の目的は、可動部材の自
由端の変位を規制するのみならず撓み変形を防止するこ
とによって、可動部材の耐久性を向上させ、吐出特性が
安定した、信顛性の高い液体吐出ヘッドおよび液体吐出
装置を提供することにある。

【００３５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、液体を吐出する吐出口と、吐出口に連通
し液体を供給する液流路と、液流路に充填された液体に
気泡を発生させる発熱体が備えられた素子基板と、素子
基板上に支持固定された固定部と、吐出口側を自由端と
し、素子基板上の発熱体に対向する位置に素子基板との
間に間隙を置いて配置されている可動部とを有する可動
部材と、可動部材の変位量を規制する規制部とを有し、
気泡の発生によって生じる圧力によって液体を吐出口か
ら吐出させ、その際、可動部材の可動部が変位する液体
吐出ヘッドにおいて、規制部が、可動部材の自由端と当
接する先端規制部と、先端規制部から離間した少なくと
も１つの変位規制部とからなることを特徴とする。

【００３６】そして、可動部材は、固定部と、複数の可
動部と、素子基板から離間するとともに可動部を分岐支
持する共通支持部とが一体的に形成され、液体の吐出時
に可動部が共通支持部との接続部を支点として変位する
ものであり、変位規制部は、可動部材の少なくとも共通
支持部に対向して設けられ、共通支持部の過剰な変位を
抑制する補助部材であってもよい。

【００３７】この構成によれば、補助部材が設けられて
いない場合には可動部材の変位時に応力集中が生じやす
い、共通支持部と固定部との接続部に生じる段差部およ
び分岐された可動部の付け根部に加わる応力を、補助部
材に分散させて緩和することができる。

【００３８】この補助部材は、共通支持部の過剰な変位
を抑制するように共通支持部に対向して設ければ、可動
部材への応力を緩和する効果が得られるが、少なくとも
可動部材の上面に接合するように設けられることによ
り、応力を緩和させる作用をより効果的に得ることがで
きる。さらに、補助部材を、分岐された複数の可動部間
で素子基板上まで延びて接合されるように設けることに
より、可動部材の応力集中が生じやすい部分をしっかり
と支えて、より効果的に応力を緩和することができる。
応力集中を緩和する作用をさらに効果的に得るために
は、補助部材を、可動部材の可動部と素子基板との間隙
部にも形成し、すなわち可動部の付け根の全周を覆うよ
うに形成することが望ましい。

【００３９】また、補助部材を、分岐された可動部の並
び方向に沿って形成すれば、各可動部に加わる応力をそ
の並び方向に分散させて、分岐された各可動部間で均一
化するように緩和することができ、分岐された各可動部
の耐久性を向上できる。

【００４０】また、補助部材は、液流路の側壁を形成す
る流路壁と一体的に形成することもでき、このようにす
れば、製造工程を増やすことなく補助部材を形成するこ
とができる。

【００４１】補助部材の材料としては、感光性樹脂、特
にエポキシ系樹脂を好適に用いることができる。

【００４２】上記本発明の液体吐出ヘッドの製造方法と
しては、流路壁と補助部材とを同一材料で同時に形成す
るようにすれば、工程数を増やすことなく簡便に補助部
材を形成できる。この場合、素子基板上に可動部材を形
成する工程と、液状の光硬化性樹脂を、可動部材と素子
基板との間隙部を埋め、かつ、可動部材を被覆するまで
素子基板に塗布する工程と、光硬化性樹脂の、少なくと
も流路壁および補助部材を形成すべき領域に露光し硬化
する工程と、光硬化性樹脂の未露光部を除去する工程と
を有する製造方法を好適に用いることができる。

【００４３】また、流路壁と補助部材とは、それぞれの
機能を考慮して別部材にするなどの目的で別々に形成し
てもよい。この場合、素子基板上に可動部材と、液流路
の側壁を形成する流路壁とを形成する工程と、液状の光
硬化性樹脂を、可動部材と素子基板との間隙を埋め、か
つ、可動部材を被覆するまで素子基板に塗布する工程
と、光硬化性樹脂の少なくとも補助部材を形成すべき領
域に露光し硬化する工程と、光硬化性樹脂の未露光部を
除去する工程とを有する製造方法を好適に用いることが
できる。

【００４４】上述のように、露光することにより硬化す
るネガ型の光硬化性樹脂を用いて補助部材を形成する場
合、可動部材を透明な材料により形成することによっ
て、可動部材と素子基板との間隙部にも露光して硬化さ
せ、この部分にも補助部材を形成することができる。

【００４５】また、本発明の他の液体吐出ヘッドは、変
位規制部が、先端規制部から離間して発熱体よりも上流
側に設けられて可動部材の中間部と当接可能な少なくと
も１つの撓み規制部である。この撓み規制部は、可動部
材が過剰変位を生じた時にのみ可動部材の中間部と当接
するものであってもよい。

【００４６】この構成によると、可動部材の自由端の変
位を先端規制部で規制するとともに、可動部材の中間部
の撓み変形を撓み規制部で規制することにより、可動部
材が過剰に変形することはない。従って、クラックや欠
陥が可動部材に発生して破損することはない。

【００４７】先端規制部と、撓み規制部とは、素子基板
に接合されている天板にそれぞれ独立して形成されてい
ることが好ましい。

【００４８】先端規制部の前記液流路内の液体の流れ方
向に対して直角な方向の断面積が撓み規制部の前記液流
路内の液体の流れ方向に対して直角な方向の断面積より
も大きいことが好ましい。この場合、先端規制部は、撓
み規制部よりも幅広であってもよい。このような構成で
あると、可動部材の過剰な変形を防止するとともに、リ
フィル特性を低下させることがない。さらに、先端規制
部は複数設けられていてもよい。

【００４９】本発明によるヘッドカートリッジは、以上
のような液体吐出ヘッドと、液体吐出ヘッドに供給する
液体を貯溜する液体容器とを有することを特徴とする。

【００５０】本発明による液体吐出装置は、以上のよう
な液体吐出ヘッドと、液体吐出ヘッドから液体を吐出さ
せるための駆動信号を供給する駆動信号供給手段とを有
することを特徴とする。さらに、液体吐出ヘッドから吐
出された液体を受ける被記録媒体を搬送する搬送手段を
有することを特徴とする。

【００５１】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（または可動
部材）を経て、吐出口へ向かう液体の流れ方向に関し
て、またはこの構成上の方向に関しての表現として表さ
れる。

【００５２】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、または、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、または、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。

【００５３】

【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。

【００５４】＜第１の実施形態＞（液体吐出ヘッドの構
成）図７は、本発明を適用可能な、一般的な液体吐出ヘ
ッドの基本構成を示す模式的斜視図であり、その全体
を、一部を破断して示している。この液体吐出ヘッド
は、吐出エネルギーを発生するための発熱体２が形成さ
れている素子基板１を有している。素子基板１上には、
発熱体２が複数並んで形成されており、また、選択的に
液体を吐出させるための電気信号を発熱体２に伝達する
Ａｌ配線（不図示）などが形成されている。素子基板１
上には、さらに、液体を各発熱体２部分の上方を通るよ
うに導く液流路７の側壁となる流路壁９と、液流路７に
連通する共通液室８の側壁となる液室壁１０とが形成さ
れている。また、発熱体２での気泡発生による圧力を下
流側に導いて液体吐出効率を向上させる可動部材６が形
成されている。これら発熱体２および電気配線、流路壁
９、液室壁１０、可動部材６は、シリコンなどの素子基
板１上に成膜技術により形成されている。

【００５５】また、この液体吐出ヘッドは、共通液室８
の天井となる凹部と、共通液室８に連通するインク供給
口１１と、可動部材６の上方への変位を規制する上方変
位規制部（先端規制部）１２とが形成された天板３を有
している。天板３は素子基板１上に形成された流路壁９
と液室壁１０とに接合され、これによって共通液室８と
これに連通する複数の液流路７とが形成され、また上方
変位規制部材１２が各可動部材６の上方に一定の間隔を
置いて配置されている。また、この液体吐出ヘッドは、
素子基板１と天板３とによって形成された複数の液流路
７の、共通液室８とは反対側の端部前方に位置し、液流
路７の吐出口５となる開口が配されているオリフィスプ
レート４を有している。オリフィスプレート４は、素子
基板１と天板３との積層体の、液流路７の開口配設面に
貼り合わされる。

【００５６】なお、素子基板１と天板３との接合には、
ＵＶ照射によりタック性を保持したままＢステージ化し
て硬化収縮が終了し、加熱することにより硬化するエポ
キシ系の接着剤が用いられている。この接着剤は加熱圧
着のみによっても接着することができる。また、オリフ
ィスプレート４としては、ステンレス、Ｎｉなどの金属
フィルム、または耐インク性に優れたプラスチックフィ
ルム、例えば、ポリイミド、ポリサルフォン、ポリエー
テルサルフォン、ポリフェニレンオキサイド、ポリフェ
ニレンサルファイド、ポリプロピレンなどの樹脂フィル
ム材を用いることが望ましい。

【００５７】（液体吐出ヘッド構成の第１の実施例）図
１〜３に本実施例の液体吐出ヘッドの模式図を示す。図
１（ａ）は、この液体吐出ヘッドを吐出口５側から見た
側面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＢ−Ｂ’線に沿って
断面した平面断面図、図１（ｃ）は図１（ａ）のＡ−
Ａ’線に沿って断面した断面図、図１（ｄ）は図１
（ｂ）、図１（ｃ）のＣ−Ｃ’線に沿って断面した断面
図を示している。図２は、この液体吐出ヘッドの主要部
の寸法例を示している。図３は、天板３、オリフィスプ
レート４を取り付けていない状態で、流路壁９の形状を
示す図であり、図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）はより
拡大して示した平面図、図３（ｃ）は斜視図、図３
（ｄ）はより拡大して示した斜視図を示している。な
お、本実施例の液体吐出ヘッドの全体構成は、図７に示
した前述の一般的な液体吐出ヘッドとほぼ同様であり、
同一の部分には同一の符号を付し、詳細な説明は省略す
る。

【００５８】本実施例において、素子基板１上には、絶
縁および蓄熱を目的とした酸化シリコン膜または窒化シ
リコン膜が成膜され、その上に、電気抵抗層と配線電極
とが形成され発熱体２が構成されている（図１には、こ
れらの詳細な構成については記載しておらず、発熱体２
を模式的に記載している）。さらに、この上には電気抵
抗層や配線電極を液体から保護する保護膜１５と、これ
らを消泡によるキャビテーションから保護する耐キャビ
テーション層１６とが形成されている。これらの各層と
電気配線は、スパッタ法およびＣＶＤ法を用いて成膜さ
れ、必要に応じてフォトリソグラフィ技術を用いてパタ
ーニングされて形成されている。以降の説明では、これ
らの各層を含めて素子基板１と称する場合もある。

【００５９】また、上方変位規制部材（規制部の先端規
制部）１２は、天板３の下面に形成された下地層１４を
介して天板３に接続している。素子基板１と天板３とオ
リフィスプレート４とは接着剤１３によって接合されて
いる。

【００６０】可動部材６は、上流側に位置する、素子基
板１上に固定されている台座部（固定部）１９と、多数
の可動部とが一体的に形成されている。台座部１９は、
その下流側で立ち上がるようにして共通支持部に接続
し、さらにそこから分岐して各可動部に接続しており、
可動部は共通支持部との接続部６ａを支点として、素子
基板１との間に間隔を置いて片持梁状に支持されてい
る。この可動部材６は、その台座部１４から、接続部６
ａを介して、各液流路内に延びる矩形の複数の可動部に
分岐する櫛歯状になっており、分岐された可動部の付け
根部には丸みが付けられており、この部分の幅が根元側
に向かうにしたがって広くなっている。分岐された可動
部の下流側先端が自由端６ｂである。台座部１９と可動
部との接続部は、平面的に見ると波形状になっており、
波形状の、上流側に向かって見た頂点部が各可動部の中
心線上に位置している。

【００６１】流路壁９は、各可動部の側方位置から、さ
らに上流側に向って、可動部材６の台座部１９にまで延
びている部分と、分岐された可動部の付け根付近で、幅
が広がって付け根の側部を覆っている部分とを含む押え
部（変位規制部である補助部材）９ａを有している。押
え部９ａは、可動部材６の上方だけでなく、可動部材６
の複数の可動部間では、下方に向って素子基板１上まで
延びており、可動部材６と素子基板１との間に間隙部９
ｂがある部分では、この間隙部９ｂ内にも、可動部材６
の上方と同様に形成されている。

【００６２】本実施例の液体吐出ヘッドは、流路壁９が
この押え部９ａを有していることに特徴がある。すなわ
ち、本実施例の液体吐出ヘッドでは、このような押え部
９ａを設けることにより、押え部９ａが無い場合には可
動部材６が変位する際に特に応力集中が生じやすい部分
である、可動部材６の段差部と分岐された可動部の付け
根部分とに加わる応力を、この部分に接合された押え部
９ａに分散させて緩和することができる。これにより、
可動部材６の耐久性を向上させ、液体吐出の信頼性を向
上させることができる。そして、可動部材６の隣接する
多数の可動部が同時に変位しても、可動部材６の耐久性
に大きな影響が生じるほどの応力が加わらないようにで
きる。

【００６３】なお、本実施例の液体吐出ヘッドでは、押
え部９ａは可動部材６と素子基板１との間隙部９ｂにも
形成されている構成を示した。このように、押え部９ａ
が間隙部９ｂにも形成されていることは、応力を緩和す
る作用を得る上で好ましい。しかし、製造する上で、押
え部９ａを間隙部９ｂに形成することが困難である場合
もあり、このような場合には、間隙部９ｂには押え部９
ａが形成されていない構成としてもよい。この場合で
も、押え部９ａは、可動部材６の上面に接合され、ま
た、分岐された可動部間では素子基板１まで延びて接合
されており、可動部材６をしっかりと支えるようにで
き、一定の応力緩和作用を得ることができる。

【００６４】また、本実施例では、押え部９ａが可動部
材６に接合されている構成を示したが、押え部９ａを少
なくとも共通支持部に対向して設けることで、共通支持
部の過剰な変位を抑制するようにすることができ、接合
されていなくても、可動部材６の応力を緩和する作用を
得ることができる。

【００６５】（液体吐出ヘッド構成の第２の実施例）図
４〜６に本実施例の液体吐出ヘッドの模式図を示す。図
４（ａ）は、この液体吐出ヘッドを吐出口５側から見た
側面図、図４（ｂ）は図４（ａ）のＢ−Ｂ’線に沿って
断面した平面断面図、図４（ｃ）は図４（ａ）のＡ−
Ａ’線に沿って断面した断面図、図４（ｄ）は図４
（ｂ）、図４（ｃ）のＣ−Ｃ’線に沿って断面した断面
図を示している。図５は、この液体吐出ヘッドの主要部
の寸法例を示している。図６は、天板３、オリフィスプ
レート４を取り付けていない状態で、流路壁９の形状を
示す斜視図であり、図６（ａ）は、可動部材６の長さ
（弁長）が２２０μｍのもの、図６（ｂ）は弁長が２５
０μｍのものを示している。なお、液体吐出ヘッド構成
の第１の実施例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。

【００６６】本実施例では、可動部材６の段差部と、分
岐された可動部の付け根部とを覆う押え部材（補助部
材）２０が、流路壁９から離れて別部材として設けられ
ている。押え部材２０は、可動部材６の段差部と分岐さ
れた可動部の付け根部とを覆う幅で可動部の並び方向に
沿って延びている。押え部材２０は、可動部材６の複数
の可動部間では下方に向って素子基板１上まで延びてお
り、可動部材６と素子基板１との間に間隙部２０ｂがあ
る部分では、この間隙部２０ｂにも、可動部材６の上方
と同様の平面形状で形成されている。

【００６７】本実施例の液体吐出ヘッドでは、このよう
な押え部材２０を設けることにより、液体吐出ヘッド構
成の第１の実施例と同様に、可動部材６の段差部と分岐
された可動部の付け根部に加わる応力を、この部分に接
合された押え部材２０に分散させて緩和することができ
る。これにより、可動部材６の耐久性を向上させ、液体
吐出の信頼性を向上させることができる。さらに、本実
施例の液体吐出ヘッドでは、押え部材２０が、複数の分
岐された可動部の並び方向に沿って延びているため、各
可動部に加わる応力をその並び方向に分散させて、各可
動部間で均一化するように緩和することができ、分岐さ
れた部分それぞれの耐久性に関する余裕をより大きく広
げることができる。

【００６８】なお、本実施例の液体吐出ヘッドでは、押
え部材２０は可動部材６と素子基板１との間隙部２０ａ
にも形成されている構成を示した。このように、押え部
材２０が間隙部２０ａにも形成されていることは、応力
を緩和する作用を得る上で好ましい。しかし、液体吐出
ヘッド構成の第１の実施例と同様に、間隙部２０ａには
押え部材２０が形成されていない構成としてもよい。こ
の場合でも、押え部材２０は、可動部材６の上面に接合
され、また、分岐された複数の可動部間では素子基板１
まで延びて接合されており、可動部の付け根部分を跨ぐ
ブリッジ状の構造によって、可動部材６をしっかりと支
えるようにでき、一定の応力緩和作用を得ることができ
る。

【００６９】また、本実施例では、押え部材２０が可動
部材６に接合されている構成を示したが、押え部材２０
を少なくとも共通支持部に対向して設けることで、共通
支持部の過剰な変位を抑制するようにすることができ、
接合されていなくても、可動部材６の応力を緩和する作
用を得ることができる。

【００７０】（液体吐出ヘッドの製造方法）次に、本発
明の液体吐出ヘッドの製造方法について説明する。な
お、以下の液体吐出ヘッド製造方法の実施例では、第２
の実施例の構成の液体吐出ヘッドについての製造方法を
示すが、第１の実施例の液体吐出ヘッドについても同様
の方法で製造可能である。

【００７１】（液体吐出ヘッド製造方法の第１の実施
例）図８および図９は、本発明による液体吐出ヘッド製
造方法の第１の実施例について説明するための図であ
る。図８および図９の（ａ）〜（ｉ）が、液流路７が延
びる方向に対して垂直な方向の断面図であり、図８およ
び図９の（ａ’）〜（ｉ’）が、液流路７方向に沿った
断面図である。図８の（ａ）および（ａ’）から、図９
の（ｉ）および（ｉ’）までの工程を経て、素子基板１
上に可動部材６と流路壁９と押え部材２０とが形成され
る。

【００７２】まず、図８（ａ）および図８（ａ’）に示
すように、素子基板１の発熱体２側の面全体に、犠牲層
２１として、ＣＶＤ法によって温度３５０℃の条件でＰ
ＳＧ（phospho silicate glass）膜を形成する。この犠
牲層２１の膜厚は、図４に示した可動部材６と発熱体２
とのギャップに相当し、１〜２０μｍが好ましく、１〜
１０μｍがより好ましい。このようにすることにより、
液体吐出ヘッドの液流路７全体のバランス上、可動部材
６の効果が顕著にあらわれる。次に、犠牲層２１をパタ
ーニングするために、犠牲層２１の表面に、スピンコー
トなどによりレジストを塗布した後、フォトリソグラフ
ィー技術に基づいて露光および現像を行い、レジスト
の、可動部材６が固定される部分に相当する部分などを
除去する。

【００７３】そして、図８（ｂ）および図８（ｂ’）に
示すように、犠牲層２１の、レジストで覆われていない
部分を、バッファードフッ酸によるウェットエッチング
によって除去する。その後、犠牲層２１の表面に残って
いるレジストを、酸素プラズマによるプラズマアッシン
グ、あるいは素子基板１をレジスト除去剤に浸すことに
よって除去する。これにより、ＰＳＧ膜２１の一部が素
子基板１の表面に残され、そのＰＳＧ膜２１の一部が、
気泡発生領域１０に相当する型部材となる。このような
工程を経て、素子基板１の表面に、気泡発生領域１０の
空間に相当する型部材が作り込まれる。

【００７４】次に、図８（ｃ）および図８（ｃ’）に示
すように、素子基板１および犠牲層２１の表面に、温度
４００℃の条件下で、アンモニアとシランガスを材料と
するプラズマＣＶＤ法により、厚さ１〜１０μｍのＳｉ
Ｎ膜２２を形成する。このＳｉＮ膜２２の一部が可動部
材６となる。ＳｉＮ膜２２の組成としては、Ｓｉ₃Ｎ₄が
最も良いとされるが、可動部材６の機能を効果的に得る
ためには、Ｓｉを１としてＮの比率が１〜１．５の範囲
であっても良い。このＳｉＮ膜は、半導体プロセスで一
般的に使用され、耐アルカリ性、化学的安定性、および
耐インク性を有している。ＳｉＮ膜２２の一部が可動部
材６となるため、この膜の材質が、可動部材６として最
適な物性値を得られる構造および組成であれば、この膜
の製造方法は限定されない。例えば、ＳｉＮ膜２２の形
成方法として、前述したプラズマＣＶＤ法の代わりに、
常圧ＣＶＤ法、ＬＰＣＶＤ法、バイアスＥＣＲＣＶＤ
法、マイクロ波ＣＶＤ法、あるいはスパッタ法、塗装方
法などを用いてもよい。また、ＳｉＮ膜を、その応力、
剛性、ヤング率などの物理的特性や、耐アルカリ性、耐
酸性などの化学的特性を用途に応じて向上させるため
に、段階的に組成比を変えて多層膜化してもよい。ある
いは、段階的に不純物を添加して多層膜化したり、単層
で不純物を添加してもよい。

【００７５】次に、図８（ｄ）および図８（ｄ’）に示
すように、ＳｉＮ膜２２の表面に耐エッチング保護膜２
３として、厚さ２μｍのＡｌ膜を形成する。そして、耐
エッチング保護膜２３を所定の形状にするために、耐エ
ッチング保護膜２３の表面にレジストをスピンコートな
どにより塗布し、フォトリソグラフィーによりパターニ
ングを行う。

【００７６】その後、図８（ｅ）および図８（ｅ’）に
おいて、ＣＦ₄ガスなどを使用したドライエッチング、
あるいはリアクティブイオンエッチング法などによって
ＳｉＮ膜２２および耐エッチング保護膜２３のエッチン
グを行い、ＳｉＮ膜２２および耐エッチング保護膜２３
を可動部材６の形状にする。これにより、素子基板１の
表面に可動部材６が作り込まれる。ここでは、耐エッチ
ング保護膜２３およびＳｉＮ膜２２を同時にパターニン
グしたが、耐エッチング保護膜２３のみを可動部材６の
形状にパターニングし、後の工程でＳｉＮ膜２２をパタ
ーニングしてもよい。また、押え部材２０を形成する部
分については、耐エッチング保護膜２３のみをエッチン
グする。

【００７７】次に、図９（ｆ）および図９（ｆ’）にお
いて、耐エッチング保護膜２３、素子基板１の表面に、
厚さ２０〜４０μｍのＳｉＮ膜２４を形成する。ＳｉＮ
膜２４を高速で形成したい場合には、マイクロウェーブ
ＣＶＤ法を用いる。このＳｉＮ膜２４が、最終的に流路
壁９および押え部材２０となる。ＳｉＮ膜２４は、通
常、半導体の製造工程で求められるような膜の特性、例
えばピンホール密度や、膜の緻密さには左右されない。
ＳｉＮ膜２４は、液流壁９および押え部材２０としての
耐インク特性や機械的強度を満たすものであればよく、
ＳｉＮ膜２４の高速成形によってＳｉＮ膜２４のピンホ
ール密度が多少高くなっても問題はない。

【００７８】また、ここではＳｉＮ膜を用いたが、流路
壁９および押え部材２０の材料としてはＳｉＮ膜に限定
されることはなく、不純物を含んだＳｉＮ膜や、組成を
変えたＳｉＮ膜など、機械的特性および耐インク性を有
するものであればよく、ダイヤモンド膜、水素化アモル
ファスカーボン膜（ダイヤモンドライクカーボン膜）、
アルミナ系、ジルコニア系などの無機膜でもよい。

【００７９】次に、ＳｉＮ膜２４を所定の形状にするた
めに、ＳｉＮ膜２４の表面にレジストをスピンコートな
どにより塗布し、フォトリソグラフィーによりパターニ
ングを行う。その後、ＣＦ₄ガスなどを使用したドライ
エッチング、あるいはリアクティブイオンエッチングを
行い、図９（ｇ）および図９（ｇ’）に示すように、Ｓ
ｉＮ膜２４を、流路壁９となる部分２４ａと、押え部材
２０となる部分２４ｂの形状にする。あるいは、より高
速なエッチング性を重視すると、ＩＣＰ（誘導結合プラ
ズマ）エッチング法が、厚いＳｉＮ膜２４のエッチング
に最も適している。このような工程を経て、素子基板１
の表面に流路壁９および押え部材２０が作り込まれる。

【００８０】この際、本実施例では、前の工程でＳｉＮ
膜２２上に形成した耐エッチング保護膜２３が、流路壁
９および押え部材２０を形成するためにエッチングを行
う際に、可動部材６となるＳｉＮ膜２２へのダメージを
防止する役割を果たす。すなわち本実施例では、可動部
材６と流路壁９および押え部材２０とがほぼ同一の材料
で形成されるので、流路壁９および押え部材２０の形成
時のエッチングが、可動部材６もエッチングできるもの
であるが、可動部材６となるＳｉＮ膜２２の、素子基板
１側の反対側の面に耐エッチング保護膜２３が形成され
ているため可動部材６の、エッチングによるダメージが
防止される。

【００８１】そして、ＳｉＮ膜２４のエッチングを行っ
た後、酸素プラズマによるプラズマアッシング、あるい
は、素子基板１をレジスト除去剤に浸すことによって、
ＳｉＮ膜２４上に残ったレジストを除去する。

【００８２】次に、図９（ｈ）および図９（ｈ’）に示
すように、ＳｉＮ膜２２上の耐エッチング保護膜２３を
ウェットエッチングまたはドライエッチングによって除
去する。ここでは、それらの方法に限定されず、耐エッ
チング保護膜２３のみを除去することができれば、どの
ような方法でもよい。あるいは、耐エッチング保護膜２
３が、可動部材６の特性に悪影響を及ぼすものではな
く、かつ耐インク性の高いＴａ膜などであれば、除去す
る必要はない。

【００８３】次に、図９（ｉ）および図９（ｉ’）に示
すように、バッファードフッ酸によってＳｉＮ膜２２の
下方の犠牲層２１を除去する。以上の工程により、流路
壁９と、可動部材２２と、本発明の特徴部である押え部
材２０とを素子基板１上に形成することができる。

【００８４】次に、天板３を、シリコンの結晶方位が接
着面に対して（１１０）で形成されたＳｉ基板を用い
て、以下のように作製する。

【００８５】まず、Ｓｉ基板（１１０）に熱酸化膜を形
成する。次に、熱酸化膜をフォトリソグラフィ技術を用
いてパターニングする。そしてパターニングした熱酸化
膜をマスクとして、ＴＭＡＨ−２２（関東化学社製；商
品名）を用い、温度８０℃の条件で異方性エッチングを
行う。このようにして、インク供給口１１と共通液室８
となる凹部とを異方性エッチングにより同時に形成す
る。

【００８６】次に、天板３の、素子基板１に接着される
面に東京応化社製のＳＹ３２７（商品名）を利用して上
方変位規制部材１２の下地層１４のパターニングを行
う。その後、上方変位規制部材１２を同じようにネガレ
ジストで形成する。

【００８７】次に、ＵＶ照射によりタック性を保持した
ままＢステージ化し、加熱圧着により接着できるエポキ
シ系の接着剤１３を流路壁９に転写し、この上に天板３
を貼り合わせる。その後、素子基板１と天板３との積層
体の、液流路７の開口配設面に接着剤１３を転写し、液
流路７のピッチに応じた所定のピッチで吐出口５が形成
されたオリフィスプレート４を接合する。

【００８８】以上の工程により、液体吐出ヘッドを製造
することができる。

【００８９】（液体吐出ヘッド製造方法の第２の実施
例）図１０および図１１は、本発明による液体吐出ヘッ
ド製造方法の第２の実施例について説明するための図で
ある。図１０および図１１の（ａ）〜（ｉ）が、液流路
７が延びる方向に対して垂直な方向の断面図であり、図
１０および図１１の（ａ’）〜（ｉ’）が、液流路７方
向に沿った断面図である。図１０の（ａ）および
（ａ’）から、図１１の（ｉ）および（ｉ’）までの工
程を経て素子基板１上に可動部材６と流路壁９と押え部
材２０とが形成される。

【００９０】まず、図８（ａ）および図８（ａ’）に示
すように、素子基板１の発熱体２側の面全体に、犠牲層
３１としてスパッタリング法によってＡｌ膜を形成す
る。Ａｌ膜の膜圧は、液体吐出ヘッド製造方法の第１の
実施例と同様に１〜２０μｍが好ましく、１〜１０μｍ
がより好ましい。

【００９１】次に、図１０（ｂ）および図１０（ｂ’）
に示すように、犠牲層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ことで、その犠牲
層３１の、可動部材６の台座部に対応する部分のみを除
去する。

【００９２】次に、図１０（ｃ）および図１０（ｃ’）
に示すように、素子基板１および犠牲層３１の表面に厚
さ１〜１０μｍのＳｉＮ膜３２を形成する。

【００９３】次に、図１０（ｄ）および図１０（ｄ’）
に示すように、ＳｉＮ膜２２の表面に、耐エッチング保
護膜２３として厚さ６１００ÅのＡｌ膜を形成する。

【００９４】次に、耐エッチング保護膜３３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し、
ＳｉＮ膜３２表面の、可動部材６に対応する部分のみに
残す。そして、誘電結合プラズマを使ったエッチング装
置を用い、耐エッチング保護膜２３をマスクにしてＳｉ
Ｎ膜３２をパターニングすることで、図１０（ｅ）およ
び図１０（ｅ’）に示すように、ＳｉＮ膜３２の残った
部分で構成される可動部材６を形成する。

【００９５】次に、図１１（ｆ）および図１１（ｆ’）
に示すように、酢酸、りん酸および硝酸の混酸を用い
て、可動部材６上に残っている耐エッチング保護膜３３
や、犠牲層３１を溶解して除去し、素子基板１上に可動
部材６を作り込む。

【００９６】次に、上記のように可動部材６が形成され
た素子基板１の上に、図１１（ｇ）および図１１
（ｇ’）に示すように、ネガ型の感光性エポキシ樹脂３
４である、マイクロケミカルコンポ社製のＮＡＮＯ Ｘ
Ｐ ＳＵ−８（商品名）をスピンコートによって５０μ
ｍの厚さで塗布する。

【００９７】ここで、感光性エポキシ樹脂３４について
説明する。流路壁９の材料としては液流路７をフォトリ
ソグラフィーで容易にかつ精度よく形成できることか
ら、感光性樹脂が好ましい。このような感光性樹脂は、
構造材料としての高い機械的強度、素子基板１との密着
性、および耐インク性と同時に、液流路７の微細なパタ
ーンを高アスペクトでパターニングするための高い解像
性が要求される。ここで、本発明者は、鋭意検討の結
果、エポキシ樹脂のカチオン重合硬化物が構造材料とし
て優れた強度、密着性、耐インク性を有し、また、前記
エポキシ樹脂が常温にて固体状であれば、優れたパター
ニング特性を有することを見い出した。常温で固体状の
エポキシ樹脂を用いる場合は、塗布の際には溶媒に溶か
して液状とする。

【００９８】まず、エポキシ樹脂のカチオン重合硬化物
は、通常の酸無水物もしくはアミンによる硬化物に比較
して高い架橋密度（高Ｔｇ）を有するため、構造材とし
て優れた特性を示す。

【００９９】また、常温にて固体状のエポキシ樹脂を用
いることで、光照射によりカチオン重合開始剤より発生
した重合開始種のエポキシ樹脂中への拡散が抑えられ、
優れたパターニング精度、形状を得ることができる。

【０１００】ここで、可動部材６のような片持ち梁状の
弁部材が表面に設けられている場合には、粘性が高い樹
脂をスピンコートによって塗布しようとすると、樹脂が
拡散する際に弁部材が撓んだり曲がったりするおそれが
ある。しかしながら、本実施例におけるネガ型の感光性
エポキシ樹脂３４として用いられる上記の材料は比較的
粘性が低いので、スピンコートによって塗布する際に弁
部材に撓みや曲がりが起こるおそれがなく、さらに、素
子基板１と可動部材６との間の隙間にも樹脂を良好に流
し込むことができる。

【０１０１】そして、本発明者らは、可動部材６の変形
を防止し、かつ、光硬化性樹脂の塗布表面を平滑にする
ために、上述のような光硬化性樹脂の材料としては、固
形成分が十分に多くかつ塗布工程でのレベリング（平坦
化）がしやすい材料であること、具体的には５０％以上
の固形成分を含んでいる材料が好ましいことを見出し
た。さらに、スピンコートによる塗布を可能にするに
は、樹脂の分子量が小さいこと、具体的には樹脂の平均
分子量が１万以下であることが好ましいことが判った。

【０１０２】なお、このスピンコート工程において、余
分な樹脂コート材料（光硬化性樹脂）が、外周部の空気
抵抗との関係から広がりきれないために、ウェハー周辺
部が盛り上がる傾向にある。これは、コートの膜厚が厚
くなればなる程、精度における問題となる。そこで、本
実施例では、樹脂コート材料を溶解するアセトンおよび
ＩＰＡ（イソプロピルアルコール）の混合液などをウェ
ハーの周辺部に滴下することにより（サイドリンス工
程）、ウェハー上の樹脂コート膜の厚さの均一性を向上
させることができた。

【０１０３】続いて、ホットプレートを用いて９０℃，
５分の条件で感光性エポキシ樹脂１００のプリベークを
行った後に、露光装置（ＭＰＡ６００：商品名）を用い
て２［Ｊ／ｃｍ²］の露光光量で感光性エポキシ樹脂３
４を所定のパターンに露光する。

【０１０４】ネガ型の感光性樹脂である光硬化性樹脂
は、露光された部分が硬化し、露光されない部分は硬化
しない。そこで、この露光工程ではマスク３５を用いて
流路壁９を形成すべき箇所と、押え部材２０を形成すべ
き箇所のみを露光し、その他の箇所は露光しない。これ
によって、図１１（ｈ）および図１１（ｈ’）に示すよ
うに、流路壁９となる部分３４ａと、押え部材２０とな
る部分３４ｂのみが硬化される。この際、可動部材６と
なる部分にＳｉＮ膜３２を用いており、ＳｉＮは光を透
過する特性を有する透明な材料であるため、間隙部２０
ａに位置する押え部材２０となる、ＳｉＮ膜３２と素子
基板１との間の部分３４ｃも露光され硬化される。この
ように３４ｃ部分も硬化されることは、間隙部２０ａに
位置する押え部材２０を形成してより効果的に可動部材
６の根元部分の応力を緩和できるようにするために好ま
しい。しかし、可動部材６となる層にはＳｉＮ以外の材
料を用いることもでき、不透明な材料を用いた場合に
は、３４ｃ部分は露光されず硬化されないが、この場合
でも前述のように押え部材２０の他の部分で応力緩和の
効果を得ることができる。

【０１０５】次に、再びホットプレートを用いて９０
℃，５分の条件で感光性エポキシ樹脂１００のＰＥＢを
行い、キシダ化学社製プロピレングリコール１−モノメ
チルエーテルアセテートを現像液として用いてエッチン
グを行う。これにより、図１１（ｉ）および図１１
（ｉ’）に示すように、硬化されていない部分を容易に
良好に除去することができる。そして、２００℃，１時
間の条件で本ベークを行う。ここで、光硬化後の樹脂の
レベリングを行う工程（本ベーク工程）では、樹脂の融
点（上記の樹脂では９０℃）以上の温度でベークを行っ
てレベリングフローをさせることが、レベリングの精度
を向上させるために有効である。

【０１０６】以上の工程により、流路壁９と、可動部材
２２と、本発明の特徴部である押え部材２０とを素子基
板１上に形成することができる。本実施例では、間隙部
２０ａにも押え部材２０を形成することができる。

【０１０７】次に、液体吐出ヘッド製造方法の第１の実
施例と同様に天板３とオリフィスプレート４を接合して
液体吐出ヘッドを作製することができる。

【０１０８】以上説明した液体吐出ヘッド製造方法の第
１、第２の実施例では、押え部材２０を液流路９と同一
の材料を用いて同時に作製する方法を示した。このよう
にすることで、工程を増やすことなく簡便な方法で押え
部材２０が形成された液体吐出ヘッドを製造することが
できる。しかし、例えば、液体吐出ヘッド製造方法の第
１の実施例に示したような方法で、可動部材６と流路壁
９とを形成した後、第２の実施例に示したような方法で
押え部材２０を形成するなどして、流路壁９と押え部材
２０とを別部材で形成するようにしてもよい。このよう
にすることで、液流路９と押え部材２０とにそれぞれの
機能に適した材料を用いるなどすることができる。

【０１０９】＜第２の実施形態＞図１２は本実施形態の
液体吐出ヘッドの要部の側断面模式図である。また、図
３（ａ）〜図１３（ｆ）は、図１に示した液体吐出ヘッ
ドからの液体の吐出過程を説明する図である。

【０１１０】まず図１２を用いて、液体吐出ヘッドの構
成について説明する。

【０１１１】この液体吐出ヘッドは、気泡発生手段であ
る発熱体１１０および可動部材１１１を有する素子基板
１０１と、規制部１１２が形成された天板１０２と、吐
出口１０４が形成されたオリフィスプレート１０５とを
有する。本実施形態では、規制部（ストッパ）１１２
は、それぞれ独立している先端規制部１１２ａと撓み規
制部（変位規制部）１１２ｂとからなる。

【０１１２】液体が流れる流路（液流路）１０３は、素
子基板１０１と天板１０２とが積層状態で固着されるこ
とで形成されており、素子基板１０１と側壁（流路壁）
１０７と天板１０２とに囲まれた細長い形状を有してい
る。また、流路１０３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１２左側）に形成さ
れた、液体を吐出する吐出口１０４に連通している。発
熱体１１０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１０３の上流側（図
１２右側）に同時に連通するように、大容積の共通液室
１０６が設けられている。つまり、各流路１０３は、単
一の共通液室１０６から分岐した形状となっている。こ
の共通液室１０６の液室高さは、流路１０３の流路高さ
よりも高く形成されている。

【０１１３】可動部材１１１は、一端支持の片持ち梁状
であり、インクの流れの上流側で素子基板１０１に固定
され、支点１１１ａより下流側が素子基板１０１に対し
て上下方向に移動可能である。そして、可動部材１１１
は、初期状態においては、素子基板１０１との間に隙間
を保ちつつ素子基板１０１に略平行に位置する。

【０１１４】本実施形態では、自由端１１１ｂが発熱体
１１０のほぼ中央領域に位置するように可動部材１１１
が配設され、この可動部材１１１の自由端１１１ｂの上
方に、天板１０２に第１の規制部（先端規制部）１１２
ａが設けられ、発熱体の上流側端部よりも上流側に第２
の規制部（撓み規制部）１１２ｂが設けられている。先
端規制部１１２ａは、可動部材１１１の自由端１１１ｂ
に当接してその上方への移動を規制する。撓み規制部１
１２ｂは、可動部材の撓み変形（自由端と支点との間の
中間部が上流側に凸状になる変形）を規制する。このよ
うにして、可動部材１１１の変位規制時には、可動部材
１１１および先端規制部１１２ａにより、流路１０３
は、可動部材１１１および先端規制部１１２ａより上流
側と、可動部材１１１および先端規制部１１２ａより下
流側とが、実質的に遮断される。

【０１１５】自由端１１１ｂの位置Ｙと、先端規制部１
１２ａの端部Ｘとは、素子基板１０１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１１０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。

【０１１６】また、先端規制部１１２ａから下流側の流
路１０３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１４０は、
可動部材１１１が先端規制部１１２ａおよび撓み規制部
１１２ｂ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、成長が阻害されることなく、液体を吐出
口１０４に向かってスムーズに向かわせることができ
る。さらに、吐出口１０４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。したがっ
て、良好な液体の吐出を行うことができる。

【０１１７】先端規制部１１２ａよりも共通液室１０６
側（上流側）の天井形状は、撓み規制部１１２ｂを除い
て、急激にたちあがっている。この構成で可動部材１１
１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大きいため、圧力は吐出口１０
４側に向かいにくいものであった。しかし本実施形態に
おいては、気泡形成時には、可動部材１１１により気泡
発生領域の上流側への気泡１４０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１０４側へ向かうとともに、インク供給時には、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
ら気泡発生領域へインク供給が速やかになされる。

【０１１８】上記構成によれば、気泡１４０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１０５ａよりも突出する
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。

【０１１９】なお、本実施形態においては、気泡１４０
の下流側の部分と吐出口１０４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１４０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１６６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１０
４と発熱体１１０、特に気泡１４０の吐出口１０４側に
影響力を持つ発熱体１１０の吐出口１０４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
１０３内の液体がない状態であれば、吐出口１０４の外
側から見て発熱体１１０、特に発熱体１１０の下流側が
観察することが可能な状態である。

【０１２０】次に、各部構成要素の寸法に関して説明す
る。

【０１２１】本発明においては、上述の可動部材１１１
の上面への気泡１４０のまわり込み（気泡発生領域の上
流側への気泡１４０のまわり込み）について検討したと
ころ、可動部材１１１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１
１１の上面への気泡１４０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。

【０１２２】すなわち、本発明は、気泡１４０の体積変
化率と可動部材１１１の変位体積変化率とがともに増加
傾向にある時点で可動部材１１１の変位を規制部１１２
によって規制することにより、可動部材１１１の上面へ
の気泡１４０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。

【０１２３】このことについて、以下に図１４を用いて
詳細に説明する。

【０１２４】まず、図１４（ａ）の状態から、発熱体８
１０上で気泡８４０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８１０周囲の液体が移動
することで気泡８４０が成長していく。そして、当初、
可動部材８１１は液体の移動にほぼ追従するように上方
に変位する（図１４（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８１１の弾力性
とによって、可動部材８１１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８１１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８１１（自由端８１１ｂ）と先端規制部８１２との
間隙が図１４（ｃ）のように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（矢印方
向）に流入することとなり、可動部材８１１が先端規制
部８１２と接触しにくい状態を作り出すとともに、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（先端規制部８１２ａおよび撓み規制部
８１２ｂ）による可動部材８１１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。

【０１２５】これに対して、本発明では、先端規制部１
１２ａによる可動部材１１１の規制を可動部材１１１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
した。ここで、本発明においては、便宜上、可動部材１
１１の変位速度および気泡１４０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。

【０１２６】このような構成により、可動部材１１１の
上面への気泡１４０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。

【０１２７】本構成によれば、可動部材１１１が先端規
制部１１２ａによって規制されたあとも、気泡１４０は
成長を続けるわけであるが、このときに気泡１４０の下
流側成分の自由成長を促すように、先端規制部１１２ａ
より下流部分の流路１０３の流路高さは十分に設けられ
ていることが望ましい。

【０１２８】可動部材１１１の幅が流路１０３の幅に比
べて小さいため、可動部材１１１と流路側壁１０７との
クリアランスが確保されている。そして、発熱体１１０
の発熱によって発生する気泡１４０に対し、この気泡１
４０の上流側半分に対面して位置し、前記したように可
動部材１１１の変位を規制する先端規制部１１２ａと、
発熱体の上流端よりも上流側に位置する撓み規制部１１
２ｂとが設けられている。この先端規制部１１２ａによ
って可動部材１１１の上方変位の規制が行われるととと
もに、可動部材１１１に過剰な応力が加わった場合に
は、撓み規制部１１２ｂによって可動部材１１１の撓み
変形（過剰変形）が規制される。

【０１２９】撓み規制部１１２ｂは、通常の液体吐出状
態であって気泡１４０の正常な発泡状態においては可動
部材１１１と当接することはなく、気泡１４０が通常よ
りも大きくなり過ぎて可動部材１１１が過剰に変形する
場合にのみ、可動部材１１１に当接してそれ以上の変形
を抑えるような位置および寸法に形成されている。

【０１３０】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。

【０１３１】なお、本実施形態における流路１０３の高
さは５５μｍであり、可動部材１１１の厚さは５μｍで
ある。ストッパの高さをｔ₁とし、可動部材１１１の上
面とストッパ１１２との間の高さ方向の間隔を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
ができた。

【０１３２】次に、本実施形態の液体吐出ヘッドの吐出
動作について、図１３（ａ）〜図１３（ｆ）と、気泡の
変位速度と体積の時間変化および可動部材の変位速度と
変位体積の時間変化とを示す図１５を用いて詳細に説明
する。

【０１３３】図１５において、気泡体積変化率ｖ₁は実
線で、気泡体積Ｖ_d1は二点鎖線で、可動部材変位体積変
化率ｖ₂は破線で、可動部材変位体積Ｖ_d2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ｖ₁は気
泡体積Ｖ_d1の増加を正とし、気泡体積Ｖ_d1は体積の増加
を正とし、可動部材変位体積変化率ｖ₂は可動部材変位
体積Ｖ_d2の増加を正とし、可動部材変位体積Ｖ_d2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_d2は可動部材１１１が図１３（ａ）の初期
状態から天板１０２側へ変位した際の体積を正とするた
め、可動部材１１１が初期状態から素子基板１０１側に
変位した際には、可動部材変位体積Ｖ_d2は負の値を示す
こととなる。

【０１３４】図１３（ａ）は、発熱体１１０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１１０が熱を発生する前の状態を示す。可動部材１
１１は、後述するように、発熱体１１０の発熱によって
発生する気泡１４０に対し、この気泡１４０の上流側半
分に対面する領域に位置している。

【０１３５】図１５においては、この状態は時間ｔ＝０
のＡ点に相当する。

【０１３６】図１３（ｂ）では、気泡発生領域内を満た
す液体の一部が発熱体１１０によって加熱され、膜沸騰
に伴う気泡１４０が発泡し始めた状態を示す。図１５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_d1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１１１の
変位は気泡１４０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１４０の発生に基づく圧力波が流
路１０３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および上流側に移動し、上流側に
おいては気泡１４０の成長に伴う液の流れにより可動部
材１１１が変位し始める。また、上流側への液体の移動
は流路１０３の側壁１０７と可動部材１１１との間をと
おり共通液室１０６側に向かう。この時点における先端
規制部１１２ａと可動部材１１１との間のクリアランス
は可動部材１１１が変位するにつれ狭くなっていく。こ
の状態で、吐出口１０４からは吐出滴１６６が吐出され
始める。

【０１３７】図１３（ｃ）では、気泡１４０のさらなる
成長により、変位した可動部材１１１の自由端１１１ｂ
が先端規制部１１２ａに接触した状態を示す。図１５に
おいてはこの状態は、Ｃ₁〜Ｃ₃点に相当する。

【０１３８】可動部材変位体積変化率ｖ₂は、図１３
（ｂ）に示す状態から図１３（ｃ）に示す状態である可
動部材１１１が先端規制部１１２ａに接触する前、すな
わち、図１５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が先端規制部
１２ａに接触する直前において、可動部材１１と先端規
制部１１２ａ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ｖ₁も急
激に低下する。

【０１３９】その後、可動部材１１１は先端規制部１１
２ａにさらに接近し、接触するが、この可動部材１１１
と先端規制部１１２ａとの接触は、先端規制部１１２ａ
の高さｔ₁と可動部材１１１の上面と先端規制部１１２
ａの先端部との間のクリアランスｔ₂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１１１が先端規制部１１２ａに接触するとそれ
以上の上方への変位が規制される（図１５のＣ₁〜Ｃ
₃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１４０の上流側への成長も可
動部材１１１で制限される。

【０１４０】通常発泡状態であれば、ここで可動部材１
１１の上方への変位は規制されるが、流路中のインク量
が少なくインクで満たされていない部分が（特に可動部
材１１１の上方に）存在する状態で加熱発泡すると、通
常よりも大きな気泡が発生し、インクに過剰な力が加わ
る。このため可動部材１１１は、さらに上流方向へ引っ
張られる大きな応力を受け、図１３（ｄ）に点線で示す
ように、上方（天板側）に向かって凸になるように撓み
変形しようとする。仮に、このように撓み変形すると、
可動部材１１１に過剰な応力が働いてクラックや欠陥が
発生するおそれがあり、さらに変形が大きくなると、可
動部材が破断するという場合がある。これに対し、本実
施形態では発熱体１１０の上流側端部よりも上流側に撓
み規制部１１２ｂが設けられているので、図１３（ｄ）
に実線で示すように、可動部材１１１が上方（天板側）
に向かって凸になるような撓み変形は防止される。撓み
規制部１１２ｂは、可動部材１１１の上方への撓み変形
規制を目的としており、先端規制部１１２ａのように流
路を遮断する（仕切る）必要はないので、できるだけ流
抵抗が大きくならない（リフィルの妨げにならない）よ
うな形状が望ましい。

【０１４１】このように可動部材１１１が先端規制部１
１２ａおよび撓み規制部１１２ｂに当接した後も、気泡
１４０は成長を続ける。先端規制部１１２ａおよび可動
部材１１１によって上流側への成長が規制されているの
で、気泡１４０は下流側にさらに成長し、可動部材１１
１を設けない場合に比べ、発熱体１１０の下流側におけ
る気泡１４０の成長高さが高くなっている。すなわち、
図１５に示すように、可動部材変位体積変化率ｖ₂は、
可動部材１１１が先端規制部１１２ａおよび撓み規制部
１１２ｂ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１４０は下流側に成長し、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_d1は最大値となる。

【０１４２】一方、前述したように気泡１４０の上流側
の部分は、可動部材１１１の変位が先端規制部１１２ａ
および撓み規制部１１２ｂによって規制されているた
め、小さなサイズになっている。この気泡１４０の上流
側の部分は、先端規制部１１２ａ、流路側壁、可動部材
１１１および支点１１１ａ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。

【０１４３】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。

【０１４４】図１３（ｅ）では、前述した膜沸騰の後に
気泡１４０の内部の負圧が、流路１０３内の下流側への
液体の移動に打ち勝って、気泡１４０の収縮が開始され
た状態を示す。

【０１４５】気泡１４０の収縮（図１５におけるＣ₂〜
Ｅ点）に伴い、可動部材１１１は下方変位（図１５にお
けるＣ₃〜Ｄ点）するが、可動部材１１１自身が片持ち
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１０６と流路１０３との間に形成さ
れた低流路抵抗領域である可動部材１１１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ため、
急速に大きな流れとなって流路１０３へ流れ込む。これ
らの動作で共通液室１０６側の液体は流路１０３内へと
誘導される。流路１０３内に導かれた液体はそのまま先
端規制部１１２ａと下方変位した可動部材１１１との間
を通り、発熱体１１０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１４０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１０４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。

【０１４６】この段階で、吐出口１０４から出た吐出滴
１６６からなる液柱は、液滴となり外部へと飛翔する。

【０１４７】また、前述した可動部材１１１と先端規制
部１１２ａとの間の部分を介した流路１０３への流れ込
みは天板１０２側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。

【０１４８】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
１１０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１１０へのこげの付着も少な
くなるため、吐出安定性が向上する。

【０１４９】図１３（ｆ）では、気泡１４０が完全に消
泡したあと、可動部材１１１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１５におけるＥ点以
降）を示す。

【０１５０】この可動部材１１１のオーバーシュート
は、可動部材１１１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。

【０１５１】次に、図１２に示した一部のヘッドの透視
斜視図である図１６を用いて、特に、可動部材１１１の
両側部から隆起する隆起気泡１４１と、吐出口１０４で
の液体のメニスカスとに関して詳細に説明する。なお、
図１６に示す、先端規制部１１２ａの形状および先端規
制部１１２ａより上流側の低流路抵抗領域１０３ａの形
状は図１２に示すものと異なるが、基本的特性は同様で
ある。

【０１５２】本実施形態では、流路１０３を構成する側
壁１０７の壁面と可動部材１１１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１１１のスムーズ
な変位を可能にしている。さらに、発熱体１１０による
発泡の成長工程において、気泡１４０は可動部材１１１
を変位させるとともに、前記したクリアランスを介し可
動部材１１１の上面側へ隆起して低流路抵抗領域１０３
ａに若干侵入する。この侵入した隆起気泡１４１は可動
部材１１１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１１１のブレを抑え、吐出特性を安定化
する。

【０１５３】さらに、気泡１４０の消泡工程において、
隆起気泡１４１が低流路抵抗領域１０３ａから気泡発生
領域への液流を促進させ、前述した、吐出口１０４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１４１が引き起こす
液流によって可動部材１１１や流路１０３のコーナーに
気泡を滞留させることがほとんどない。

【０１５４】このように上記構成の液体吐出ヘッドで
は、気泡１４０の発生によって吐出口１０４から液体が
吐出された瞬間では吐出滴１６６は先端に球状部を持つ
液柱に近い状態で吐出される。このことは旧来のヘッド
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１１１が変位し、この変位した可動
部材１１１が先端規制部１１２ａに接触したとき、気泡
発生領域を有する流路１０３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１１１が先端規
制部１１２ａより離れるまでは上述の閉空間が保たれる
ため、気泡１４０の消泡エネルギーのほとんどが吐出口
１０４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１４０の消泡開始直後にお
いては、吐出口１０４からメニスカスが流路１０３内に
急速に引き込まれ、吐出口１０４の外側で吐出滴１６６
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。

【０１５５】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１６６とサテライトドットとの距離も短くな
るので、吐出滴１６６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１６６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。

【０１５６】さらに本実施形態は、上述した液体吐出ヘ
ッドにおいて、可動部材１１１が、吐出口１０４に向か
う液体の流れに関して上流方向に成長する気泡１４０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１１１の自由端１１１ｂ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
ック波および液体の慣性力を抑えるとともに、気泡１４
０の下流側への成長成分を素直に吐出口１０４の方向に
向けることが可能である。

【０１５７】図１７（ａ）は、先端規制部形成部分の流
路に垂直な断面図、図１７（ｂ）は、撓み規制部形成部
分の流路に垂直な断面図である。先端規制部１１２ａ
は、発泡により変位した可動部材１１１が接触または近
接した時に液体の流れを遮断するために、左右の側壁１
０７との間のクリアランスはごく小さい。一方、図１７
（ｂ）に示す撓み規制部１１２ｂは、前記のように可動
部材１１１の撓み変形（過剰な変位）を規制できればい
いので、先端規制部１１２ａほどの幅広さは必要ない。
むしろ、リフィル特性を低下させないため、比較的狭幅
である。また、上下方向に関しては、撓み規制部１１２
ｂは、可動部材１１１の中間部（自由端１１１ｂと支点
１１１ａとの間の部分）を自由端１１１ｂ以上に変位さ
せないために、先端規制部１１２ｂと同等かそれ以上の
高さが必要である。

【０１５８】図１７（ｃ）は撓み規制部の変形例であ
る。この撓み規制部１１２ｃは、左右の側壁１０７の近
傍から流路内側へ突出するように形成されており、可動
部材１１１の幅方向の中心部は開放し、両側端に当接し
て変形を規制する。これにより可動部材１１１のひねり
方向の変形も同時に規制することが可能となり、より安
定的な規制が可能となる。

【０１５９】（可動部材）次に、上述の各実施形態の液
体吐出ヘッドに用いられる可動部材１１１に関して詳細
に説明する。

【０１６０】可動部材１１１の材料としては、窒化シリ
コンのほか、耐久性の高い、銀、ニッケル、金、鉄、チ
タン、アルミニウム、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
およびその合金およびこれらを表面にコーティングして
耐インク性を向上させたもの、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。

【０１６１】次に、発熱体１１０と可動部材１１１の配
置関係について説明する。発熱体１１０と可動部材１１
１の最適な配置によって、発熱体１１０による発泡時の
液の流れを適正に制御して有効に利用することが可能と
なる。

【０１６２】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１０４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１８に示すように、発熱体面積とインク吐出量は
比例関係にあるが、インク吐出に寄与しない非発泡有効
領域Ｓが存在していることがわかる。また、発熱体１１
０上のコゲの様子から、この非発泡有効領域Ｓが発熱体
１１０の周囲に存在していることがわかる。これらの結
果から、発熱体周囲の約４μｍの領域は、発泡に関与さ
れていない。

【０１６３】したがって、発泡圧を有効利用するために
は、発熱体１１０の周囲から約４μｍ以上内側の発泡有
効領域の直上が可動部材１１１に対し有効に作用する領
域であるが、本発明の場合、気泡発生領域のほぼ中央領
域（実際には中央から液体の流れ方向に約１０μｍの範
囲）の上流側と下流側の気泡の流路１０３内の液流に対
し独立的に作用する段階と、総合的に作用する段階とに
区分して、中央領域より上流側部分のみが可動部材１１
１に対面するように、可動部材１１１を配置するのが極
めて重要である。本実施形態においては、発泡有効領域
を発熱体１１０の周囲から約４μｍ以上内側としたが、
発熱体１１０の種類や形成方法によっては、これに限定
されるものではない。

【０１６４】（素子基板）次に、上述の各実施形態の液
体吐出ヘッドに用いられる、液体に熱を与えるための発
熱体１１０が設けられた素子基板１０１の構成について
詳細に説明する。

【０１６５】図１９は、素子基板１０１の構成を説明す
るための、本発明の一例である液体吐出ヘッドの要部の
模式的側断面図を示したもので、図１９（ａ）は後述す
る保護膜がある液体吐出ヘッド、図１９（ｂ）は保護膜
がない液体吐出ヘッドである。

【０１６６】素子基板１０１上には、前記した流路１０
３を構成する溝を設けた溝付き天板１０２が配されてい
る。

【０１６７】素子基板１０１は、シリコン等の基体１０
１ｆ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１０１ｅを成膜し、その上に発熱体
１１０を構成するハフニウムボライド（ＨｆＢ₂）、チ
ッ化タンタル（ＴａＮ）、タンタルアルミニウム（Ｔａ
Ａｌ）等の電気抵抗層１０１ｄ（厚さ０．０１〜０．２
μｍ）とアルミニウム等の配線電極１０１ｃ（厚さ０．
２〜１．０μｍ）を図１９（ａ）のようにパターニング
している。この配線電極１０１ｃから抵抗層１０１ｄに
電圧を印加し、抵抗層１０１ｄに電流を流し発熱させ
る。配線電極１０１ｃ間の抵抗層１０１ｄ上には、酸化
シリコンやチッ化シリコン等の保護膜１０１ｂを厚さ
０．１〜２．０μｍ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１０１ａ（厚さ０．１〜０．
６μｍ）が成膜されており、インク等の各種の液体から
抵抗層１０１ｄを保護している。

【０１６８】特に、気泡１４０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１０１ａとして用い
られる。

【０１６９】また、液体、流路構成、抵抗材料の組み合
わせにより、上述の抵抗層１０１ｄに保護膜１０１ｂを
必要としない構成でもよく、その例を図１９（ｂ）に示
す。このような保護膜１０１ｂを必要としない抵抗層１
０１ｄの材料としてはイリジウム−タンタル−アルミニ
ウム合金等が挙げられる。

【０１７０】このように、前述の各実施形態における発
熱体１１０の構成としては、前述の電極１０１ｃ間の抵
抗層１０１ｄ（発熱部）だけででもよく、また抵抗層１
０１ｄを保護する保護膜１０１ｂを含むものでもよい。

【０１７１】各実施形態においては、発熱体１１０とし
て電気信号に応じて発熱する抵抗層１０１ｄ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１４０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発熱体でも
よい。

【０１７２】なお、前述の素子基板１０１には、前述の
発熱部を構成する抵抗層１０１ｄとこの抵抗層１０１ｄ
に電気信号を供給するための配線電極１０１ｃで構成さ
れる発熱体１１０の他に、この発熱体１１０（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。

【０１７３】また、前述のような素子基板１０１に設け
られている発熱体１１０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１０１ｄに配線電極１０１
ｃを介して図２０に示されるような矩形パルスを印加
し、配線電極１０１ｃ間の抵抗層１０１ｄ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２４［Ｖ］、パルス幅７［μｍ］、電流１５０
［ｍＡ］、電気信号を６［ｋＨｚ］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１０
４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。

【０１７４】＜第３の実施形態＞次に、本発明の第３の
実施形態について説明する。第１、第２の実施形態と同
様な部分については、同一の符号を付与し説明を省略す
る。

【０１７５】本実施形態の液体吐出ヘッドは、第１の実
施形態と同様な補助部材（押え部材２０）に、第２の実
施形態の撓み規制部１１２ｂと同様な機能を持たせてい
る。すなわち、図２１に示されているように、押え部材
２０の一部が、可動部材１１１から離れるように先細に
なりながら下流側に（吐出口１０４に向かって）延び
て、可動部材１１１の中間部と間隔を置いて対向する撓
み規制部１１２ｂとなっている。本実施形態の変位規制
部は、この押え部材２０と撓み規制部１１２ｂとからな
る。

【０１７６】図２１は、発熱体１１０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１
１０が熱を発生する前の状態を示す。可動部材１１１
は、後述するように、発熱体１１０の発熱によって発生
する気泡１４０に対し、この気泡１４０の上流側半分に
対面する領域に位置している。

【０１７７】液体吐出動作において発熱体１１０が駆動
されて発熱し、気泡１４０が発生して成長すると、図２
２（ａ）に示すように、変位した可動部材１１１が先端
規制部１１２ａに接近して接触する。この可動部材１１
１と先端規制部１１２ａとの接触は、先端規制部１１２
ａの高さｔ₁と、可動部材１１１の上面と先端規制部１
１２ａの先端部との間のクリアランスｔ₂が、第２の実
施形態と同様に寸法規定されることにより、確実にな
る。そして、可動部材１１１が先端規制部１１２ａに接
触するとそれ以上の上方への変位が規制されるため、上
流方向への液体の移動もそこで大きく制限される。これ
に伴い気泡１４０の上流側への成長も可動部材１１１で
制限される。

【０１７８】通常発泡状態であれば、可動部材１１１の
上方への変位は規制され、撓み規制部１１２ｂと可動部
材１１１は接触することはないため、可動部材１１１に
何ら影響を与えない。

【０１７９】しかし、流路中のインク量が少なくインク
で満たされていない部分が（特に可動部材１１１の上方
に）存在する状態で加熱発泡すると、通常よりも大きな
気泡１４０が発生し、インクに過剰な力が加わる。この
ため可動部材１１１は、さらに上流方向へ引っ張られる
大きな応力を受け、図２２（ｂ）に点線で示すように、
上方（天板側）に向かって凸になるように過剰変位（撓
み変形）しようとする。仮に、このように過剰変位（撓
み変形）すると、可動部材１１１に過剰な応力が働いて
クラックや欠陥が発生するおそれがあり、さらに変形が
大きくなると、可動部材１１１が破断するという場合が
ある。これに対し、本実施形態では発熱体１１０の上流
側端部よりも上流側に、押え部材２０と一体に形成され
た撓み規制部１１２ｂが設けられているので、可動部材
１１１の自由端１１１ｂが先端規制部１１２ａに当接し
た後に可動部材１１１が上方（天板側）に向かって凸に
なるような過剰な変形（撓み変形）は防止される。

【０１８０】このように可動部材１１１が先端規制部１
１２ａおよび撓み規制部１１２ｂに当接した後も、気泡
１４０は成長を続ける。先端規制部１１２ａおよび可動
部材１１１によって上流側への成長が規制されているの
で、気泡１４０は下流側にさらに成長し、可動部材１１
１を設けない場合に比べ、発熱体１１０の下流側におけ
る気泡１４０の成長高さが高くなっている。

【０１８１】一方、前述したように気泡１４０の上流側
の部分は、可動部材１１１の変位が先端規制部１１２ａ
および撓み規制部１１２ｂによって規制されているた
め、小さなサイズになっている。この気泡１４０の上流
側の部分は、先端規制部１１２ａ、流路側壁、可動部材
１１１および支点１１１ａ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。これによっ
て、上流側への液流が大幅に規制され、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が防止される。

【０１８２】また、押え部材２０は、図２１のＢ−Ｂ’
線断面である図２３に示すように、可動部材１１１の段
差部と分岐された可動部材１１１の付け根部とを覆って
いるため、押え部材２０がない場合には可動部材１１１
が変位する際に特に応力集中が生じやすい部分である、
可動部材１１の段差部と分岐された可動部材の付け根部
とに加わる応力を、この部分に接合された押え部材２０
に分散させて緩和することができる。そして、可動部材
１１１の多数の可動部が同時に変位しても、可動部材１
１１の耐久性に大きな影響を生じるほどの応力が加わら
ないようにできる。

【０１８３】なお、押え部材２０と撓み規制部１１２ｂ
とからなる本実施形態の変位規制部は、可動部材１１１
の上方への過剰な変位（撓み変形）規制と可動部材１１
１の段差部と分岐された可動部材１１１の付け根部とに
加わる応力を緩和することを目的としているため、可動
部材１１１と撓み規制部１１２ｂのクリアランスは、通
常発泡状態における可動部材１１１の最大変位時に可動
部材１１１と接しない（撓み変形が生じない）程度が望
ましい。また、先端規制部１１２ａのように流路を遮断
する（仕切る）必要はないので、撓み規制部１１２ｂ
は、たとえば図２１のＡ−Ａ’線断面図である図２４
（ａ），（ｂ）に示すように、できるだけ流抵抗が大き
くならない（リフィルの妨げにならない）ような形状が
望ましい。

【０１８４】＜その他の構成＞図２５は、以上説明した
液体吐出ヘッド４８と、それに供給する液体を保持する
液体容器とを有するヘッドカートリッジ４７を示す斜視
図である。なお、この液体容器には、液体消費後に液体
を再充填して使用することが可能である。

【０１８５】次に、図２６は、ヘッドカートリッジ４７
が搭載される液体吐出装置の概略構成を示す斜視図であ
る。ここでは、特に、吐出液体としてインクを用いるイ
ンク吐出装置ＩＪＲＡを示している。このインク吐出装
置ＩＪＲＡは、ギア５２を介してモータ５１に接続され
ており、不図示の駆動信号供給手段からの駆動信号に応
じて回転駆動されて記録紙などの被記録媒体５０を搬送
する搬送ローラを有している。ヘッドカートリッジ４７
はキャリッジＨＣに搭載されており、図２５には、液体
吐出ヘッド４８が搭載された液体吐出ヘッド部４０と液
体容器部４１とが着脱自在な構成のものを搭載している
例を示している。キャリッジＨＣは、キャリッジガイド
およびキャリッジ軸５４上に、被記録媒体５０の幅方向
（図２６の矢印ａ，ｂ方向）に往復移動できるように支
持されている。キャリッジ軸５４は、ギア５２，５３を
介してモータ５１に接続されており、駆動信号に応じて
回転駆動される。キャリッジＨＣは、キャリッジ軸５４
に形成されている螺旋状の溝に係合されており、キャリ
ッジ軸５４の回転に応じて往復移動する。

【０１８６】このインク吐出装置ＩＪＲＡによる記録
は、被記録媒体５０を搬送ローラによって所定の位置に
搬送し、キャリッジＨＣを所定の位置に移動させた後、
キャリッジＨＣに搭載された液体吐出ヘッド４８から被
記録媒体５０に対してインクを吐出させることによって
行われ、良好な画像を形成することができる。

【０１８７】図２７は、液体吐出装置の他の例を示す模
式的斜視図である。この液体吐出装置は、被記録媒体８
０の記録可能領域の全幅にわたって複数の吐出口が配さ
れた、いわゆるフルラインヘッド７０を有している。フ
ルラインヘッド７０は、搬送ドラム９０による、被記録
媒体８０の搬送経路上に、搬送経路を横切るように配置
されており、被記録媒体８０の記録可能領域の全幅に一
括して記録を行うことができる。

【０１８８】図２８は、前述のような液体吐出装置（イ
ンク吐出記録装置）の記録動作の制御を行う制御部の模
式的ブロック図を示している。インク吐出記録装置はホ
ストコンピュータ６０より画像情報を制御信号として受
ける。画像情報は、インク吐出記録装置内部の入出力イ
ンターフェイス６１で、記録装置内で処理可能なデータ
に変換され一時保存される。

【０１８９】ＣＰＵ６２はＲＯＭ６３に保存されている
制御プログラムに基づき、入出力インターフェイス６１
に一時保存されたデータをＲＡＭ６４などの周辺ユニッ
トを利用しつつ処理し、記録するデータ（画像データ）
に変換する。さらに、ＣＰＵ６２は被記録媒体上の適当
な位置に画像データに応じた画像を記録するために、駆
動用モータ５１を画像データに基づいて、液体吐出ヘッ
ド４８からの液体吐出動作に同期する適当なタイミング
で駆動するための駆動データを作成する。このようにし
て作製された画像データはヘッドドライバ６６を介して
キャリッジＨＣに、駆動データはモータドライバ６５を
介して駆動用モータ５１に伝達され、キャリジＨＣ（液
体吐出ヘッド４８）と駆動用モータ５１とがそれぞれ制
御されたタイミングで駆動され、画像が形成される。

【０１９０】以上のような液体吐出装置において使用で
きる、インクなどの液体の付与が行われる被記記録媒体
としては、各種の紙やＯＨＰシート、コンパクトディス
クや装板版などに用いられるプラスチック材、布帛、ア
ルミニウムや銅などの金属材、牛皮、豚皮、人工皮革な
どの皮革材、木、合板などの木材、竹材、タイルなどの
セラミックス材、スポンジなどの三次元構造体などを対
象とすることができる。

【０１９１】また、以上のような液体吐出装置は、各種
のＯＨＰシートなどに対して記録を行うプリンタ装置、
コンパクトディスクなど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、スポンジなどの三次元網状構造
体に対して記録を行う記録装置、また布帛に記録を行う
捺染装置などとして使用可能なように構成することがで
きる。これらの種々の液体吐出装置に用いる液体は、夫
々の被記録媒体や記録条件に合わせた液体であることが
好ましい。

【０１９２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によると先
端規制部と変位規制部とからなる規制部を有しており、
可動部材を備える液体吐出ヘッドにおいて、変位規制部
として、可動部材の台座部と可動部との接続部の段差部
および分岐された可動部の付け根部に接合された押え部
を設ける構成とすると、これらの部分に加わる応力を緩
和することができる。これにより、可動部材の耐久性を
向上させ、液体吐出の信頼性を向上させることができ
る。

【０１９３】また、変位規制部として撓み規制部を設
け、可動部材の自由端の変位を先端規制部で規制すると
ともに、可動部材の中間部の撓み変形を撓み規制部で規
制する構成とすると、可動部材の過剰な変形によるクラ
ックや欠陥の発生や破損を防ぎ、耐久性を向上すること
ができる。

【０１９４】先端規制部が撓み規制部よりも幅広である
などして、先端規制部が設けられている部分の流路の液
体が通過可能な面積は、撓み規制部が設けられている部
分の流路の液体が通過可能な面積よりも小さいと、リフ
ィル特性を低下させることがなく、高周波液体吐出が可
能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態の液体吐出ヘッド構成
を示す模式図であり、図１（ａ）は吐出口側から見た側
面図、図１（ｂ）は平面断面図、図１（ｃ）は液流路に
沿って断面した断面図、図１（ｄ）は液流路に垂直な方
向に断面した断面図である。

【図２】図１に示した液体吐出ヘッドの主要部の寸法例
を示す図である。

【図３】図１に示した液体吐出ヘッドの流路壁の形状
を、天板およびオリフィスプレートを取り付けていない
状態で示す図であり、図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）
は拡大して示した平面図、図３（ｃ）は斜視図、図３
（ｄ）は拡大して示した斜視図である。

【図４】本発明の第１の実施形態の液体吐出ヘッド構成
の他の実施例を示す模式図であり、図４（ａ）は吐出口
側から見た側面図、図４（ｂ）は平面断面図、図４
（ｃ）は液流路に沿って断面した断面図、図４（ｄ）は
液流路に垂直な方向に断面した断面図である。

【図５】図４に示した液体吐出ヘッドの主要部の寸法例
を示す図である。

【図６】図４に示した液体吐出ヘッドの流路壁の形状
を、天板およびオリフィスプレートを取り付けていない
状態で示す図である。

【図７】本発明を適用可能な般的な液体吐出ヘッドの部
分破断斜視図である。

【図８】本発明の第１の実施形態の液体吐出ヘッドの製
造方法の第１の実施例の工程を説明する断面図である。

【図９】図８に示した工程の後の工程を説明する断面図
である。

【図１０】本発明の第１の実施形態の液体吐出ヘッドの
製造方法の第２の実施例の工程を説明する断面図であ
る。

【図１１】図１０に示した工程の後の工程を説明する断
面図である。

【図１２】本発明の第２の実施形態の液体吐出ヘッドの
側断面模式図である。

【図１３】図１２に示した液体吐出ヘッドからの液体の
吐出過程を説明する図である。

【図１４】可動部材と規制部との間隙に液体が流入して
いる状況を説明する図である。

【図１５】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１６】図１２に示した液体吐出ヘッドの要部の透視
斜視図である。

【図１７】（ａ）は図１２に示した液体吐出ヘッドの先
端規制部形成部分の流路に垂直な方向の断面図、（ｂ）
はその撓み規制部形成部分の流路に垂直な方向の断面
図、（ｃ）は撓み規制部の変形例の流路に垂直な方向の
断面図である。

【図１８】発熱体面積とインク吐出量の関係を示すグラ
フである。

【図１９】本発明の液体吐出ヘッドの素子基板の構成を
説明する模式的速断面図である。

【図２０】発熱体に印加されるパルス波形を示すグラフ
である。

【図２１】本発明の第３の実施形態の液体吐出ヘッドの
側断面模式図である。

【図２２】図２１に示す液体吐出ヘッドの液体吐出過程
を説明する側断面模式図である。

【図２３】図２１のＢ−Ｂ’線断面図である。

【図２４】図２１のＡ−Ａ’線断面図である。

【図２５】本発明の実施形態のヘッドカートリッジを示
す斜視図である。

【図２６】本発明の実施形態の液体吐出装置を示す斜視
図である。

【図２７】本発明の他の実施形態の液体吐出装置を示す
斜視図である。

【図２８】本発明の実施形態の液体吐出装置の制御部の
模式的ブロック図である。

【図２９】従来の液体吐出ヘッドにおける吐出動作を説
明する断面図である。

【図３０】図２９に示した液体吐出ヘッドの部分破断斜
視図である。

【符号の説明】

１ 素子基板 ２ 発熱体 ３ 天板 ４ オリフィスプレート ５ 吐出口 ６ 可動部材 ６ａ 接続部 ６ｂ 自由端 ７ 液流路 ８ 共通液室 ９ 流路壁 ９ａ 押え部（変位規制部） ９ｂ 間隙部 １０ 液室壁 １１ インク供給口 １２ 上方変位規制部材（先端規制部） １３ 接着剤 １４ 下地層 １５ 保護層 １６ 耐キャビテーション層 １９ 台座部 ２０ 押え部材（変位規制部） ２０ａ 間隙部 ２１，３１ 犠牲層 ２２，３２ ＳｉＮ膜 ２３，３３ 耐エチッング保護膜 ２４ ＳｉＮ膜 ３４ 感光性エポキシ樹脂 ３５ マスク ４０ 液体吐出ヘッド部 ４１ 液体容器部 ４７ ヘッドカートリッジ ４８ 液体吐出ヘッド ５０ 被記録媒体 ５１ モータ ５２，５３ ギア ６０ ホストコンピュータ ６１ 入出力インターフェイス ６２ ＣＰＵ ６３ ＲＯＭ ６４ ＲＡＭ ６６ ヘッドドライバ ７０ フルラインヘッド ８０ 被記録媒体 ９０ 搬送ドラム １０１，８０１ 素子基板 １０１ａ 耐キャビテーション層 １０１ｂ 保護層 １０１ｃ 配線電極 １０１ｄ 抵抗層 １０１ｅ チッ化シリコン膜 １０１ｆ 基体 １０２，８０２ 天板 １０３，８０３ 流路（液流路） １０４，８０４ 吐出口 １０５，８０５ オリフィスプレート １０５ａ オリフィス面 １０６，８０６ 共通液室 １０７ 側壁（流路壁） １１０，８１０ 発熱体 １１１，８１１ 可動部材 １１１ａ，８１１ａ 支点 １１１ｂ，８１１ｂ 自由端 １１２，８１２ ストッパ（規制部） １１２ａ 先端規制部 １１２ｂ 撓み規制部（変位規制部） １４０，８４０ 気泡 １４１ 隆起気泡 １６６，８６６ 吐出滴 ７１２ 低流路抵抗領域 ａ，ａ１，ｂ，ｃ，ｄ クリアランス ｖ₁ 気泡体積変化率 ｖ₂ 可動部材変位体積変化率 Ｖ_d1 可動部材変位体積 Ｖ_d2 気泡体積

フロントページの続き (72)発明者 三隅 義範 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 石永 博之 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 笠本 雅己 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 尾崎 照夫 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 三原 弘明 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 井利 潤一郎 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 AF65 AF93 AG12 AG29 AG30 AG46 AG76 AP02 AP25 AP32 AP33 AP34 AP47 AP52 AP53 AP57 AQ02 BA03 BA13

Claims (22)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液体を吐出する吐出口と、 該吐出口に連通し前記液体を供給する液流路と、 該液流路に充填された前記液体に気泡を発生させる発熱
   体が備えられた素子基板と、 前記素子基板上に支持固定された固定部と、前記吐出口
   側を自由端とし、前記素子基板上の前記発熱体に対向す
   る位置に前記素子基板との間に間隙を置いて配置されて
   いる可動部とを有する可動部材と、前記可動部材の変位
   量を規制する規制部とを有し、 前記気泡の発生によって生じる圧力によって前記液体を
   前記吐出口から吐出させ、その際、前記可動部材の前記
   可動部が変位する液体吐出ヘッドであって、 前記規制部が、前記可動部材の前記自由端と当接する先
   端規制部と、前記先端規制部から離間した少なくとも１
   つの変位規制部とからなることを特徴とする液体吐出ヘ
   ッド。
2. 【請求項２】 前記可動部材は、前記固定部と、複数の
   前記可動部と、前記素子基板から離間するとともに前記
   可動部を分岐支持する共通支持部とが一体的に形成さ
   れ、前記液体の吐出時に前記可動部が前記共通支持部と
   の接続部を支点として変位するものであり、 前記変位規制部は、前記可動部材の少なくとも前記共通
   支持部に対向して設けられ、前記共通支持部の過剰な変
   位を抑制する補助部材である、請求項１に記載の液体吐
   出ヘッド。
3. 【請求項３】 前記補助部材が、少なくとも前記可動部
   材の上面に接合されている、請求項２に記載の液体吐出
   ヘッド。
4. 【請求項４】 前記補助部材が、分岐された複数の前記
   可動部間で前記素子基板上まで延びて接合されている、
   請求項３に記載の液体吐出ヘッド。
5. 【請求項５】 前記補助部材が、前記可動部材の前記可
   動部と前記素子基板との間隙部にも形成されている、請
   求項４に記載の液体吐出ヘッド。
6. 【請求項６】 前記補助部材が、分岐された前記可動部
   の並び方向に沿って、複数の前記可動部の付け根部にわ
   たって形成されている、請求項２〜５のいずれか１項に
   記載の液体吐出ヘッド。
7. 【請求項７】 前記補助部材が、前記液流路の側壁を形
   成する流路壁と一体的に形成されている、請求項２〜５
   のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
8. 【請求項８】 前記補助部材が感光性樹脂からなる、請
   求項２〜７のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
9. 【請求項９】 前記感光性樹脂がエポキシ系樹脂であ
   る、請求項８に記載の液体吐出ヘッド。
10. 【請求項１０】 請求項２〜９のいずれか１項に記載の
    液体吐出ヘッドの製造方法であって、前記液流路の側壁
    を形成する流路壁と前記補助部材とを同一材料で同時に
    形成する工程を有する、液体吐出ヘッドの製造方法。
11. 【請求項１１】 前記素子基板上に前記可動部材を形成
    する工程と、液状の光硬化性樹脂を、前記可動部材と前
    記素子基板との間隙部を埋め、かつ、前記可動部材を被
    覆するまで前記素子基板に塗布する工程と、前記光硬化
    性樹脂の、少なくとも前記液流路の側壁を形成する流路
    壁および前記補助部材を形成すべき領域に露光し硬化す
    る工程と、前記光硬化性樹脂の未露光部を除去する工程
    とを有する、請求項１０に記載の液体吐出ヘッドの製造
    方法。
12. 【請求項１２】 請求項２〜９のいずれか１項に記載の
    液体吐出ヘッドの製造方法であって、 前記素子基板上に前記可動部材と、前記液流路の側壁を
    形成する流路壁とを形成する工程と、液状の光硬化性樹
    脂を、前記可動部材と前記素子基板との間隙を埋め、か
    つ、前記可動部材を被覆するまで前記素子基板に塗布す
    る工程と、前記光硬化性樹脂の少なくとも前記補助部材
    を形成すべき領域に露光し硬化する工程と、前記光硬化
    性樹脂の未露光部を除去する工程とを有する、液体吐出
    ヘッドの製造方法。
13. 【請求項１３】 前記可動部材を透明な材料から形成す
    る、請求項１１または１２に記載の、液体吐出ヘッドの
    製造方法。
14. 【請求項１４】 前記変位規制部が、前記先端規制部か
    ら離間して前記発熱体よりも上流側に設けられて前記可
    動部材の中間部と当接可能な少なくとも１つの撓み規制
    部である、請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
15. 【請求項１５】 前記撓み規制部は、前記可動部材が過
    剰変位を生じた時にのみ前記可動部材の中間部と当接す
    る、請求項１４に記載の液体吐出ヘッド。
16. 【請求項１６】 前記先端規制部と前記撓み規制部と
    は、前記素子基板に接合されている天板にそれぞれ独立
    して形成されている、請求項１４または１５に記載の液
    体吐出ヘッド。
17. 【請求項１７】 前記先端規制部の前記液流路内の液体
    の流れ方向に対して直角な方向の断面積が、前記撓み規
    制部の前記液流路内の液体の流れ方向に対して直角な方
    向の断面積よりも大きい、請求項１４〜１６のいずれか
    １項に記載の液体吐出ヘッド。
18. 【請求項１８】 前記先端規制部は、前記撓み規制部よ
    りも幅広である、請求項１７に記載の液体吐出ヘッド。
19. 【請求項１９】 前記撓み規制部は複数設けられている
    請求項１４〜１８のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッ
    ド。
20. 【請求項２０】 請求項１〜１９のいずれか１項に記載
    された液体吐出ヘッドと、該液体吐出ヘッドに供給する
    前記液体を貯溜する液体容器とを有するヘッドカートリ
    ッジ。
21. 【請求項２１】 請求項１〜１９のいずれか１項に記載
    された液体吐出ヘッドと、該液体吐出ヘッドから前記液
    体を吐出させるための駆動信号を供給する駆動信号供給
    手段とを有する液体吐出装置。
22. 【請求項２２】 前記液体吐出ヘッドから吐出された前
    記液体を受ける被記録媒体を搬送する搬送手段をさらに
    有する、請求項２１に記載の液体吐出装置。