JP3372740B2

JP3372740B2 - 液体吐出ヘッド及び液体吐出装置

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Publication number: JP3372740B2
Application number: JP526696A
Authority: JP
Inventors: 清光工藤; 猛史岡崎; 文吉平; 佳恵中田; 俊雄樫野; 牧子木村; 博志杉谷; 雅実池田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1995-01-13
Filing date: 1996-01-16
Publication date: 2003-02-04
Anticipated expiration: 2016-01-16
Also published as: JPH0948127A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、熱エネルギーを液
体に作用させることで起こる気泡の発生によって、所望
の液体を吐出する液体吐出ヘッド、液体吐出ヘッドを用
いたヘッドカートリッジ、液体吐出装置、液体吐出ヘッ
ドの製造方法、液体吐出方法、記録方法および液体吐出
方法を利用して得られた記録物に関する。さらに、これ
らの液体吐出ヘッドを有するインクジェットヘッドキッ
トに関する。

【０００２】特に本発明は、気泡の発生を利用して変位
する可動部材を用いる液体吐出ヘッド、液体吐出ヘッド
を用いたヘッドカートリッジ、液体吐出装置に関する。
もしくは、気泡の発生を利用して可動部材を変位させて
液体を吐出する液体吐出方法、記録方法に関する。

【０００３】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、プリンター、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。

【０００４】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。

【０００５】

【従来の技術】熱等のエネルギーをインクに与えること
で、インクに急峻な体積変化（気泡の発生）を伴う状態
変化を生じさせ、この状態変化に基づく作用力によって
吐出口からインクを吐出し、これを被記録媒体上に付着
させて画像形成を行なうインクジェット記録方法、いわ
ゆるバブルジェット記録方法が従来知られている。この
バブルジェット記録方法を用いる記録装置には、米国特
許第４，７２３，１２９号等の公報に開示されているよ
うに、インクを吐出するための吐出口と、この吐出口に
連通するインク流路と、インク流路内に配されたインク
を吐出するためのエネルギー発生手段としての電気熱変
換体が一般的に配されている。

【０００６】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。

【０００７】このようにバブルジェット技術が多方面に
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。

【０００８】例えば、エネルギー効率の向上の要求に対
する検討としては、保護膜の厚さを調整するといった発
熱体の最適化が挙げられている。この手法は、発生した
熱の液体への伝搬効率を向上させる点で効果がある。

【０００９】また、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。

【００１０】この流路形状の内、流路構造として図２５
（ａ），（ｂ）に示すものが、特開昭６３−１９９９７
２号公報等に記載されている。これらの公報に記載され
ている流路構造やヘッド製造方法は、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、すなわち液室１２へ向かう圧力）に着目
した発明である。このバック波は、吐出方向へ向かうエ
ネルギーでないため損失エネルギーとして知られてい
る。

【００１１】図２５（ａ），（ｂ）に示す発明は、発熱
素子２が形成する気泡の発生領域よりも離れ、かつ発熱
素子２に関して吐出口１１とは反対側に位置する弁１０
を開示する。図２５（ｂ）においては、この弁１０は、
板材等を利用する製造方法によって、流路３の天井に貼
り付いたように初期位置を持ち、気泡の発生に伴って流
路３内へ垂れ下がるものとして開示されている。この発
明は、上述したバック波の一部を弁１０によって抑制す
ることでエネルギー損失を抑制するものとして開示され
ている。

【００１２】しかしながら、この構成において、吐出す
べき液体を保持する流路３内部に、気泡が発生した際を
検討するとわかるように、弁１０によるバック波の一部
を抑制することは、液体吐出にとっては実用的なもので
ないことがわかる。

【００１３】もともとバック波自体は、前述したように
吐出に直接関係しないものである。このバック波が流路
３内に発生した時点では、図２５（ａ）に示すように、
気泡のうち吐出に直接関係する圧力はすでに流路３から
液体を吐出可能状態にしている。従って、バック波のう
ち、しかもその一部を抑制したからといっても、吐出に
大きな影響を与えないことは明らかである。

【００１４】他方、バブルジェット記録方法において
は、発熱体がインクに接した状態で加熱を繰り返すた
め、発熱体の表面にインクの焦げによる堆積物が発生す
るが、インクの種類によってはこの堆積物が多く発生す
ることで、気泡の発生を不安定にしてしまい、良好なイ
ンクの吐出を行うことが困難な場合があった。また、吐
出すべき液体が熱によって劣化しやすい液体の場合や十
分に気泡が得られにくい液体の場合においても、吐出す
べき液体を変質させず、良好に吐出するための方法が望
まれていた。

【００１５】このような観点から、熱により気泡を発生
させる液体液体（発泡液）と吐出する液体（吐出液）と
を別液体とし、発泡液の発泡による圧力を吐出液に伝達
することで吐出液を吐出する方法が、特開昭６１−６９
４６７号公報、特開昭５５−８１１７２号、米国特許第
４，４８０，２５９号等の公報に開示されている。これ
らの公報では、吐出液であるインクと発泡液とをシリコ
ンゴムなどの可撓性膜で完全分離し、発熱体に吐出液が
直接接しないようにすると共に、発泡液の発泡による圧
力を可撓性膜の変形によって吐出液に伝える構成をとっ
ている。このような構成によって、発熱体表面の堆積物
の防止や、吐出液体の選択自由度の向上等を達成してい
る。

【００１６】しかしながら、このように吐出液と発泡液
とを完全分離する構成のヘッドにおいては、発泡時の圧
力を可撓性膜の伸縮変形によって吐出液に伝える構成で
あるため、発泡による圧力を可撓性膜がかなり吸収して
しまう。また、可撓性膜の変形量があまり大きくないた
め、吐出液と発泡液とを分離することによる効果を得る
ことはできるものの、かえってエネルギー効率や吐出力
が低下してしまった。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、基本的に従
来の気泡（特に膜沸騰に伴う気泡）を液流路中に形成し
て液体を吐出する方式の、根本的な吐出特性を、従来で
は考えられなかった観点から、従来では予想できない水
準に高めることを主たる背景課題とする。

【００１８】発明者らは、液滴吐出の原理に立ち返り、
従来では得られなかった気泡を利用した新規な液滴吐出
方法およびそれに用いられるヘッド等を提供すべく鋭意
研究を行った。このとき、流路中の可動部材の機構の原
理を解析すると言った液流路中の可動部材の動作を起点
とする第１技術解析、および気泡による液滴吐出原理を
起点とする第２技術解析、さらには、気泡形成用の発熱
体の気泡形成領域を起点とする第３解析を行うことにし
た。

【００１９】これらの解析によって、可動部材の支点と
自由点の配置関係を吐出口側つまり下流側に自由端が位
置する関係にすること、また可動部材を発熱体もしく
は、気泡発生領域に面して配することで積極的に気泡を
制御する全く新規な技術を確立するに至った。

【００２０】次に、気泡自体が吐出量に与えるエネルギ
ーを考慮すると気泡の下流側の成長成分を考慮すること
が吐出特性を格段に向上できる要因として最大であると
の知見に至った。つまり、気泡の下流側の成長成分を吐
出方向へ効率よく変換させることこそ吐出効率、吐出速
度の向上をもたらすことも判明した。このことから、発
明者らは気泡の下流側の成長成分を積極的に可動部材の
自由端側に移動させるという従来の技術水準に比べて高
い技術水準に至った。

【００２１】さらに、気泡を形成するための発熱領域例
えば電気熱変換体の液体の流れ方向の面積中心を通る中
心線から下流側、あるいは発泡を司る面における面積中
心等の気泡下流側の成長にかかわる可動部材や液流路等
の構造的要素を勘案することも好ましいということがわ
かった。

【００２２】特に本発明で注目したことは、可動部材の
製造上のバラツキや材質に起因して可動部材の挙動がわ
ずかに乱れることである。そこで、発明者らは、可動部
材に対する液流路の構造等を考慮することで、吐出力を
一層安定化させつつ、吐出状態を安定化するという画期
的な技術を導き出すに至った。

【００２３】本発明の主たる目的は以下の通りである。

【００２４】第１の目的は、発生した気泡を根本的に制
御すると言ったような可動部材が気泡の発生によって移
動する際の実質的な抵抗を液流路によって制御できると
共に、可動部材の過剰変位に起因する可動部材への機械
的ダメージを低減し、耐久性の向上を図ることができる
液体吐出ヘッドを提供することにある。

【００２５】本発明の第２の目的は、第１の目的に加え
て吐出効率、吐出力の向上を図りつつ、発熱体上の液体
への蓄熱を大幅に軽減できると共に、発熱体上の残留気
泡の低減を図ることで、良好な液体の吐出を行いうる液
体吐出ヘッド等を提供することにある。

【００２６】本発明の第３の目的は、さらにバック波に
よる液体供給方向とは逆方向への慣性力が働くのを抑え
ると同時に、可動部材の弁機能によってメニスカス後退
量を低減させることで、リフィル周波数を高め、印字ス
ピード等を向上させた液体吐出ヘッド等を提供すること
にある。

【００２７】加えて、本発明の第４の目的は、発熱体上
への堆積物を低減すると共に、吐出用液の用途範囲を広
げることができ、しかも吐出効率や吐出力が十分に高い
液体吐出ヘッド等を提供することにある。

【００２８】また、本発明の第５の目的は、吐出する液
体の選択自由度を高くできる液体吐出ヘッド等を提供す
ることにある。

【００２９】

【課題を解決するための手段】上記のような目的を達成
するための本発明の代表的な要件は、次のようなもので
ある。

【００３０】液体を吐出する吐出口と、吐出口に連通す
る液流路と、液体に気泡を発生させる気泡発生領域と、
前記気泡発生領域に面して配され、自由端と支点を備え
た可動部材とを有し、前記気泡発生部での気泡の発生に
基づく圧力によって前記可動部材を変位させ、該可動部
材の変位によって液体を前記吐出口から吐出する液体吐
出ヘッドであって、前記液流路には前記可動部材の変位
を規制する上限ストッパが設けられている液体吐出ヘッ
ド。

【００３１】もしくは、請求項１記載の液体吐出ヘッド
において、前記液流路の高さが、前記可動部材の支点の
直上より前記可動部材の自由端の直上の方が高く形成さ
れ、前記可動部材の支点の直上が前記上限ストッパを構
成する液体吐出ヘッド。

【００３２】もしくは、前記上限ストッパは、前記液流
路の高さが、前記可動部材の自由端に対向する位置か
ら、前記支点に対向する位置までの間の少なくとも一部
で、前記自由端に対向する位置の高さより低くなってい
る部分によって構成されている液体吐出ヘッド。

【００３３】もしくは、前記液流路は、吐出口に連通し
た第１の液流路と、液体に熱を加えることで該液体に気
泡を発生させる気泡発生領域を有する第２の液流路と、
からなり、前記可動部は、前記第１の液流路と前記気泡
発生領域との間に配され、吐出口側に自由端を有し、前
記気泡発生領域内での気泡の発生による圧力に基づいて
該自由端を前記第１の液流路側に変位させて前記圧力を
前記第１の液流路の吐出口側に導くよう構成される液体
吐出ヘッド。

【００３４】

【００３５】

【００３６】

【００３７】

【００３８】もしくは、上述の液体吐出ヘッドと液体容
器とを有するヘッドカートリッジ。

【００３９】もしくは、上述の液体吐出ヘッドと、該液
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し、気泡の発生によって
記録液体を吐出する液体吐出装置。

【００４０】もしくは、上述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る被記録媒体を
搬送する被記録媒体搬送手段とを有する液体吐出装置。

【００４１】もしくは、上述の液体吐出装置と、記録後
の被記録媒体に対して、前記液体の定着を促す前処理も
しくは後処理装置とを有する記録システム。

【００４２】もしくは、上述の液体吐出ヘッドと、該液
体吐出ヘッドに供給される液体を保持した液体容器とを
内包しているヘッドキット。

【００４３】もしくは、上述の液体吐出ヘッドと、該液
体吐出ヘッドに供給される液体を保持する液体容器と、
該液体容器に対して液体を充填するための液体充填手段
とを有するヘッドキット。

【００４４】本発明においては、液流路の高さが、可動
部材の支点の直上より自由端の直上で高い構成、もしく
は、液流路の高さが、自由端に対向する位置から支点に
対向する位置までの少なくとも一部で、自由端に対向す
る位置の高さよりも低くなっている。このことで、可動
部材が変位する方向における流抵抗が、前記可動部材の
前記支点に近い側より、前記可動部材の自由端に近い側
の方で小さくなり、液体の吐出状態をより安定にしつ
つ、吐出力を高めることができる。

【００４５】加えて、上述したような、極めて新規な吐
出原理に基づく本発明の液体吐出方法、ヘッド等による
と、発生する気泡とこれによって変位する可動部材との
相乗効果を得ることができ、吐出口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吐出方
法、ヘッド等に比べて、吐出効率を向上できる。例え
ば、本発明の最も好ましい形態においては、２倍以上と
いう飛躍的な吐出効率の向上を達成できた。また、上限
ストッパによって可動部材の変位が規制されるため、可
動部材の剛性が低い場合には、過剰変位により気泡の成
長方向の圧力伝搬方向が吐出以外の方向や上流方向に向
かうのを抑制することができ、吐出効率の低下を防止す
ることができると共に、可動部材の過剰変位に起因する
可動部材への機械的ダメージを低減し、耐久性の向上を
図ることができる。

【００４６】この発明のさらに特徴的な構成によれば、
低温や低湿で長期放置を行った場合であっても不吐出に
なることを防止でき、仮に不吐出になっても、予備吐出
や吸引回復といった回復処理をわずかに行うだけで正常
状態に即座に復帰できる利点もある。

【００４７】具体的には６４個の吐出口をもつ従来のバ
ブルジェット方式のヘッドの大半が不吐出になるような
長期放置条件においても、本発明のヘッドでは約半分以
下の吐出口が吐出不良になるだけである。また、これら
のヘッドを予備吐出で回復した場合、各吐出口に対して
従来ヘッドで数千発の予備吐出を行う必要があったが、
本発明では１００発程度の予備吐出で回復を行うだけで
十分であった。これは、回復時間の短縮や回復による液
体の損失を低減でき、ランニングコストも大幅に下げる
ことが可能であることを意味する。

【００４８】また、特に本発明のリフィル特性を向上し
た構成によれば、連続吐出時の応答性、気泡の安定成
長、液滴の安定化を達成して、高速液体吐出による高速
記録また高画質記録を可能にすることができた。

【００４９】本発明のその他の効果については、各実施
例の記載から理解される。

【００５０】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。

【００５１】また、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とされる気泡の吐出
口側部分を代表する。より具体的に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。

【００５２】また、本発明の説明で用いる「実質的に密
閉」とは、気泡が成長するとき、可動部材が変位する前
に可動部材の周囲の隙間（スリット）から気泡がすり抜
けない程度の状態を意味する。

【００５３】さらに、本発明でいう「分離壁」とは、広
義では気泡発生領域と吐出口に直接連通する領域とを区
分するように介在する壁（可動部材を含んでもよい）を
意味し、狭義では気泡発生領域を含む流路を吐出口に直
接連通する液流路とを区分し、それぞれの領域にある液
体の混合を防止するものを意味する。

【００５４】さらに、本発明でいう可動部材の「自由端
部」とは可動部材の下流側端部である自由端およびその
近傍を含み、また可動部材の下流側の角近傍を含むもの
を意味している。

【００５５】さらに、本発明でいう可動部材の「自由端
領域」とは可動部材の下流側端部である自由端自体、あ
るいは自由端側端、自由端と側端を合わせた領域のいず
れかを意味している。

【００５６】また、本発明でいう「可動部材に対する液
流路の抵抗」とは、可動部材が気泡の発生に伴って、気
泡発生領域から遠ざかる方向に移動する際に、液流路内
の液体が可動部材に与える抵抗を意味する。従って、本
発明は、この抵抗を変化させること、即ち抵抗勾配を持
たせたり、物理的なストッパによる抵抗や液体を介在さ
せての実質的なストッパによる抵抗等を用いることで、
可動部材の挙動を制御しようとする技術内容を全て含む
ものである。以下、この抵抗を単に「抵抗」または「流
抵抗」と表現する。

【００５７】

【実施例】

（原理説明）以下、図面を参照して本発明に適用可能な
吐出原理について説明する。

【００５８】図１は、液体吐出ヘッドを液流路方向で切
断した断面模式図を示しており、図２は、この液体吐出
ヘッドの部分破断斜視図を示している。

【００５９】図１の液体吐出ヘッドは、液体を吐出する
ための吐出エネルギ発生素子として、液体に熱エネルギ
を作用させる発熱体２（図２においては、４０μｍ×１
０５μｍの形状の発熱抵抗体）が素子基板１に設けられ
ており、この素子基板上に発熱体２に対応して液流路１
０が配されている。液流路１０は吐出口１８に連通して
いると共に、複数の液流路１０に液体を供給するための
共通液室１３に連通しており、吐出口から吐出された液
体に見合う量の液体をこの共通液室１３から受け取る。

【００６０】この液流路１０の素子基板上には、前述の
発熱体２に対向するように面して、金属等の弾性を有す
る材料で構成され、平面部を有する板状の可動部材３１
が片持梁状に設けられている。この可動部材の一端は液
流路１０の壁や素子基板上に感光性樹脂などをパターニ
ングして形成した土台（支持部材）３４等に固定されて
いる。これによって、可動部材は保持されると共に支点
（支点部分）３３を構成している。

【００６１】この可動部材３１は、液体の吐出動作によ
って共通液室１３から可動部材３１を経て吐出口１８側
へ流れる大きな流れの上流側に支点（支点部分；固定
端）３３を持ち、この支点３３に対して下流側に自由端
（自由端部分）３２を持つように、発熱体２に面した位
置に発熱体２を覆うような状態で発熱体から１５μｍ程
度の距離を隔てて配されている。この発熱体と可動部材
との間が気泡発生領域となる。なお、発熱体、可動部材
の種類や形状および配置はこれに限られることなく、後
述するように気泡の成長や圧力の伝搬を制御しうる形状
および配置であればよい。なお、上述した液流路１０
は、後に取り上げる液体の流れの説明のため、可動部材
３１を境にして直接吐出口１８に連通している部分を第
１の液流路１４とし、気泡発生領域１１や液体供給路１
２を有する第２の液流路１６の２つの領域に分けて説明
する。

【００６２】発熱体２を発熱させることで可動部材３１
と発熱体２との間の気泡発生領域１１の液体に熱を作用
し、液体に米国特許第４，７２３，１２９号明細書に記
載されているような膜沸騰現象に基づく気泡を発生させ
る。気泡の発生に基づく圧力と気泡は可動部材に優先的
に作用し、可動部材３１は図１（ｂ）、（ｃ）もしくは
図２で示されるように支点３３を中心に吐出口側に大き
く開くように変位する。可動部材３１の変位若しくは変
位した状態によって気泡の発生に基づく圧力の伝搬や気
泡自身の成長が吐出口側に導かれる。

【００６３】ここで、本発明に適用される基本的な吐出
原理の一つを説明する。本発明において最も重要な原理
の一つは、気泡に対面するように配された可動部材が気
泡の圧力あるいは気泡自体に基づいて、定常状態の第１
の位置から変位後の位置である第２の位置へ変位し、こ
の変位する可動部材３１によって気泡の発生に伴う圧力
や気泡自身を吐出口１８が配された下流側へ導くことで
ある。

【００６４】この原理を可動部材を用いない従来の液流
路構造を模式的に示した図３と本発明の図４とを比較し
てさらに詳しく説明する。なお、ここでは吐出口方向へ
の圧力の伝搬方向をＶＡ，上流側への圧力の伝搬方向を
ＶＢとして示した。

【００６５】図３で示されるような従来のヘッドにおい
ては、発生した気泡４０による圧力の伝搬方向を規制す
る構成はない。このため気泡４０の圧力伝搬方向はＶ１
〜Ｖ８のように気泡表面の垂直方向となり様々な方向を
向いていた。このうち、特に液吐出に最も影響を及ぼす
ＶＡ方向に圧力伝搬方向の成分を持つものは、Ｖ１〜Ｖ
４即ち気泡のほぼ半分の位置より吐出口に近い部分の圧
力伝搬の方向成分であり、液吐出効率、液吐出力、吐出
速度等に直接寄与する重要な部分である。さらに、Ｖ１
は吐出方向ＶＡの方向に最も近いため効率よく働き、逆
にＶ４はＶＡに向かう方向成分は比較的少ない。

【００６６】これに対して、図４で示される本発明の場
合には、可動部材３１が図３の場合のように様々な方向
を向いていた気泡の圧力伝搬方向Ｖ１〜Ｖ４を下流側
（吐出口側）へ導き、ＶＡの圧力伝搬方向に変換するも
のであり、これにより気泡４０の圧力が直接的効率よく
吐出に寄与することになる。

【００６７】そして、気泡の成長方向自体も圧力伝搬方
向Ｖ１〜Ｖ４と同様に下流方向に導かれ、上流より下流
で大きく成長する。このように、気泡の成長方向自体を
可動部材によって制御し、気泡の圧力伝搬方向を制御す
ることで、吐出効率や吐出力また吐出速度等の根本的な
向上を達成することができる。

【００６８】次に、図１に戻って、上述した液体吐出ヘ
ッドの吐出動作について詳しく説明する。

【００６９】図１（ａ）は、発熱体２に電気エネルギ等
のエネルギが印加される前の状態であり、発熱体が熱を
発生する前の状態である。ここで重要なことは、可動部
材３１が、発熱体の発熱によって発生した気泡に対し、
この気泡の少なくとも下流側部分に対面する位置に設け
られていることである。つまり、気泡の下流側が可動部
材に作用するように、液流路構造上では少なくとも発熱
体の面積中心３より下流（発熱体の面積中心３を通って
流路の長さ方向に直交する線より下流）の位置まで可動
部材３１が配されている。

【００７０】図１（ｂ）は、発熱体２に電気エネルギ等
が印加されて発熱体２が発熱し、発生した熱によって気
泡発生領域１１内を満たす液体の一部を加熱し、発生し
た熱によって気泡発生領域１１内を満たす液体の一部を
加熱し、膜沸騰に伴う気泡を発生させた状態である。

【００７１】このとき可動部材３１は気泡４０の発生に
基づく圧力により、気泡の圧力の伝搬方向を吐出口方向
に導くように第１位置から第２位置へ変位する。ここで
重要なことは前述したように、可動部材３１の自由端３
２を下流側（吐出口側）に配置し、支点３３を上流側
（共通液室）に位置するように配置して、可動部材の少
なくとも一部を発熱体の下流部分すなわち気泡の下流部
分に対面させることである。

【００７２】図１（ｃ）は気泡４０がさらに成長した状
態であるが、気泡４０発生に伴う圧力に応じて可動部材
３１はさらに変位している。発生した気泡は上流より下
流に大きく成長すると共に可動部材の第１の位置（点線
位置）を越えて大きく成長している。

【００７３】このように気泡４０の成長に応じて可動部
材３１が徐々に変位してゆくことで気泡４０の圧力伝搬
方向や体積移動のしやすい方向、すなわち自由端側への
気泡の成長方向を吐出口に均一的に向かわせることがで
きることも吐出効率を高めると考えられる。可動部材は
気泡や発泡圧を吐出口方向へ導く際もこの伝達の妨げに
なることはほとんど伝搬する圧力の大きさに応じて効率
よく圧力の伝搬方向や気泡の成長方向を制御することが
できる。

【００７４】図１（ｄ）は気泡４０が、前述した膜沸騰
後、気泡内部圧力の減少によって収縮し、消滅する状態
を示している。

【００７５】第２の位置まで変位していた可動部材３１
は、気泡の収縮による負圧と可動部材自身のばね性によ
る復元力によって図１（ａ）の初期位置（第１の位置）
に復帰する。また、消泡時には、気泡発生領域１１での
気泡の収縮体積を補うため、また、吐出された液体の体
積分を補うために上流側（Ｂ）、すなわち共通液室側か
ら流れのＶＤ１、ＶＤ２のように、また、吐出口側から
流れのＶｃのように液体が流れ込んでくる。

【００７６】以上、気泡の発生に伴う可動部材の動作と
液体の吐出動作について説明したが、以下に本発明に適
用可能な液体吐出ヘッドにおける液体のリフィルについ
て説明する。

【００７７】図１（ｃ）の後、気泡４０が最大体積の状
態を経て消泡過程に入ったときには、消泡した体積を補
う体積の液体が気泡発生領域に、第１液流路１４の吐出
口側と第２液流路１６の共通液室１３側から流れ込む。
可動部材３１を持たない従来の液流路構造においては、
消泡位置に吐出口側から流れ込む液体の量と共通液室か
ら流れ込む液体の量は、気泡発生領域より吐出口に近い
部分と共通液室に近い部分との流抵抗の大きさに起因す
る（流路抵抗と液体の慣性に基づくものである）。

【００７８】このため、吐出口に近い側の流抵抗が小さ
い場合には、多くの液体が吐出口側から消泡位置に流れ
込みメニスカスの後退量がおおきくなることになる。特
に、吐出効率を高めるために吐出口に近い側の流抵抗を
小さくして吐出効率を高めようとするほど、消泡時のメ
ニスカスＭの後退が大きくなり、リフィル時間が長くな
って高速印字を妨げることとなっていた。

【００７９】これに対して本構成は可動部材３１を設け
たため、気泡の体積Ｗを可動部材の第１１位置を境に上
側をＷ１、気泡発生領域１１側をＷ２とした場合、消泡
時に可動部材が元の位置に戻った時点でメニスカスの後
退はとまり、その後残ったＷ２の体積分の液体供給は主
に第２流路１６の流れＶＤ２からの液供給によって成さ
れる。これにより、従来、気泡Ｗの体積の半分程度に対
応した量がメニスカスの後退量になっていたのに対し
て、それより少ないＷ１の半分程度のメニスカス後退量
に抑えることが可能になった。

【００８０】さらに、Ｗ２の体積分の液体供給は消泡時
の圧力を利用して可動部材３１の発熱体側の面に沿っ
て、主に第２液流路の上流側（ＶＤ２）から強制的に行
うことができるため、より速いリフィルを実現できた。

【００８１】ここで特徴的なことは、従来のヘッドで消
泡時の圧力を用いたリフィルを行った場合、メニスカス
の振動が大きくなってしまい画像品位の劣化につながっ
ていたが、本実施例のリフィルにおいては可動部材によ
って吐出口側の第１液流路１４の領域と、気泡発生領域
１１との吐出口側での液体の流通が抑制されるためメニ
スカスの振動を極めて少なくすることができることであ
る。

【００８２】このように本発明に適用される上述した構
成は、第２液流路１６の液供給路１２を介しての発泡領
域への強制リフィルと、上述したメニスカス後退や振動
の要請によって高速リフィルを達成することで、吐出の
安定や高速繰り返し吐出、また記録の分野に用いた場
合、画質の向上や高速記録を実現することができる。

【００８３】本発明の上述した構成においては、さらに
次のような有効な機能を兼ね備えている。それは、気泡
の発生による圧力の上流側への伝搬（バック波）を抑制
することである。発熱対２上で発生した気泡の内、共通
液室１３側（上流側）の気泡による圧力は、その多くが
上流側に向かって液体を押し戻す力（バック波）になっ
ていた。このバック波は、上流側の圧力と、それによる
液移動量、そして液移動に伴う慣性力を引き起こし、こ
れらは液体の液流路内へのリフィルを低下させ高速駆動
の妨げにもなっていた。本構成においては、まず可動部
材３１によって上流側へのこれらの作用を抑えることで
もリフィル性の向上をさらに図っている。

【００８４】次に、更なる特徴的な構造と効果につい
て、以下に説明する。

【００８５】第２液流路１６は、発熱体２の上流に発熱
体２と実質的に平坦につながる（発熱体表面が大きく落
ち込んでいない）内壁を持つ液体供給路１２を有してい
る。このような場合、気泡発生領域１１および発熱体２
の表面への液体の供給は、可動部材３１の気泡発生領域
１１に近い側の面に沿って、ＶＤ２のように行われる。
このため、発熱体２の表面上に液体が淀むことが抑制さ
れ、液体中に溶存していた気体の析出や、消泡できずに
残った、いわゆる残留気泡が除去され易く、また、液体
への蓄熱が高くなりすぎることもない。従って、より安
定した気泡の発生を高速に繰り返し行うことができる。
なお、本構成では、実質的に平坦な内壁を持つ液体供給
路１２を持つもので説明したが、これに限らず、発熱体
表面となだらかに繋がり、なだらかな内壁を有する液供
給路であればよく、発熱体上に液体の淀みや、液体の供
給に大きな乱流を生じない形状であればよい。

【００８６】また、気泡発生領域への液体の供給は、可
動部材の側部（スリット３５）を介してＶＤ１から行わ
れるものもある。しかし、気泡発生時の圧力をさらに有
効に吐出口に導くために図１に示すように気泡発生領域
の全体を覆う（発熱体面を覆う）ように大きな可動部材
を用い、可動部材３１が第１の位置への復帰すること
で、気泡発生領域１１と第１液流路１４の吐出口に近い
領域との液体の流抵抗が大きくなるような形態の場合、
前述のＶＤ１から気泡発生領域１１に向かっての液体の
流れが妨げられる。しかし、本構成のヘッド構造におい
ては、気泡発生領域に液体を供給するための流れＶＤ１
があるため、液体の供給性能が非常に高くなり、可動部
材３１で気泡発生領域１１を覆うような吐出効率向上を
求めた構造を取っても、液体の供給性能を落とすことが
ない。

【００８７】ところで、可動部材３１の自由端３２と支
点の位置は、例えば図５で示されるように、自由端が相
対的に支点より下流側にある。このような構成のため、
前述した発泡の際に気泡の圧力伝搬方向や成長方向を吐
出口側に導く等の機能や効果を効率よく実現できるので
ある。さらに、この位置関係は吐出に対する機能や効果
のみならず、液体の供給の際にも液流路１０を流れる液
体に対する流抵抗を小さくでき高速にリフィルできると
いう効果を達成している。これは図５に示すように、吐
出によって後退したメニスカスＭが毛管力により吐出口
１８へ復帰する際や、消泡に対しての液供給が行われる
場合に、液流路１０（第１液流路１４、第２液流路１６
を含む）内を流れる流れＳ１、Ｓ２，Ｓ３に対し、逆ら
わないように自由端と支点３３とを配置しているためで
ある。

【００８８】補足すれば、本実施例（図１）において
は、前述のように可動部材３１の自由端３２が、発熱体
２を上流側領域と下流側領域とに２分する面積中心３
（発熱体の面積中心（中央）を通り液流路の長さ方向に
直交する線）より下流側の位置に対向するように発熱体
２に対して延在している。これによって発熱体の面積中
心位置３より下流側で発生する液体の吐出に大きく寄与
する圧力、又は気泡を可動部材３１が受け、この圧力お
よび気泡を吐出口側に導くことができ、吐出効率や吐出
力を根本的に向上させることができる。

【００８９】さらに、加えて上記気泡の上流側をも利用
して多くの効果を得ている。また、本構成においては、
可動部材３１の自由端が瞬間的に機械的変位を行ってい
ることも、液体の吐出に対して有効に寄与していると考
えられる。

【００９０】（実施例１）以下、図面を参照して本発明
の実施例について説明する。

【００９１】本実施例においても、主たる液体の吐出原
理については先の説明と同じである。なお、以下の各実
施例においては、第１液流路１４と第２液流路１６と
が、以下に説明するように分離壁３０で区分されたヘッ
ドを用いて説明するが、これに限らず、前述した原理説
明のようなヘッドにおいても、本発明を同様に適用する
ことができる。

【００９２】図６は、本実施例の液体吐出ヘッドの流路
方向の断面模式図を示している。

【００９３】本実施例の液体吐出ヘッドは、液体に気泡
を発生させるための熱エネルギを与える発熱体２が設け
られた素子基板１上に、第２液流路１６があり、その上
に吐出口１８に直接連通した第１液流路１４が配されて
いる。

【００９４】ここで、第１液流路の上流側から下流側に
対しての構造は、図示されているように吐出口に向かっ
て可動部材３１に対して高さが徐々に高くなっている。
言い換えれば、可動部材の支点部に対して自由端側が第
１液流路内を移動し易い抵抗関係になっている。

【００９５】第１液流路の上流側は、複数の第１液流路
に吐出液を供給するための第１共通液室１５に連通して
おり、第２液流路の上流側は、複数の第２液流路に発泡
液を供給するための第２共通液室に連通している。

【００９６】但し、発泡液と吐出液を同じ液体とする場
合には、共通液室を一つにして共通化させてもよい。

【００９７】第１と第２の液流路の間には、金属等の弾
性を有する材料で構成された分離壁３０が配されてお
り、第１液流路と第２液流路とを区分している。なお、
発泡液と吐出液とができる限り混ざり合わない方がよい
液体の場合には、この分離壁によってできる限り完全に
第１液流路１４と第２液流路１６の液体の流通を分離し
た方がよいが、発泡液と吐出液とがある程度混ざり合っ
ても、問題がない場合には、分離壁に完全分離の機能を
持たせなくてもよい。

【００９８】発熱体の面方向上方への投影空間（以下吐
出圧発生領域という。；図６中のＡの領域とＢの気泡発
生領域１１）に位置する部分の分離壁は、スリット３５
によって吐出口側（液体の流れの下流側）が自由端で、
共通液室（１５、１７）側に支点３３が位置する片持梁
状の可動部材３１となっている。この可動部材３１は、
気泡発生領域１１（Ｂ）に面して配されているため、発
泡液の発泡によって第１液流路側に向けて開口するよう
に動作する（図中矢印方向）。この際に、可動部材の支
点側よりも自由端が移動し易い環境となっているため、
自由端が気泡の成長に追従して移動し、気泡を無駄なく
吐出口へ導くことができる。発熱体２としての発熱抵抗
部と、この発熱抵抗部に電気信号を印加するための配線
電極（不図示）とが配された素子基板１上に、第２の液
流路を構成する空間を介して分離壁３０が配置されてい
る。

【００９９】可動部材３１の支点３３、自由端３２の配
置と、発熱体との配置の関係については、先の説明と同
様である。

【０１００】また、先の説明では、液供給路１２と発熱
体２との構造の関係について説明したが、本実施例にお
いても第２液流路１６と発熱体２との構造の関係を同じ
くしている。

【０１０１】（実施例２）図７および図８は本発明の基
本的な概念の一つを示すもので、本発明の第２実施例の
特徴を示すものである。

【０１０２】図７は、第２液流路１６の気泡発生領域１
１と対面して配された可動部材３１の液流路中での配置
を模式的に示した断面図である。図８は、図７と同様な
ヘッドの断面斜視図である。

【０１０３】本実施例においては、可動部材３１の支点
もしくは支点近傍の直上の第１液流路の高さが可動部材
３１の自由端の直上の近傍の天井５２の方が高い形状に
なっている。

【０１０４】このため、気泡発生領域１１で発生する気
泡４０の圧力に基づいて変位する可動部材３１の変位方
向では、可動部材の支点３３に近い側に比べ、相対的に
可動部材の自由端３２に近い側で流抵抗が小さい形状と
なっている。

【０１０５】このように、自由端３２に近い側での変位
方向の流方向が小さくなっているため、自由端の動きが
規制されずに、気泡４０の圧力伝搬方向や気泡の成長方
向を効率よく吐出口１８へ導くことができる。

【０１０６】一方、本実施例においては、第１液流路１
４の高さが自由端に対向する位置から支点に対向する位
置までの間の少なくとも一部で、前記自由端に対向する
位置の高さより低くなっている。

【０１０７】可動部材３１が変位して、自由端側に比べ
て低い高さの支点側天井５４や中間天井５３に接近する
と、今度は変位方向の動きに対して可動部材と天井間の
流抵抗が高くなり、動きが規制されることになる。この
ため、可動部材３１の製造上のバラツキ、すなわち形状
や材質等のバラツキ、気泡発生領域１１と可動部材の配
置関係のバラツキから生じる吐出特性上の乱れや、発熱
体２による発泡の不均一性が生じた場合であっても、可
動部材の変位量が天井形状によって均一化されるため
に、吐出状態は極めて安定化した状態になる。

【０１０８】さらに、１ヘッド内に多数の吐出液流路を
持つヘッドにおいては、本発明の構成によって、各液流
路間の吐出特性の均一性をさらに高めることができる。
特に、吐出液流路列の両端部など一部で特性が異なる場
合、その部分のみ本発明を適用しても良い。

【０１０９】さらに、繰り返し吐出の際の発泡状態の不
安定要因等による吐出のバラツキが発生するような場合
においても、本発明の構造を用いれば、同様に吐出特性
を安定化することができる。

【０１１０】以上のように、本実施例においては、可動
部材３１の変位方向における流抵抗を、可動部材３１の
支点３３に近い側より、相対的に自由端３２に近い側で
小さくすることで、吐出状態を安定的に均一化でき、こ
れにより繰り返し吐出時の各吐出間や、複数の液流路間
で極めて均一な吐出特性を得ることができる。従って、
本発明の液体吐出ヘッドを記録ヘッドとして用いた場合
には、画像のムラをさらに低減することができ、画像品
位を著しく向上させることができる。

【０１１１】なお、本実施例においては、第１液流路の
構造を換えることで、可動部材の変位方向での流抵抗を
相対的に自由端側で低減したが、他の方法で自由端側の
流抵抗を相対的に低くしてもよい。また、液流路側壁で
流抵抗低減部（例えば、可動部材の幅より流路幅を広く
する）と流抵抗増大部（例えば、流路幅を前記流路幅よ
り狭くする）を設けてもよい。

【０１１２】また、図７の構造によって生じる他の作用
および効果について説明する。

【０１１３】図７においては、可動部材３１の自由端３
２の少なくとも一部は、可動部材が変位したとき、第１
液流路の天井に接近するか、もしくは係合する構造とな
っている。このような構造によって、前述したような液
体吐出の安定化を達成すると同時に、可動部材３１の過
剰変位に起因する可動部材への機械的ダメージを低減
し、耐久性の向上を図ることができる。

【０１１４】（実施例３）図９（ａ）および（ｂ）は、
前述の実施例と同様な効果を得るための具体的な流路構
造を示した断面図である。基本的な構成は図７と同様で
あるが、可動部材３１の支点部側の天井の高さｈ２より
自由端部側の天井の高さｈ１が高くなっており、その間
で天井は直線的スロープになっている。このような構成
により、図９（ｂ）で示されるように発生した気泡４０
によって可動部材３１が変位する際、自由端３２は均一
的に変位するようになり、吐出性能は安定して均一な特
性となる。

【０１１５】（実施例３の変形例）本実施例は、上述し
たような機能を有する流路構造のその他の例を示すもの
である。図１０（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、それぞ
れ、そのような例を示した断面図である。

【０１１６】図１０（ａ）における液流路１４の自由端
側天井５２と支点部側天井５４の中間部２１は、支点部
側天井２２から連続的に凸曲面状のスロープとなってい
る。

【０１１７】これは、可動部材３１の剛性が低い場合
に、発泡の圧力伝搬で可動部材３１の自由端が歪みによ
ってさらに変位した場合に、天井の形状に沿って可動部
材が変形した場合を考慮することで、前述したような効
果を得るための流路形状である。可動部材３１の歪み方
によっては、凹曲面状の天井形状であってもよい。

【０１１８】図１０（ｂ）は、図９におけるスロープを
急峻にしたものである。

【０１１９】図１０（ｃ）は、スロープに段差が複数あ
るもので、溝付き部材（第１液流路の天井等を構成する
部材）を複数回エッチングして形成したもので、製造上
の容易性がある。

【０１２０】（実施例４）本発明の第４の実施例を、図
１１（ａ）〜（ｃ）、図１２（ａ）、（ｂ）および図１
３（ａ）、（ｂ）を用いて説明する。本実施例における
基本構成は、図９（ａ）、（ｂ）および図１０（ａ）〜
（ｃ）と同様のため、先の実施例と同様の構成について
は説明を省略する。

【０１２１】本実施例は、実施例２において、可動部材
が物理的に第１液流路の天井に接する、もしくは係合す
るようにした係合部を有する構成を積極的に用い、可動
部材３１の過剰変位を防止し、寿命を飛躍的に向上させ
ることを目的としたものである。

【０１２２】図１１（ａ）は、可動部材の変位方向への
流抵抗を支点部より自由端部で小さくしつつ、天井段差
部５５に当接または係合する構成になっており、吐出特
性の均一化と、可動部材３１の過剰変位を防止して、耐
久性をも向上させたものである。

【０１２３】図１１（ｂ）は、第１液流路１４の流路壁
２２の一部に流路内に突出した突起５６を持たせてお
り、可動部材３１と当接または係合することで、可動部
材の過剰変位を防止したものである。この構成は、第１
液流路１４の流路断面積を大きくしてリフィルの向上を
達成しつつ可動部材の過剰変位を防止したものである。

【０１２４】図１１（ｃ）は、可動部材３１が変位した
ときに、可動部材の自由端３２近傍の上方への変位を規
制する係合部５７を備えたヘッドの構造を示す断面図で
ある。この係合部５７によって、自由端部３２をより確
実に規制することができ、可動部材の耐久性をさらに高
めることができる。

【０１２５】図１２（ａ）は、液体吐出ヘッドの縦断面
図であるが、可動部材が変位している状態を吐出口側か
ら視た図１２（ｂ）で理解されるように、第１液流路１
４の断面形状が台形形状であるため、可動部材３１は自
由端の側端部３８間の幅より流路の幅が狭い領域での変
位が規制されており、可動部材の上方への過剰変位が防
止される。

【０１２６】図１３（ａ）は液体吐出ヘッドの断面図で
あるが、可動部材が変位している状態を吐出口側から視
た図１３（ｂ）で理解されるように、第１液流路１４の
側壁２２に段差部５７が設けられている。

【０１２７】この段差部５７によって液流路１４の天井
側の幅が可動部材の幅よりも狭くなっているため、可動
部材３１の過剰変位を防止できる構造となっている。

【０１２８】以上説明した可動部材の過剰変位防止構造
によって、吐出ヘッドの耐久性を飛躍的に向上させるこ
とが可能になった。さらに、可動部材の剛性が低い場合
には、過剰変位により気泡の成長方向の圧力伝搬方向が
吐出口方向以外の方向（天井方向）や上流方向に向かう
のを抑制することができ、吐出効率の低下を防止するこ
とができた。

【０１２９】（実施例５）図１４（ａ）、（ｂ）および
（ｃ）は、本発明の液体吐出ヘッドの第５の実施例を示
した図である。図１４（ａ）に示すように、吐出口側か
ら見た第１の液流路１４の形状と、可動部材３１が図１
４（ｂ）に示すように気泡発生領域で発生した気泡によ
って第１の液流路１４側に変位したときに吐出口側から
見た可動部材３１の形状とが、ともに台形であり、相似
になっていることがわかる。これは、吐出口側から見た
形状が台形である第１の液流路１４に対し、図１４
（ｃ）に示すような先端に向かって幅が小さくなる台形
形状の可動部材３１を用いているからである。

【０１３０】このような構成を採ることによって、図１
４（ｃ）で示すように発熱体２で発生する気泡の可動部
材３１の自由端および側端部からの逃げを極力防止し、
気泡から可動部材への作用効率を高めると共に可動部材
３１の変位方向に対する抵抗を小さくして、吐出効率の
均一化を図ることが可能となった。

【０１３１】図１５（ａ）および（ｂ）は、このような
相似形状の他の例を示したもので、長方形若しくは正方
形の相似となっている。なお、相似形状は、これに限ら
ず三角形等であってもよい。

【０１３２】（その他の実施例）以上、本発明の液体吐
出ヘッドや液体吐出方法の要部の実施例について説明を
行ったが、以下にこれらの実施例に好ましく適用できる
実施態様例について図面を用いて説明する。但し、以下
の説明においては前述の１流路形態の実施例と２流路形
態の実施例のいずれかを取り上げて説明する場合がある
が、特に記載しない限り、両実施例に適用しうるもので
ある。

【０１３３】（可動部材および分離壁）図１６（ａ）、
（ｂ）および（ｃ）は、それぞれ可動部材３１の他の形
状を示す平面図であり、符号３５は、分離壁に設けられ
たスリットであり、このスリットによって可動部材５１
が形成されている。同図（ａ）は長方形の形状であり、
（ｂ）は支点側が細くなっている形状で可動部材の動作
が容易な形状であり、（ｃ）は支点側が広くなってお
り、可動部材の耐久性が向上する形状である。可動部材
の形状は容易に動作可能な形状で、耐久性に優れた形状
であればよい。

【０１３４】先の実施例においては、板状可動部材３１
およびこの可動部材を有する分離壁５は厚さ５μｍのニ
ッケルで構成したが、これに限られることなく可動部
材、分離壁を構成する材質としては発泡液と吐出液に対
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、微細なスリットが形成できるものであ
ればよい。

【０１３５】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、ポリカーボネー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有する樹脂、エポキシ樹脂
等のエポキシ基を有する樹脂、メラミン樹脂等のアミノ
基を有する樹脂、キシレン樹脂等のメチロール基を有す
る樹脂およびその化合物、さらに二酸化珪素等のセラミ
ックおよびその化合物が望ましい。

【０１３６】分離壁の材質としては、ポリエチレン、ポ
リプロピレン、ポリアミド、ポリエチレンテレフタレー
ト、メラミン樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポ
リブタジエン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエー
テルサルフォン、ポリアリレート、ポリイミド、ポリサ
ルフォン、液晶ポリマー（ＬＣＰ）等の近年のエンジニ
アリングプラスチックに代表される耐熱性、耐溶剤性、
成型性の良好な樹脂、およびその化合物、もしくは、二
酸化珪素、窒化珪素、ニッケル、金、ステンレス等の金
属、合金およびその化合物、もしくは表面にチタンや金
をコーティングしたものが望ましい。

【０１３７】また、分離壁の厚さは、分離壁としての強
度を達成でき、可動部材として良好に動作する観点から
その材質と形状等を考慮して決定すればよいが、０．５
μｍ〜１０μｍ程度が望ましい。

【０１３８】なお可動部材３１を形成するためのスリッ
ト３５の幅は本実施例では２μｍとしたが、発泡液と吐
出液とが異なる液体であり、両液体の混液を防止した場
合は、スリット幅を両者の液体間でメニスカスを形成す
る程度の間隔とし、各々の液体同士の流通を抑制すれば
よい。例えば、発泡液として２ｃＰ（センチポアズ）程
度の液体を用い、吐出液として１００ｃＰ以上の液体を
用いた場合には、５μｍ程度のスリットでも混液を防止
することができるが、３μｍ以下にすることが望まし
い。

【０１３９】本発明における可動部材としてはμｍオー
ダーの厚さ（ｔμｍ）を対象としており、ｃｍオーダー
の厚さの可動部材は意図していない。μｍオーダーの厚
さの可動部材にとって、μｍオーダーのスリット幅（Ｗ
μｍ）を対象とする場合、製造のバラツキをある程度考
慮することが望ましい。

【０１４０】スリットを形成する可動部材の自由端ある
いは／かつ側端に対向する部材の厚さが可動部材の厚さ
と同等の場合（図１２、図１３等）、スリット幅と厚み
の関係を製造のバラツキを考慮して以下のような範囲と
することで発泡液と吐出液の混液を安定的に抑制するこ
とができる。このことは限られた条件ではあるが設計上
の観点として、３ｃＰ以下の粘度の発泡液に対して高粘
度（５ｃＰ、１０ｃＰ等）を用いる場合、Ｗ／ｔ≦１を
満足するようにすることで、２液の混合を長期にわたっ
て抑制することが可能な構成となった。

【０１４１】本発明の「実質的な密閉状態」を与えるス
リットとしては、このような数μｍオーダーであればよ
り確実である。

【０１４２】上述のように、発泡液と吐出液とに機能分
離させた場合、可動部材がこれらの実質的な仕切部材と
なる。この可動部材が気泡の生成に伴って移動する際に
吐出液に対して発泡液がわずかに混入することが見られ
る。画像を形成する吐出液は、インクジェット記録の場
合、色材濃度を３％ないし５％程度有するものが一般的
であることを考慮すると、この発泡液が吐出液滴に対し
て２０％以下の範囲で含まれても大きな濃度変化をもた
らさない。従って、このような混液としては、吐出液滴
に対して２０％以下となるような発泡液と吐出液との混
合を本発明に含むものとする。

【０１４３】なお、上記構成例の実施では、粘性を変化
させても上限で１５％の発泡液の混合であり、５ｃｐｓ
以下の発泡液では、この混合比率は、駆動周波数にもよ
るが、１０％程度を上限とするものであった。

【０１４４】特に、吐出液の粘度を２０ｃｐｓ以下にす
ればする程、この混液は低減（例えば５％以下）でき
る。

【０１４５】（素子基板）以下に液体に熱を与えるため
の発熱体が設けられた素子基板の構成について説明す
る。

【０１４６】図１７（ａ）および（ｂ）は、それぞれ本
発明の液体吐出ヘッドの縦断面図を示したもので、同図
（ａ）は後述する保護膜があるヘッド、（ｂ）は保護膜
がないものである。

【０１４７】素子基板１上に第２液流路１６、分離壁３
０、第１液流路１４、第１液流路を構成する溝を設けた
溝付き部材５０が配されている。

【０１４８】素子基板１上には、シリコン等の基体１０
７に絶縁および蓄熱を目的としたシリコン酸化膜または
窒化シリコン膜１０６を成膜し、その上に発熱体を構成
するハフニュウムボライド（ＨｆＢ₂ ）、窒化タンタル
（ＴａＮ）、タンタルアルミ（ＴａＡｌ）等の電気抵抗
層１０５（０．０１〜０．２μｍ厚）とアルミニウムの
配線電極（０．２〜１．０μｍ厚）を図８のようにパタ
ーニングされている。この２つの配線電極１０４から抵
抗層１０５に電圧を印加し、抵抗層に電流を流し発熱さ
せる。配線電極間の抵抗層上には、酸化シリコンや窒化
シリコン等の保護層を０．１〜２．０μｍ厚で形成し、
さらにその上にタンタル等の耐キャビテーション層
（０．１〜０．６μｍ厚）が成膜されており、インク等
の各種の液体から抵抗層１０５を保護している。

【０１４９】特に、気泡の発生、消泡の際に発生する圧
力や衝撃波は非常に強く、堅くてもろい酸化膜の耐久性
を著しく低下させるため、金属材料のタンタル（Ｔａ）
等の耐キャビテーション層として用いられる。

【０１５０】また、液体、液流路構成、抵抗材料の組み
合わせにより上述の保護層を必要としない構成でもよ
く、その例を図１７（ｂ）に示す。このような保護層を
必要としない抵抗層の材料としてはインジュウム・タン
タル・アルミ合金等が挙げられる。

【０１５１】このように、前述の各実施例における発熱
体の構成としては、前述の電極間の抵抗層（発熱部）だ
けでもよく、また抵抗層を保護する保護層を含むもので
もよい。

【０１５２】本実施例においては、発熱体として電気信
号に応じて発熱する抵抗層で構成された発熱部を有する
ものを用いたが、これに限られることなく、吐出液を吐
出させるのに十分な気泡を発泡液に生じさせるものであ
ればよい。例えば、発熱部としてレーザ等の光を受ける
ことで発熱するような光熱変換体や高周波を受けること
で発熱するような発熱部を有する発熱体でもよい。

【０１５３】なお、前述の素子基板１には、前述の発熱
部を構成する抵抗層１０５と、この抵抗層に電気信号を
供給するための配線電極１０４で構成される電気熱変換
体の他に、この電気熱変換素子を選択的に駆動するため
のトランジスタ、ダイオード、ラッチ、シフトレジスタ
等の機能素子が一体的に半導体製造工程によって作り込
まれていてもよい。

【０１５４】また、前述のような素子基板１に設けられ
ている電気熱変換体の発熱部を駆動し、液体を吐出する
ためには、前述の抵抗層１０５に配線電極１０４を介し
て図１７で示されるような矩形パルスを印加し、配線電
極間の抵抗層１０５を急峻に発熱させる。前述の各実施
例のヘッドにおいては、それぞれ電圧２４Ｖ、パルス幅
７μｓｅｃ、電流１５０ｍＡ、電気信号を６ｋＨｚで加
えることで発熱体を駆動させ、前述のような動作によっ
て、吐出口から液体であるインクを吐出させた。しかし
ながら、駆動信号の条件はこれに限られることなく、発
泡液を適正に発泡させることができる駆動信号であれば
よい。

【０１５５】（吐出液体、発泡液体）先の実施例で説明
したように本発明においては、前述のような可動部材を
有する構成によって、従来の液体吐出ヘッドよりも高い
吐出力や吐出効率でしかも高速に液体を吐出することが
できる。本実施例の内、発泡液と吐出液とに同じ液体を
用いる場合には、発熱体から加えられる熱によって劣化
せずに、また加熱によって発熱体上に堆積物を生じにく
く、熱によって気化、凝縮の可逆的状態変化を行うこと
が可能であり、さらに液流路や可動部材や分離壁等を劣
化させない液体であれば種々の液体を用いることができ
る。

【０１５６】このような液体の内、記録を行う上で用い
る液体（記録液体）としては従来のバブルジェット装置
で用いられていた組成のインクを用いることができる。

【０１５７】一方、本発明の２流路構成のヘッドを用
い、吐出液と発泡液を別液体とした場合には、発泡液と
して前述のような性質の液体を用いればよく、具体的に
は、メタノール、エタノール、ｎ−プロパノール、イソ
プロパノール、ｎ−ヘキサン、ｎ−ヘプタン、ｎ−オク
タン、トルエン、キシレン、二塩化メチレン、トリクレ
ン、フレオンＴＦ、フレオンＢＦ、エチルエーテル、ジ
オキサン、シクロヘキサン、酢酸メチル、酢酸エチル、
アセトン、メチルエチルケトン、水等およびこれらの混
合物が挙げられる。

【０１５８】吐出液としては、発泡性の有無、熱的性質
に関係なく様々な液体を用いることができる。また、従
来吐出が困難であった発泡性が低い液体、熱によって変
質、劣化しやすい液体や高粘度液体等であっても利用で
きる。

【０１５９】ただし、吐出液の性質として吐出液自身、
又は発泡液との反応によって、吐出や発泡また可動部材
の動作等を妨げるような液体でないことが望まれる。

【０１６０】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。その他の吐出液体として
は、熱に弱い医薬品や香水等の液体を利用することもで
きる。

【０１６１】本発明においては、吐出液と発泡液の両方
に用いることができる記録液体として以下のような組成
のインクを用いて記録を行ったが、吐出力の向上によっ
てインクの吐出速度が高くなったため、液滴の着弾精度
が向上し非常に良好な記録画像をことができる。

【０１６２】染料インク（粘度２ｃＰ）の組成（Ｃ．Ｉ．フードブラック２）染料３重量％ジエチレングリコール１０重量％チオジグリコール５重量％エタノール５重量％水７７重量％また、発泡液と吐出液に以下で示すような組成の液体を
組み合わせて吐出させて記録を行った。その結果、従来
のヘッドでは吐出が困難であった十数ｃＰ粘度の液体は
もちろん１５０ｃＰという非常に高い粘度の液体で良好
に吐出でき、高画質な記録物を得ることができた。

【０１６３】発泡液１の組成エタノール４０重量％水６０重量％発泡液２の組成水１００重量％発泡液３の組成イソプロピルアルコール１０重量％水９０重量％吐出液１顔料インク（粘度約１５ｃＰ）の組成カーボンブラック５重量％スチレン−アクリル酸−アクリル酸エチル共重合体１重量％（酸価１４０、重量平均分子量８０００）モノエタノールアミン０．２５重量％グリセリン６９重量％チオジグリコール５重量％エタノール３重量％水１６．７５重量％吐出液２（粘度５５ｃＰ）の組成ポリエチレングリコール２００１００重量％吐出液３（粘度１５０ｃＰ）の組成ポリエチレングリコール６００１００重量％ところで、前述したような従来吐出されにくいとされて
いた液体の場合には、吐出速度が低いために、吐出方向
性のバラツキが助長され記録紙上のドットの着弾精度が
悪く、また吐出不安定による吐出量のバラツキが生じ、
これらのことで高品位画像が得られにくかった。しか
し、上述の実施例の構成においては、気泡の発生を発泡
液を用いることで充分に、しかも安定して行うことがで
きる。このことで、液滴の着弾精度の向上とインク吐出
量の安定化を図ることができ、記録画像品位を著しく向
上させることができた。

【０１６４】（２流路構成のヘッド構造）図１９は、本
発明の液体吐出ヘッドの内２流路構成のヘッドの全体構
造を示した分解斜視図である。

【０１６５】アルミ等の支持体７０上に前述の素子基板
１が配されている。この上に第２液流路１６の壁１６ａ
および第２共通液室１７の壁１７ａが設けられており、
その上に可動部材３１を有する分離壁３０が設けられて
いる。さらに、この分離壁３０の上に第１液流路１４を
構成する複数の溝、第１共通液室１５、この第１共通液
室１５に第１の液体を供給するための供給路２０および
第２共通液室１７に第２の液体を供給するための供給路
２１が設けられた溝付き部材５０が設けられており、こ
のような構成によって２流路の液体吐出ヘッドを構成し
ている。

【０１６６】（液体吐出ヘッドカートリッジ）次に、上
記実施形態例に係る液体吐出ヘッドを搭載した液体吐出
ヘッドカートリッジを概略説明する。

【０１６７】図２０は、前述した液体吐出ヘッドを含む
液体吐出ヘッドカートリッジの模式的分解斜視図であ
り、液体吐出ヘッドカートリッジは、主に液体吐出ヘッ
ド部２００と液体容器９０とから概略構成されている。

【０１６８】液体吐出ヘッド部２００は、素子基板１、
分離壁３０、溝付部材５０、押さえバネ６０、液体供給
部材８０、支持体７０等から成っている。素子基板１に
は、前述のように発泡液に熱を与えるための発熱抵抗体
が、複数個、列状に設けられており、また、この発熱抵
抗体を選択的に駆動するための機能素子が複数設けられ
ている。この素子基板１と可動壁を持つ前述の分離壁３
０との間に発泡液路が形成され発泡液が流通する。この
分離壁３０と溝付部材５０との接合によって、吐出され
る吐出液体が流通する吐出流路（不図示）が形成され
る。

【０１６９】押さえバネ６０は、溝付部材５０に素子基
板１方向への付勢力を作用させる部材であり、この付勢
力により素子基板１、分離壁３０、溝付部材５０と、後
述する支持体７０とを良好に一体化させている。

【０１７０】支持体７０は、素子基板１等を支持するた
めのものであり、この支持体７０上にはさらに素子基板
１に接続し電気信号を供給するための回路基板７１や、
装置側と接続することで装置側と電気信号のやりとりを
行うためのコンタクトパッド７２が配置されている。

【０１７１】液体容器９０は、液体吐出ヘッドに供給さ
れる、インク等の吐出液体と気泡を発生させるための発
泡液とを内部に区分収容している。液体容器９０の外側
には、液体吐出ヘッドと液体容器との接続を行う接続部
材を配置するための位置決め部９４と接続部を固定する
ための固定軸９５が設けられている。吐出液体の供給
は、液体容器の吐出液体供給路９２から接続部材の供給
路を介して液体供給部材８０の吐出液体供給路８１に供
給され、各部材の吐出液体供給路８３，６１，２０を介
して第１の共通液室に供給される。発泡液も同様に、液
体容器の供給路９３から接続部材の供給路を介して液体
供給部材８０の発泡液供給路８２に供給され、各部材の
発泡液体供給路８４，６１，２１を介して第２液室に供
給される。

【０１７２】以上の液体吐出ヘッドカートリッジにおい
ては、発泡液と吐出液が異なる液体である場合も、供給
を行いうる供給形態および液体容器で説明したが、吐出
液体と発泡液体とが同じである場合には、発泡液と吐出
液の供給経路および容器を分けなくてもよい。

【０１７３】なお、この液体容器には、各液体の消費後
に液体を再充填して使用してもよい。このためには、液
体容器に液体注入口を設けておくことが望ましい。ま
た、液体吐出ヘッドと液体容器とは一体であってもよ
く、分離可能としてもよい。

【０１７４】（液体吐出装置）図２１は、前述の液体吐
出ヘッドを搭載した液体吐出装置の概略構成を示してい
る。本実施例では、特に吐出液体としてインクを用いた
インク吐出記録装置を用いて説明する。液体吐出装置の
キャリッジＨＣは、インクを収容する液体タンク部９０
と、液体吐出ヘッド部２００とが着脱可能なヘッドカー
トリッジを搭載しており、被記録媒体搬送手段で搬送さ
れる記録紙等の被記録媒体１５０の幅方向に往復移動す
る。

【０１７５】不図示の駆動信号供給手段からキャリッジ
上の液体吐出手段に駆動信号が供給されると、この信号
に応じて液体吐出ヘッドから被記録媒体に対して記録媒
体が吐出される。

【０１７６】また、本実施例の液体吐出装置において
は、被記録媒体搬送手段とキャリッジを駆動するための
駆動源としてのモータ１１１、駆動源からの動力をキャ
リッジに伝えるためのギア１１２、１１３、キャリッジ
軸１１５等を有している。この記録装置およびｋｎｏ記
録装置で行う液体吐出方法によって、各種の被記録媒体
に対して液体を吐出することで良好な画像の記録物を得
ることができた。

【０１７７】図２２は、本発明の液体吐出方法および液
体吐出ヘッドを適用したインク吐出装置を動作させるた
めの装置全体のブロック図である。

【０１７８】記録装置は、ホストコンピュータ３００よ
り印字情報を制御信号として受ける。印字情報は印字装
置内部の入力インタフェイス３０１に一時保存されると
同時に、記録装置内で処理可能なデータに変換され、ヘ
ッド駆動信号供給手段を兼ねるＣＰＵ３０２に入力され
る。ＣＰＵ３０２はＲＯＭ３０３に保存されている制御
プログラムに基づき、前記ＣＰＵ３０２に入力されたデ
ータをＲＡＭ３０４等の周辺ユニットを用いて処理し、
印字するデータ（画像データ）に変換する。

【０１７９】また、ＣＰＵ３０２は前記画像データを記
録用紙上の適当な位置に記録するために、画像データに
同期して記録用紙および記録ヘッドを移動する駆動用モ
ータを駆動するための駆動データを作る。画像データお
よびモータ駆動データは、各々ヘッドドライバ３０７
と、モータドライバ３０５を介し、ヘッド２００および
駆動モータ３０６に伝達され、それぞれ制御されたタイ
ミングで駆動され画像を形成する。

【０１８０】上述のような記録装置に適用でき、インク
等の液体の付与が行われる被記録媒体としては、各種の
紙やＯＨＰシート、コンパクトディスクや装飾板等に用
いられるプラスチック材、布帛、アルミニウムや銅等の
金属材、牛皮、豚皮、人工皮革等の皮革材、木、合板等
の木材、竹材、タイル等のセラミックス材、スポンジ等
の三次元構造体等を対象とすることができる。

【０１８１】また、上述の記録装置として、各種の紙や
ＯＨＰシート等に対して記録を行うプリンタ装置、コン
パクトディスク等のプラスチック材に記録を行うプラス
チック用記録装置、金属板に記録を行う金属用記録装
置、皮革に記録を行う皮革用記録装置、木材に記録を行
う木材用記録装置、セラミックス材に記録を行うセラミ
ックス用記録装置、スポンジ等の三次元網状構造体に対
して記録を行う記録装置、また布帛に記録を行う捺染装
置等をも含むものである。

【０１８２】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。

【０１８３】（記録システム）次に、本発明の液体吐出
ヘッドを記録ヘッドとして用い、被記録媒体に対して記
録を行う、インクジェット記録システムの一例を説明す
る。

【０１８４】図２３は、前述した本発明の液体吐出ヘッ
ド２０１を用いたインクジェット記録システムの構成を
説明するための模式図である。本実施例における液体吐
出ヘッドは、被記録媒体１５０の記録可能幅に対応した
長さに３６０ｄｐｉの間隔で吐出口を複数配したフルラ
イン型のヘッドであり、イエロー（Ｙ），マゼンタ
（Ｍ），シアン（Ｃ），ブラック（Ｂｋ）の４色に対応
した４つのヘッドをホルダ１２０２によりＸ方向に所定
の間隔を持って互いに平行に固定支持されている。

【０１８５】これらのヘッドに対してそれぞれ駆動信号
供給手段を構成するヘッドドライバ３０７から信号が供
給され、この信号に基づいて各ヘッドの駆動が成され
る。

【０１８６】各ヘッドには、吐出液としてＹ，Ｍ，Ｃ，
Ｂｋの４色のインクがそれぞれ２０４ａ〜２０４ｄのイ
ンク容器から供給されている。なお、符号２０４ｅは発
泡液が蓄えられた発泡液容器であり、この容器から各ヘ
ッドに発泡液が供給される構成になっている。

【０１８７】また、各ヘッドの下方には、内部にスポン
ジ等のインク吸収部材が配されたヘッドキャップ２０３
ａ〜２０３ｄが設けられており、非記録時に各ヘッドの
吐出口を覆うことでヘッドの保守を成すことができる。

【０１８８】符号２０６は、先の各実施例で説明したよ
うな各種、非記録媒体を搬送するための搬送手段を構成
する搬送ベルトである。搬送ベルト２０６は、各種ロー
ラにより所定の経路に引き回されており、モータドライ
バ３０５に接続された駆動用ローラにより駆動される。

【０１８９】本実施例のインクジェット記録システムに
おいては、記録を行う前後に被記録媒体に対して各種の
処理を行う前処理装置２５１および後処理装置２５２を
それぞれ被記録媒体搬送経路の上流と下流に設けてい
る。

【０１９０】前処理と後処理は、記録を行う被記録媒体
の種類やインクの種類に応じて、その処理内容が異なる
が、例えば、金属、プラスチック、セラミックス等の被
記録媒体に対しては、前処理として、紫外線とオゾンの
照射を行い、その表面を活性化することでインクの付着
性の向上を図ることができる。また、プラスチック等の
静電気を生じやすい被記録媒体においては、静電気によ
ってその表面にごみが付着しやすく、このごみによって
良好な記録が妨げられる場合がある。このため、前処理
としてイオナイザ装置を用い被記録媒体の静電気を除去
することで、被記録媒体からごみの除去を行うとよい。
また、被記録媒体として布帛を用いる場合には、滲み防
止、先着率の向上等の観点から布帛にアルカリ性物質、
水溶性物質、合成高分子、水溶性金属塩、尿素およびチ
オ尿素から選択される物質を付与する処理を前処理とし
て行えばよい。前処理としては、これらに限らず、被記
録媒体の温度を記録に適切な温度にする処理等であって
もよい。

【０１９１】一方、後処理は、インクが付与された被記
録媒体に対して熱処理、紫外線照射等によるインクの定
着を促進する定着処理や、前処理で付与し未反応で残っ
た処理剤を洗浄する処理等を行うものである。

【０１９２】なお、本実施例では、ヘッドとしてフルラ
インヘッドを用いて説明したが、これに限らず、前述し
たような小型のヘッドを被記録媒体の幅方向に搬送して
記録を行う形態のものであってもよい。

【０１９３】［ヘッドキット］以下に、本発明のインク
ジェットヘッドを有するインクジェットヘッドキットを
説明する。図２４は、このようなインクジェットヘッド
キットを示した模式図であり、このインクジェットヘッ
ドキットは、インクを吐出するインク吐出部５１１を有
する本発明のインクジェットヘッド５１０と、このヘッ
ドと不可分もしくは分離可能な液体容器であるインク容
器５２０と、このインク容器にインクを充填するための
インクを保持したインク充填手段とを、キット容器５０
１内に納めたものである。

【０１９４】インクを消費し終わった場合には、インク
容器の大気連通口５２１やインクジェットヘッドとの接
続部や、もしくはインク容器の壁に開けた穴などに、イ
ンク充填手段の挿入部（注射針等）５３１の一部を挿入
し、この挿入部を介してインク充填手段内のインクをイ
ンク容器内に充填すればよい。

【０１９５】このように、本発明のインクジェットヘッ
ドと、インク容器やインク充填手段等を一つのキット容
器内に納めてキットにすることで、インクが消費されて
しまっても前述のようにすぐに、また容易にインクをイ
ンク容器内に充填することができ、記録の開始を迅速に
行うことができる。

【０１９６】なお、本実施例のインクジェットヘッドキ
ットでは、インク充填手段が含まれるもので説明を行っ
たが、インクジェットヘッドキットとしては、インク充
填手段を持たず、インクが充填された分離可能タイプの
インク容器とヘッドとがキット容器５１０内に納められ
ている形態のものであってもよい。

【０１９７】また、図２４では、インク容器に対してイ
ンクを充填するインク充填手段のみを示しているが、イ
ンク容器の他に発泡液を発泡液容器に充填するための発
泡液充填手段をキット容器内に納めた形態のものであっ
てもよい。

【０１９８】

【発明の効果】本発明においては、特に、支点に近い側
に比べ、相対的に可動部材の自由端に近い側で変位方向
への流抵抗が小さくなっているため、自由端の動きが規
制されず、気泡の圧力伝搬方向や気泡の成長方向を効率
よく吐出口に導くことができる。又、繰り返し吐出時の
各吐出口間や複数の液流路間で極めて均一な吐出特性を
得ることができる。

【０１９９】上述したような、可動部材を用いる新規な
吐出原理に基づく本発明の液体吐出ヘッド等によると、
発生する気泡とこれによって変位する可動部材との相乗
効果を得ることができ、吐出口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吐出方法、
ヘッド等に比べて吐出効率を向上できる。また、上限ス
トッパによって可動部材の変位が規制されるため、可動
部材の剛性が低い場合には、過剰変位により気泡の成長
方向の圧力伝搬方向が吐出以外の方向や上流方向に向か
うのを抑制することができ、吐出効率の低下を防止する
ことができると共に、可動部材の過剰変位に起因する可
動部材への機械的ダメージを低減し、耐久性の向上を図
ることができる。

【０２００】また、本発明の特徴的な構成によれば、低
温や低湿で長期放置を行った場合であっても不吐出にな
ることを防止でき、仮に不吐出になっても予備吐出や吸
引回復といった回復処理をわずかに行うだけで正常状態
に即座に復帰できる利点もある。これに伴い、回復時間
の短縮や回復による液体の損失を低減でき、ランニング
コストも大幅に下げることが可能である。

【０２０１】また、特に本発明のリフィル特性を向上し
た構成によれば、連続吐出時の応答性、気泡の安定成
長、液滴の安定化を達成して、高速液体吐出による高速
記録また高画質記録を可能にすることができた。

【０２０２】また、２流路構成のヘッドにおいて発泡液
として、発泡しやすい液体や、発熱体上への堆積物（こ
げ等）が生じにくい液体を用いることで、吐出液の選択
の自由度が高くなり、発泡が生じにくい高粘性液体、発
熱体上に堆積物を生じやすい液体等、従来のバブルジェ
ット吐出方法で吐出することが困難であった液体につい
ても良好に吐出することができた。

【０２０３】さらに、熱に弱い液体等で吐出液体に悪影
響を与えず吐出することができた。

【０２０４】また、本発明の液体吐出ヘッドを記録用の
液体吐出記録ヘッドとして用いることで、さらに高画質
な記録を達成することができた。

【０２０５】また、本発明の液体吐出ヘッドを用い、液
体の吐出効率等がさらに向上した液体吐出装置や記録シ
ステム等を提供することができた。

【０２０６】また、本発明のヘッドカートリッジやヘッ
ドキットを用いることで、ヘッドの利用、再利用を容易
に成すことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）〜（ｄ）は、本発明に適用できる液体吐
出ヘッドの一例を用いて吐出原理を説明するための模式
断面図である。

【図２】図１（ａ）〜（ｄ）に示した液体吐出ヘッドの
部分破断斜視図である。

【図３】従来の液体吐出ヘッドにおける気泡からの圧力
伝搬を示す模式断面図である。

【図４】本発明に適用できる吐出原理における気泡から
の圧力伝搬を示す模式断面図である。

【図５】本発明に適用できる液体の流れを説明するため
の模式断面図である。

【図６】本発明の液体吐出ヘッドの第１の実施例の断面
図である。

【図７】本発明の液体吐出ヘッドの第２の実施例におけ
る可動部材に対する第２液流路のストッパ構造を示す断
面図である。

【図８】図７に示した液体吐出ヘッドの部分破断斜視図
である。

【図９】（ａ）および（ｂ）は、それぞれ本発明の液体
吐出ヘッドの第３の実施例の縦断面図である。

【図１０】（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ本発明の液体吐
出ヘッドの第３の実施例の変形例の縦断面図である。

【図１１】（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ本発明の液体吐
出ヘッドの第４の実施例の縦断面図である。

【図１２】（ａ）および（ｂ）は、それぞれ本発明の液
体吐出ヘッドの第４の実施例の変形例の要部縦断面図で
ある。

【図１３】（ａ）および（ｂ）は、それぞれ本発明の液
体吐出ヘッドの第４の実施例の変形例の要部縦断面図で
ある。

【図１４】（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ本発明の液体吐
出ヘッドの第５の実施例の変形例の要部縦断面図であ
る。

【図１５】（ａ）および（ｂ）は、それぞれ本発明の液
体吐出ヘッドの第５の実施例の要部を示す模式図であ
る。

【図１６】（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ可動部材の他の
形状を説明するための平面図である。

【図１７】（ａ）および（ｂ）は、それぞれ本発明の液
体吐出ヘッドの要部を説明するための縦断面図である。

【図１８】駆動パルスの形状を示す模式図である。

【図１９】本発明の液体吐出ヘッドの主要構成を説明す
るための模式的分解斜視図である。

【図２０】本発明の液体吐出ヘッドを搭載したヘッドカ
ートリッジを説明するための模式的分解斜視図である。

【図２１】本発明の液体吐出ヘッドを搭載できる液体吐
出装置の一例を示す概略斜視図である。

【図２２】本発明の液体吐出ヘッドを搭載できる液体吐
出装置を駆動するための装置ブロック図である。

【図２３】本発明の液体吐出ヘッドを用いたインクジェ
ット記録システムの構成を説明するための模式的斜視図
である。

【図２４】本発明の液体吐出ヘッドを有するヘッドキッ
トを示す模式図である。

【図２５】従来の液体吐出ヘッドの液流路構造を説明す
るための図であって、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は
断面図である。

【符号の説明】

１素子基板２発熱体３面積中心１０液流路１１気泡発生領域１２供給路１３共通液室１４第１液流路１５第１共通液室１６第２液流路１７第２共通液室１８吐出口１９狭窄部２０第１供給路２１第２供給路２２第１液流路壁２３第２液流路壁２４凸部３０分離壁３１可動部材３２自由端３３支点３４支持部材３５スリット３６気泡発生領域側壁３７気泡発生領域前壁４０気泡４５液滴５０溝付き部材５１オリフィスプレート６０ばね７０支持体８０供給部材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者中田佳恵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)発明者樫野俊雄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)発明者木村牧子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)発明者杉谷博志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)発明者池田雅実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 (56)参考文献特開平５−124189（ＪＰ，Ａ) 特開平６−31918（ＪＰ，Ａ) 特開平４−185447（ＪＰ，Ａ) 特開平６−71887（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B41J 2/05 B41J 2/175 B41J 2/21

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】液体を吐出する吐出口と、吐出口に連通
する液流路と、液体に気泡を発生させる気泡発生領域
と、前記気泡発生領域に面して配され、自由端と支点を
備えた可動部材とを有し、前記気泡発生部での気泡の発
生に基づく圧力によって前記可動部材を変位させ、該可
動部材の変位によって液体を前記吐出口から吐出する液
体吐出ヘッドであって、前記液流路には前記可動部材の変位を規制する上限スト
ッパが設けられていることを特徴とする液体吐出ヘッ
ド。
【請求項２】請求項１記載の液体吐出ヘッドにおい
て、前記液流路の高さが、前記可動部材の支点の直上よ
り前記可動部材の自由端の直上の方が高く形成され、前
記可動部材の支点の直上が前記上限ストッパを構成する
ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項３】請求項１記載の液体吐出ヘッドにおい
て、前記上限ストッパは、前記液流路の高さが、前記可
動部材の自由端に対向する位置から、前記支点に対向す
る位置までの間の少なくとも一部で、前記自由端に対向
する位置の高さより低くなっている部分によって構成さ
れていることを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項４】請求項２の液体吐出ヘッドにおいて、前
記流路形状は前記支点に対向する位置から前記自由端に
対向する位置の間で、前記自由端に対向する位置に向か
って液流路の高さが連続的に高くなる形状であることを
特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項５】請求項４の液体吐出ヘッドにおいて、前
記高さは直線的に変化していることを特徴とする液体吐
出ヘッド。
【請求項６】請求項４の液体吐出ヘッドにおいて、前
記高さは曲線的に変化していることを特徴とする液体吐
出ヘッド。
【請求項７】請求項２の液体吐出ヘッドにおいて、前
記液流路を吐出口側から見た形状と前記可動部材が変位
したときに吐出口側から見た形状とが相似形であること
を特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項８】請求項１，２もしくは３のいずれかの項
に記載の液体吐出ヘッドにおいて、前記可動部材が変位
したときに、前記可動部材の一部が前記液流路を構成す
る壁の一部と接することを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項９】請求項１の液体吐出ヘッドにおいて、前
記変位によって前記気泡を吐出口に向かう上流よりも下
流に大きく膨張させて前記可動部材を変位させることを
特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項１０】請求項１，２もしくは３のいずれかの
項に記載の液体吐出ヘッドにおいて、前記可動部材に面
した位置に発熱体が設けられており、該可動部材と該発
熱体との間が前記気泡発生領域であることを特徴とする
液体吐出ヘッド。
【請求項１１】請求項１，２もしくは３のいずれかの
項に記載の液体吐出ヘッドにおいて、前記可動部材は、
支点と、該支点より下流側に位置する自由端であること
を特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項１２】請求項１０の液体吐出ヘッドにおい
て、前記液流路は、前記発熱体に沿った該発熱体より上
流から前記発熱体上に液体を供給するための供給路を有
することを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項１３】請求項１２の液体吐出ヘッドにおい
て、前記供給路は、前記発熱体より上流側に実質的に平
坦、もしくはなだらかな内壁を有し、該内壁に沿って液
体を前記発熱体上に供給する供給路であることを特徴と
する液体吐出ヘッド。
【請求項１４】請求項１０の液体吐出ヘッドにおい
て、前記可動部材の前記発熱体に近い面に沿った上流か
ら前記発熱体上に液体を供給するための液流路を有する
ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項１５】請求項１０の液体吐出ヘッドにおい
て、前記可動部材の前記発熱体に近い面に沿った上流側
から前記発熱体上に液体を供給する供給路を有すること
を特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項１６】請求項２記載の液体吐出ヘッドにおい
て、前記液流路は、吐出口に連通した第１の液流路と、液体に熱を加えることで該液体に気泡を発生させる気泡
発生領域を有する第２の液流路と、からなり、前記可動部は、前記第１の液流路と前記気泡発生領域と
の間に配され、吐出口側に自由端を有し、前記気泡発生
領域内での気泡の発生による圧力に基づいて該自由端を
前記第１の液流路側に変位させて前記圧力を前記第１の
液流路の吐出口側に導くよう構成されることを特徴とす
る液体吐出ヘッド。
【請求項１７】請求項３記載の液体吐出ヘッドにおい
て、前記液流路は、吐出口に連通した第１の液流路と、液体に熱を加えることで該液体に気泡を発生させる気泡
発生領域を有する第２の液流路と、からなり、前記可動部材は、前記第１の液流路と前記気泡発生領域
との間に配され、吐出口側に自由端を有し、前記気泡発
生領域内での気泡の発生による圧力に基づいて該自由端
を前記第１の液流路側に変位させて前記圧力を前記第１
の液流路の吐出口側に導くよう構成され、前記第１の液流路の高さは、前記自由端に対向する位置
から、前記支点に対向する位置まで間の少なくとも一部
で、前記自由端に対向する位置の高さより低くなってい
ることを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項１８】請求項１６もしくは１７の液体吐出ヘ
ッドにおいて、前記流路形状は前記支点に対向する位置
から前記自由端に対向する位置の間で、前記自由端に対
向する位置に向かって液流路の高さが連続的に高くなる
形状であることを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項１９】請求項１８の液体吐出ヘッドにおい
て、前記高さは直線的に変化していることを特徴とする
液体吐出ヘッド。
【請求項２０】請求項１８の液体吐出ヘッドにおい
て、前記高さは曲線的に変化していることを特徴とする
液体吐出ヘッド。
【請求項２１】請求項１６もしくは１７の液体吐出ヘ
ッドにおいて、前記液流路を吐出口側から見た形状と前
記可動部材が変位したときに吐出口側から見た形状とが
相似形であることを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項２２】請求項１６もしくは１７の液体吐出ヘ
ッドにおいて、前記可動部材が変位したときに、前記可
動部材の一部が前記液流路の天井と接することを特徴と
する液体吐出ヘッド。
【請求項２３】請求項１６もしくは１７の液体吐出ヘ
ッドにおいて、前記可動部材に面した位置に発熱体が設
けられており、該可動部材と該発熱体との間が前記気泡
発生領域であることを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項２４】請求項２３の液体吐出ヘッドにおい
て、前記第２の液流路は、前記発熱体より上流側に実質
的に平坦、もしくはなだらかな内壁を有し、該内壁に沿
って液体を前記発熱体上に供給する液流路であることを
特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項２５】請求項１，２，３，１６、もしくは１
７のいずれかの項に記載の液体吐出ヘッドにおいて、前
記可動部材は板状であることを特徴とする液体吐出ヘッ
ド。
【請求項２６】請求項２５の液体吐出ヘッドにおい
て、前記発熱体の全面が前記可動部材に面していること
を特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項２７】請求項２５の液体吐出ヘッドにおい
て、前記可動部材の総面積が前記発熱体の総面積より大
であることを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項２８】請求項２５の液体吐出ヘッドにおい
て、前記可動部材の支点が前記発熱体の直上から外れた
位置に配されていることを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項２９】請求項２５の液体吐出ヘッドにおい
て、前記可動部材の自由端は前記発熱体が配された液流
路を実質的に直交する形状を有することを特徴とする液
体吐出ヘッド。
【請求項３０】請求項２５の液体吐出ヘッドにおい
て、前記可動部材の前記自由端は前記発熱体より吐出口
に近い位置に配されていることを特徴とする液体吐出ヘ
ッド。
【請求項３１】請求項２５の液体吐出ヘッドにおい
て、前記可動部材は前記第１流路と第２流路との間に配
された分離壁の一部として構成されていることを特徴と
する液体吐出ヘッド。
【請求項３２】請求項３１の液体吐出ヘッドにおい
て、前記分離壁は、金属、樹脂、もしくはセラミックス
で構成されていることを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項３３】請求項１６もしくは１７の液体吐出ヘ
ッドにおいて、前記第１の液流路の複数に第１の液体を
供給するための第１の共通液室と、前記第２の液流路の
複数に第２の液体を供給するための第２の共通液室とが
配されていることを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項３４】請求項１６もしくは１７の液体吐出ヘ
ッドにおいて、前記第１の液流路に供給される液体と前
記第２の液流路に供給される液体とが同じ液体であるこ
とを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項３５】請求項１６もしくは１７の液体吐出ヘ
ッドにおいて、前記第１の液流路に供給される液体と前
記第２の液流路に供給される液体とが異なる液体である
ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項３６】請求項１０の液体吐出ヘッドにおい
て、前記発熱体は電気信号を受けることで熱を発生する
発熱抵抗体を有する電気熱変換体であることを特徴とす
る液体吐出ヘッド。
【請求項３７】請求項２３の液体吐出ヘッドにおい
て、前記発熱体は電気信号を受けることで熱を発生する
発熱抵抗体を有する電気熱変換体であることを特徴とす
る液体吐出ヘッド。
【請求項３８】請求項２３の液体吐出ヘッド、前記発
熱体が配された部分の前記第２液流路の形状は、室形状
であることを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項３９】請求項２３の液体吐出ヘッド、該第２
流路の形状は、発熱体の上流で狭窄部を有する形状であ
ることを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項４０】請求項２３の液体吐出ヘッドにおい
て、前記発熱体の表面から前記可動部材までの距離が３
０μｍ以下であることを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項４１】請求項１６もしくは１７の液体吐出ヘ
ッドにおいて、前記吐出口から吐出される液体はインク
であることを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項４２】請求項１，２，１６、もしくは１７の
いずれかの項に記載の液体吐出ヘッドと、該液体吐出ヘ
ッドに供給される液体を保持する液体容器とを有するこ
とを特徴とするヘッドカートリッジ。
【請求項４３】請求項４２のヘッドカートリッジにお
いて、前記液体吐出ヘッドと、前記液体容器とは分離可
能であることを特徴とするヘッドカートリッジ。
【請求項４４】請求項１，２，３，１６、もしくは１
７のいずれかの項に記載の液体吐出ヘッドと、該液体吐
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し、気泡の発生によって記録
液体を吐出することを特徴とする液体吐出装置。
【請求項４５】請求項４２の液体吐出装置において、
前記液体吐出ヘッドからインクを吐出し、記録紙、布
帛、プラスチック、金属、木材、皮革のいずれかにイン
クを付着させることで記録を行うことを特徴とする液体
吐出装置。
【請求項４６】請求項４２の液体吐出装置において、
前記液体吐出ヘッドから複数色の記録液体を吐出し、被
記録媒体に前記複数色の記録液体を付着させることでカ
ラー記録を行うことを特徴とする液体吐出装置。
【請求項４７】請求項４２の液体吐出装置において、
前記吐出口が被記録媒体の記録可能領域の前幅に渡っ
て、複数配されていることを特徴とする液体吐出装置。
【請求項４８】請求項４２に記載の液体吐出装置と、
記録後の被記録媒体に対して、前記液体の定着を促す前
処理装置もしくは後処理装置とを有することを特徴とす
る記録システム。
【請求項４９】請求項１，２，３，１６、もしくは１
７のいずれかの項に記載の液体吐出ヘッドと、該液体吐
出ヘッドから吐出された液体を受ける被記録媒体を搬送
する被記録媒体搬送手段とを有することを特徴とする液
体吐出装置。
【請求項５０】請求項４９に記載の液体吐出装置と、
記録後の被記録媒体に対して、前記液体の定着を促す前
処理もしくは後処理装置とを有することを特徴とする記
録システム。
【請求項５１】請求項４９の液体吐出装置において、
前記液体吐出ヘッドからインクを吐出し、記録紙にイン
クを付着させることで記録を行うことを特徴とする液体
吐出装置。
【請求項５２】請求項４９の液体吐出装置において、
前記液体吐出ヘッドからインクを吐出し、記録紙にイン
クを付着させることで記録を行うことを特徴とする液体
吐出装置。
【請求項５３】請求項４９の液体吐出装置において、
前記液体吐出ヘッドから複数色の記録液体を吐出し、被
記録媒体に前記複数色の記録液体を付着させることでカ
ラー記録を行うことを特徴とする液体吐出装置。
【請求項５４】請求項１，２，３，１６、もしくは１
７のいずれかの項に記載の液体吐出ヘッドと、該液体吐
出ヘッドに供給される液体を保持した液体容器とを内包
していることを特徴とするヘッドキット。
【請求項５５】請求項１，２，３，１６，もしくは１
７のいずれかに記載の液体吐出ヘッドと、該液体吐出ヘ
ッドに供給される液体を保持する液体容器と、該液体容
器に対して液体を充填するための液体充填手段とを有す
ることを特徴とするヘッドキット。