JP3472293B2

JP3472293B2 - 液体吐出ヘッド

Info

Publication number: JP3472293B2
Application number: JP2003112030A
Authority: JP
Inventors: 牧子木村; 佳恵中田; 博志杉谷; 雅実池田; 俊雄樫野; 猛史岡崎; 文吉平; 清光工藤
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1995-01-13
Filing date: 2003-04-16
Publication date: 2003-12-02
Anticipated expiration: 2016-01-16
Also published as: JP2003266701A

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関する。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。

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

【０００４】

【従来の技術】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（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（登録商標）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。

【０００５】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（登録商標）記録方法は近
年、プリンター、複写機、ファクシミリ等の多くのオフ
ィス機器に利用されており、さらに、捺染装置等の産業
用システムにまで利用されるようになってきている。

【０００６】このようにバブルジェット（登録商標）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。

【０００７】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。

【０００８】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。

【０００９】この流路形状の内、流路構造として図２８
（ａ），（ｂ）に示すものが、特許文献１等に記載され
ている。これらの特許文献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。

【００１０】図２８（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２８（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。

【００１１】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。

【００１２】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２８（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。

【００１３】他方、バブルジェット（登録商標）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。

【００１４】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、特許文献２ないし
４等の特許文献に開示されている。これらの特許文献で
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。

【００１５】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、かえって吐出効率や吐出力が低下
してしまった。

【００１６】

【特許文献１】特開昭６３−１９９９７２号公報

【特許文献２】特開昭６１−６９４６７号公報

【特許文献３】特開昭５５−８１１７２号公報

【特許文献４】米国特許第４，４８０，２５９号明細書

【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】また、一方、可動部材の配置と液供給路の
構造を考慮することで、リフィル速度を大幅に向上させ
ることができることがわかった。

【００２３】また、発明者らは、これら３つの技術解析
に加え、さらに第４の技術解析として、可動部材を持つ
液体吐出ヘッドの一連の動作原理の中での、可動部材と
消泡との関連について検討、解析を行うことによって本
発明に至った。

【００２４】つまり、可動部材の初期位置より下方（気
泡発生領域側）に可動部材の自由端部が過剰に変位する
ことを規制することで、可動部材の耐久性を飛躍的に向
上させることが可能であることがわかった。

【００２５】発明者らは、このように研究で得られた知
見および、特に第４の技術解析の観点から可動部材の耐
久性の向上についての本発明を成すに至った。

【００２６】本発明の主たる目的は以下の通りである。

【００２７】本発明の第１の目的は、気泡と可動部材を
使って液滴を吐出する方法において、可動部材の変位に
関する新規な構造を提供することにある。

【００２８】本発明の第２の目的は、第１の目的に加え
て、発生した気泡を根本的に制御することで極めて新規
な液体吐出原理を提供することにある。

【００２９】本発明の第３の目的は、吐出効率、吐出圧
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方法、液体
吐出ヘッド等を提供することにある。

【００３０】本発明の第４の目的は、バック波による液
体供給方向とは逆方向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。

【００３１】加えて、本発明の第５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、吐出効率や吐出力が十分に高い液体吐
出方法、液体吐出ヘッド等を提供することにある。

【００３２】また、本発明の第６の目的は、可動部材の
過剰な振動の振幅を所望の範囲で規制することで、可動
部材の耐久性をさらに向上させた液体吐出方法、液体吐
出ヘッドを提供することにある。

【００３３】また、本発明の第７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方法、液体吐出ヘ
ッド等を提供することにある。

【００３４】

【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液体吐出ヘッドは、液体を吐出する
吐出口と、液体に気泡を発生させるための発熱体が配さ
れた気泡発生領域と、前記発熱体と距離を隔てて前記気
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、前記気泡発生領域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、気泡が発生する前の前記可動部材の位
置を第１の位置としたとき、前記可動部材の少なくとも
自由端領域が接することで、前記可動部材の前記自由端
領域が前記第１の位置を越えて前記気泡発生領域に変位
することを規制する規制手段を有することを特徴とす
る。

【００３５】もしくは、本発明の液体吐出ヘッドは、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ための発熱体が配された気
泡発生領域を有する第２の液流路と、前記第１の液流路
と前記気泡発生領域との間に前記発熱体と距離を隔てて
配され、吐出口間に自由端を有し、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
の吐出口側に導く可動部材と、前記可動部材の少なくと
も自由端領域が接することで、前記可動部材の前記自由
端領域が前記気泡発生領域に変位することを規制する規
制手段と、を有することを特徴とする。

【００３６】以上のような構成の本発明においては、可
動部材の自由端部が第１位置を越えて気泡発生領域側
（発熱体に近い側）へ過剰な変位をすることを抑えるこ
とができるので、可動部材の耐久性の向上を図ることが
できた。

【００３７】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（登録商標）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。

【００３８】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。

【００３９】具体的には６４個の吐出口をもつ従来のバ
ブルジェット（登録商標）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。

【００４０】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。

【００４１】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。

【００４２】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。

【００４３】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。

【００４４】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。

【００４５】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。

【００４６】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。

【００４７】

【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。

【００４８】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。

【００４９】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。

【００５０】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。

【００５１】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。

【００５２】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。

【００５３】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。

【００５４】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。

【００５５】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。

【００５６】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。

【００５７】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。

【００５８】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。

【００５９】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。

【００６０】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。

【００６１】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。

【００６２】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。

【００６３】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。

【００６４】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。

【００６５】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。

【００６６】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。

【００６７】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）。

【００６８】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。

【００６９】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１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。

【００７０】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。

【００７１】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。

【００７２】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
の抑制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。

【００７３】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。発熱体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。

【００７４】次に、本実施例の更なる特徴的な構造と効
果について、以下に説明する。

【００７５】本実施例の第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。

【００７６】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ＶＤ２
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。

【００７７】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。

【００７８】補足すれば、本構成においては、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。

【００７９】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。

【００８０】以下、図面を参照して本発明の実施例につ
いて説明する。＜実施例１＞図６に本発明の第１の実施例を示す。図６
において、Ａは可動部材が上方に変位している状態を示
し（気泡は図示せず）、Ｂは可動部材が初期位置（第１
位置）の状態を示し、このＢの状態をもって、発泡領域
１１を吐出口１８に対して実質的に密閉しているとす
る。（ここでは、図示しないていないがＡ，Ｂ間には流
路壁があり流路と流路とを分離している。）図６における可動部材３１は土台３４を側部に２点設
け、その間に液供給路１２を設けている。これにより、
可動部材の発熱体側の面に沿って、また、発熱体の面と
実質的に平坦もしくは、なだらかにつながる面を持つ液
供給路から液体の供給を成すことができる。

【００８１】ここで、可動部材３１の初期位置（第１位
置）では、可動部材３１は発熱体２の下流側および横方
向に配された発熱体下流壁３６と発熱体側壁３７に近接
または密着しており、気泡発生領域１１の吐出口１８側
に実質的に密閉されている。このため、発泡時の気泡の
圧力、特に気泡の下流側の圧力を逃さず、可動部材の自
由端側に集中的に作用させることができる。

【００８２】また、消泡時には、可動部材３１は第１位
置に戻り、発熱体上への消泡時の液供給は気泡発生領域
１１の吐出口側が実質的に密閉状態になるため、メニス
カスの後退抑制等、先の原理説明の欄で説明した種々の
効果を得ることができる。また、リフィルに関する効果
においても先の原理説明と同様の機能、効果を得ること
ができる。

【００８３】特に、本実施例においては、可動部材が第
２の位置から第１の位置に復帰する際、可動部材の自由
端領域が第１の位置からさらに気泡発生領域内に入り込
む（発熱体にさらに近づく）ような、下方への変位を抑
制する抑制手段（発熱体下流壁３６、発熱体側壁３７）
を有している。このため、過剰な可動部材の下方変位が
規制され、可動部材の耐久性をさらに向上させることが
できる。

【００８４】ここで、本発明の特徴を図７を用いてさら
に詳しく説明する。

【００８５】図７は、図６の液体吐出ヘッドの液流路１
０を気泡発生領域１１を通る位置で切断し、動作順に示
した断面模式図である。

【００８６】図７（ａ）は、動作前の状態であり、可動
部材が第１位置（初期位置）にある。このとき可動部材
の自由端領域は、上述の規制手段と接しており、可動部
材の自由端が下方に変位することが物理的に規制されて
いる。

【００８７】図７（ｂ）は、発熱体を発熱させ、前述し
たように可動部材３１が発生した気泡の圧力によって変
位している状態を示している。ついで、消泡が始まる
と、気泡の収縮に伴う圧力や可動部材自身のバネ性によ
る復帰力によって、図７（ｃ）のように可動部材は第１
位置に復帰する。

【００８８】このとき、可動部材の自由端領域は前述規
制手段によって、下方への変位が抑止されるため、可動
部材の自由端領域の下方変位が抑えられる。また、規制
手段を兼ねた発熱体下流壁３６や発熱体側壁３７と可動
部材３１とで気泡発生領域１１が液流路の吐出口側の領
域から実質上の密閉の状態に成っているため、引続き生
じる気泡の収縮（図７（ｄ））によって、気泡発生領域
の負圧が高まり、体積減少によってリフィルされるた
め、可動部材の変形が抑えられる。

【００８９】また、本実施例においては、図２や図６の
ように、可動部材３１を支持固定する土台３４を発熱体
２より離れた上流に設けると共に、液流路１０より、小
さな幅の土台３４とすることで前述のような液供給路１
２への液体の供給を行っている。また土台３４の形状の
これに限らず、リフィルをスムースに行えるものであれ
ばよい。

【００９０】なお、本実施例においては、可動部材３１
と発熱体２の間隔を１５μｍ程度としたが、気泡の発生
に基づく圧力が十分に可動部材に伝わる範囲であればよ
い。

【００９１】以上のように、本実施例では、発熱体下流
壁３６や発熱体側壁３７等の規制手段によって可動部材
３１、特に自由端領域が第１位置より下方への変位を規
制することで、前述のように液体のリフィルの効率を高
めるだけでなく、可動部材の自由端領域の変位を主とし
て第１位置より、上方変位のみにすることができる。

【００９２】このことで、支点部の曲げ応力による歪み
を一方向成分に集約できるため、可動部材の耐久性を飛
躍的に向上させることが可能となった。＜実施例２＞図８は、本実施例の液体吐出ヘッドの流路
の模式的構成を説明するためのもので、（ａ）は第１の
液流路１４、可動部材３１、および第２の液流路１６と
の配置関係を説明するための平面図、（ｂ）は（ａ）の
ＶＡ−ＶＡ１線に沿う断面図、（ｃ）はＶＢ−ＶＢ１線
に沿う断面図である。

【００９３】第２の液流路１６は発熱体２の上流で狭窄
部１９を持っており、発泡時の圧力が第２の液流路４を
伝って逃げることを抑制するような室（発泡室）構造と
なっている。従来のように、可動部材のない液体吐出ヘ
ッドで、発熱体より液室側に発生した圧力が共通液室側
に逃げないように狭窄部を設ける場合には、吐出する液
体のリフィルを充分考慮して、狭窄部における流路断面
積があまり小さくならない構成を採る必要があった。

【００９４】しかし、本発明の場合、吐出される液体の
ほとんどは第１の液流路１４内の液体であり、発熱体２
が設けられた第２の液流路１６内の液体はあまり消費さ
れないため、発泡に寄与するだけの液体が第２の液流路
１６の気泡発生領域へ充填されれば良い。従って、上述
の狭窄部１９における問隔を数μｍ〜十数μｍと非常に
狭くでき、第２の液流路１６で発生した発泡時の圧力を
あまり周囲に逃がすことがなく、集中して可動部材３１
側に向けることができる。この結果、この圧力を可動部
材３１を介して吐出圧力として利用するので、より高い
吐出効率、吐出を得ることができる。

【００９５】但し、第２の液流路１６の形状は上述の構
造に限られるものではなく、気泡発生に伴う圧力が効果
的に可動部材側に伝えられる形状であればよい。

【００９６】この図８（ｃ）では、発熱体２の幅をＨ
１、第２の液流路１６の幅をＨ２、そして可動部材３１
の幅をＨ３とすると、Ｈ２＞Ｈ１＞Ｈ３の関係であり、図８（ｃ）の位置では可動部材３１の下
方変位を規制するものはない。しかし、片持梁状可動部
材３１の自由端部の直下にある第２の液流路１６の部分
が、先細り（テーパ状）となっているため、可動部材３
１はその自由端３２近傍の縁部によって、第１位置に復
帰する際に第２の液流路壁２３に接する。

【００９７】この規制手段を兼ねた第２の液流路壁２３
によって自由端部の下方変位を規制することが可能とな
り、前述した如く、可動部材３１の耐久性の向上を図り
つつ、吐出効率やリフィル性を高めることが可能となっ
た。＜実施例３＞図９（ａ）は、上述の第１の液流路１４、
可動部材３１、および第２の液流路１６との配置関係を
説明するための平面図であり、（ｂ）は（ａ）のIV−IV
１線に沿う断面図である。

【００９８】ここで、可動部材３１が自然な状態（すな
わち、可動壁の非動作時の状態）にある位置を第１位置
とする。可動部材３１が第１位置にある場合、可動部材
３１の縁部の少なくとも一部（本実施例では、側部およ
び自由端部の一部）は、各第２の液流路１６を構成する
液流路壁２３上に接する。そのため、初期位置から矢印
Ａ方向に変位した可動部材が再び初期位置に戻る際、流
路壁２３が障害となるため第２の液流路１６側に入り込
むことがない。また、この実施例では、可動部材の幅を
ヒータの幅よりも広く設定している。したがって、図に
示すように、発熱体２の幅をＨ１、第２の液流路の幅を
Ｈ２、そして可動部材３１の幅をＨ３とすると、Ｈ３＞Ｈ２となっている。またこれに加えてＨ２＞Ｈ１とすること
で、組み立て上の位置ズレに対するマージンを向上する
ことができる。

【００９９】本実施例は、上記関係を満足することによ
って、可動部材の初期位置への復帰を安定化させるとと
もに、従来のものと比較してより一層安定した吐出状態
が達成可能となり、また吐出効率、耐久面共に従来のも
のよりも顕著にすぐれた液体吐出ヘッドが得られた。＜実施例４＞図１０、図１１は本発明の第４の実施例を
説明するための図である。

【０１００】図１０（ａ）は、可動部材３１、第２液流
路１６、発熱体２の配置関係を示した平面図である。図
１０（ｂ）は、図１０（ａ）のＡ−Ａ´断面図であり、
可動部材３１は初期位置にある。

【０１０１】図１１は、図１０におけるＢ−Ｂ´方向で
の断面図であり、吐出口位置から共通液室までの断面図
を示している。

【０１０２】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、発泡用の第２液流路１６があ
り、その上に吐出口に直接連通した吐出液用の第１液流
路１４が配されている。

【０１０３】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１７に連通している。

【０１０４】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。

【０１０５】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
持たせなくなくてもよい。

【０１０６】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１１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３
５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）。図１１において
も、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。

【０１０７】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、先の実施例と
同様である。

【０１０８】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。

【０１０９】特に本実施例においては、可動部材の両端
部および自由端部の全てが、可動部材３１が初期位置の
とき第２液流路の壁に接する構成となっており、可動部
材が初期位置にあるとき、第２液流路１６の気泡発生領
域１１と第１の液流路１４とが実質的に密閉された状態
になっている。本構成においては、可動部材３１の下方
変位が、全領域で規制されるため、支点の曲げ応力を一
方向にさらに集約できるため、可動部材の耐久性を向上
させることが可能となった。

【０１１０】また、可動部材の全周が第２液流路１６を
構成する壁２３と接しているため、発泡による圧力を隙
間から第１液流路側に逃がすことなく、より集中して可
動部材に作用させることができる。これにより、吐出効
率や吐出力がさらに高い液体吐出ヘッドを得ることが可
能となった。

【０１１１】さらに、可動部材を有する分離壁を共通液
室まで延在させ、２つの共通液室１５、１７に共通液室
を分離した図１１のような形態の液体吐出ヘッドにおい
ては、第１液流路１４と第２液流路１６とに異なる液体
を供給して、主として吐出される液体と、気泡を発生さ
せる液体とを別液体とすることで発泡が困難な液体や熱
に弱い液体等をも良好に吐出することが可能となる。

【０１１２】本実施例においては、前述のように可動部
材の初期位置で、第１液流路１４と第２液流路との液体
の流通を実質的に密閉することができるので、非動作時
における２液の拡散の防止を行うことも可能となった。

【０１１３】本実施例は、可動部材の変位に伴う発泡圧
力の伝搬、気泡の成長方向、バック波の防止等に関する
主要部分の作用や効果については先の実施例等と同じで
あるが、本実施例のような２流路構成をとることによっ
て、さらに次のような長所がある。

【０１１４】すなわち、上述の実施例の構成によると、
吐出液と発泡液とを別液体とし、発泡液の発泡で生じた
圧力によって吐出液を吐出することができる。このため
従来、熱を加えても発泡が十分に行われにくく吐出力が
不十分であったポリエチレングリコール等の高粘度の液
体であっても、この液体を第１の液流路３に供給し、発
泡液に発泡が良好に行われる液体（エタノール：水＝
４：６の混合液、l 〜２ｃＰ程度等）を第２の液流路４
に供給することで良好に吐出させることができる。

【０１１５】また、発泡液として熱を受けても発熱体の
表面にコゲ等の堆積物を生じない液体を選択すること
で、発泡を安定化し、良好な吐出を行うことができる。

【０１１６】さらに、本発明のへッドの構造においては
先の実施例で説明したような効果をも生じるため、さら
に高吐出効率、高吐出力で高粘性液体等の液体を吐出す
ることができる。

【０１１７】また、加熱に弱い液体の場合であっても、
この液体を第１の液流路３に吐出液として供給し、第２
の液流路４で熱的に変質しにくく良好に発泡を生じる液
体を供給すれば、加熱に弱い液体に熱的な害を与えるこ
となく、しかも上述のように高吐出効率、高吐出力で吐
出することができる。＜実施例５＞図１２は、本実施例の液体吐出ヘッドの流
路の模式的構成を説明するための幅方向断面図で、
（ａ）は駆動パルスＯＮでもって可動部材が変位する場
合、（ｂ）は駆動パルスＯＦＦでもって可動部材が変位
した位置から自然位置へ復帰する場合を示す。この図に
示すように、可動部材３１の幅方向に沿った断面形状
は、逆台形状となっている。また、可動部材３１の断面
形状に合わせて、分離壁３０に形成されたスリット３５
の端部は斜面を有する。すなわち、第２の液流路１６側
の幅３１ａは、第１の液流路１４側の幅３１ｂよりも小
さくなっている。一方、第１の液流路１４側の幅３１ｂ
は、分離壁スリット３５の第１の液流路１４側の幅３５
ｂよりも小さく、かつ第２の液流路１６側の幅３５ａよ
りも大きい寸法になっている。したがって、３１ｂ≧３
５ａの関係を持っている。

【０１１８】可動部材が初期位置に戻る際に、第２流路
内の負圧と可動部材自身の復帰力とによって下方へ変位
しようとするが、本実施例では、可動部材側部の斜面
と、これに対向する分離壁の斜面とが当接することで可
動部材の下方への変位を規制している。本実施例におけ
る下方変位は、可動部材３１の厚さの範囲内での変位で
止めるため、可動部材の自由端のストッパを持っていな
い構造に対しても、可動部材の耐久性の向上を図ること
ができる。自由端側も、本実施例と同様に斜面で構成し
た場合でも、同様の効果を得ることができる。また、本
実施例においては可動部材３１の第２の液流路１６側へ
の侵入を分離壁３０自体によって抑えることができるた
め、製造工程の簡略化をも図ることができる。＜参考例＞図１３は、本発明に関連する参考例としての
液体吐出ヘッドの流路の模式的構成を説明するための幅
方向断面図で、（ａ）は発熱体２に駆動パルスＯＮが加
えられて可動部材が第１の液流路側に変位し始める場
合、（ｂ）は駆動パルスがＯＦＦとなって可動部材が変
位した位置から第１位置へ復帰した場合を示す。この参
考例の可動部材は、第１の液流路１４側の面が平坦で、
第２の液流路１６側の面が凸部を有する形状となってい
る。この凸部の高さは、ノズル分離壁３０の高さＨ９よ
りも低く形成されている。

【０１１９】したがって、凸部を有する可動部材３１
は、駆動パルスが加えられることで、ヒーター２上に発
生した気泡により矢印方向に変位する（図１３
（ａ））。

【０１２０】その後、駆動パルスがＯＦＦされてから気
泡は消滅し、可動部材３１が第１位置に復帰してスリッ
ト３５を形成する。その際可動部材３１は、消泡による
負圧と可動部材自身の復帰で第２の液流路１６側に侵入
しようとするが、可動部材３１に形成された凸部によっ
て、第２の液流路１６側に変位することなく可動部材の
厚みの範囲内で第１位置に下限が規制される（図１３
（ｂ））。＜実施例６＞図１４は、本実施例の液体吐出ヘッドの流
路の模式的構成を説明するための長手方向断面図であ
る。この図では、ヒータ２が発熱して第２の液体に気泡
が生じて該気泡による可動部材３１の変位が起こった状
態が示されている。

【０１２１】この実施例の基本的構成は実施例４と同じ
であるけれども、本実施例では、可動部材の自由端３２
が発熱体２より前方に配されていることが特徴で、可動
部材３１の自由端側縁部近傍が当接する第２の液流路を
構成する流路壁２３の第１の液流路１４側の面上に複数
の凸部２４が設けられている点が異なる。これらの凸部
２４は可動部材３１が流路壁２３と当接する際に、可動
部材３１が流路壁２３に張り付くのを防止するためのも
のである。もちろん、このような凸部２４は、可動部材
３１の自由端側縁部近傍（自由端部）に対向した部分に
限定されることなく、他の部分であってもよく、もちろ
ん可動部材３１側に設けてもよい。また、自由端の上方
の流路天井を支点部より高くして、可動部材の変位量を
大きくしつつ、過剰変位を防ぐ構造にした。なお、この
ような流路形状は、本実施例に限られたものではなく、
他の実施例においても、同様に可動部材の耐久性を向上
する効果を得ることができる。＜実施例７＞図１５は、本実施例の液体吐出ヘッドの流
路の模式的構成を説明するための平面模式図である。図
中、参照符号１２は発熱体、１６は第２の液流路、２３
は流路壁、２４は凸部である。

【０１２２】この実施例では、実施例６と同様に、可動
部材３１の自由端側縁部近傍（自由端部）が当接する流
路壁２３の第１の液流路１４側の面上に複数の凸部２４
が設けられている。また、第２の液流路１６の形状は流
路壁２３によって限定され、狭窄部１９が形成され、さ
らに流路壁２３の一部分が切欠されており、各液流路１
６間が先端部で連通するための連通口２５が形成されて
いる。このように配置された流路壁２３および第２の液
流路１６上に、可動部材３１の先端が流路壁２３に当接
するようにして、該可動部材３１が形成された分離壁
（Ｎｉ板）３０が積層される。＜実施例８＞図１６は、本実施例の液体吐出ヘッドの流
路の模式的構成を説明するための平面模式図である。こ
の実施例では、実施例７の第２流路の連通口２５の形状
をＶ字型とすることによって隣接の流路との距離が長く
なり、クロストークに対し効果が高まる。

【０１２３】以上の各実施例および参考例から明らかな
ように、本発明は第１位置より気泡発生領域へ（発熱体
側に近い方へ）の可動部材の自由端部の変位（下方変
位）を規制することによって、可動部材の支点部の応力
を一方向成分に集約できるため、可動部材の耐久性が飛
躍的に向上できた。

【０１２４】また、メニスカス振動を最小限に抑えるこ
とができ、消泡時の気泡発生領域の負圧をリフィルに有
効に作用させることができるので、より高速なリフィル
を達成することができる。

【０１２５】また、規制手段と第１位置にある可動部材
とが接するか、もしくは、わずかな隙間を持つ位置にあ
るようにして密閉状態としているため、発生した気泡が
可動部材の変位前にスリットから逃げることがなく、集
中して可動部材に作用するため吐出効率や、吐出力の高
い液体吐出ヘッド等を得ることができる。

【０１２６】また、上記効果に加えさらに、可動部材が
第１の位置にあるとき、可動部材の両側部および自由端
部の全領域を第２液流路の壁に当接させることで、第１
液流路と第２液流路に異なる液体を供給する構成では、
可動部材の下方変位による混液の防止と、非動作時にお
ける拡散防止とを図ることも可能となった。

【０１２７】また、可動部断面形状をテーパー形状や、
凸部を持つ形状とすることで同様に可動部材の第２の液
流路側への変位を規制することが可能となる。

【０１２８】さらに、可動部材と第２の液流路の流路壁
との当接面に複数の凸部を設けたり、粗面とすることに
よって可動部材と流路壁とが張り付くことを防止するこ
とができる。

【０１２９】また、２流路構成で異なる液体を各流路に
供給する形態では、第１の液体（吐出インク）の第２の
液体（発泡液）への混入を防止できるため、ヒーター上
の吐出インクによるこげの発生を防止できるため、吐出
の安定した機能分離吐出ヘッドを提供することが可能と
なる。（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。（液流路の天井形状）図１７は本発明に適用されている
液体吐出ヘッドの流路方向断面図であるが、第１液流路
１４（もしくは図２における液流路１０）を構成するた
めの溝が設けられた溝付き部材５０が分離壁３０上に設
けられている。本実施例においては可動部材の自由端３
２位置近傍の流路天井の高さが高くなっており、可動部
材の動作角度θをより大きくとれるようにしている。こ
の可動部材の動作範囲は、液流路の構造、可動部材の耐
久性や発泡力等を考慮して決定すればよいが、吐出口の
軸方向の角度を含む角度まで動作することが望ましいと
考えられる。

【０１３０】また、この図で示されるように吐出口の直
径より可動部材の自由端の変位を高くすることで、より
十分な吐出圧力の伝達が成される。また、この図で示さ
れるように、可動部材の自由端３２位置の液流路天井の
高さより可動部材の支点３３位置の液流路天井の高さの
方が低くなっているため、可動部材の変位による上流側
への圧力波の逃げがさらに有効に防止できる。（第２液流路と可動部材との配置関係）図１８は、上述
の可動部材３１と第２液流路１６との配置関係を説明す
るための図であり、同図（ａ）は分離壁３０、可動部材
３１近傍を上方から視た図であり、（ｂ）は分離壁３０
を外した第２液流路１６を上方から視た図である。そし
て、（ｃ）は可動部材３１と第２液流路１６との配置関
係を、これらの各要素を重ねることで模式的に示した図
である。なお、いずれの図も図面下方が吐出口の配され
ている前面側である。

【０１３１】本実施例の第２の液流路１６は前述のよう
に発熱体２の上流側（ここでの上流側とは第２共通液室
側から発熱体位置、可動部材、第１液流路を経て吐出口
に向かう大きな流れの中の上流側のことである。）に狭
窄部１９を持っており、発泡時の圧力が第２液流路１６
の上流側に容易に逃げることを抑制するような室（発泡
室）構造となっている。

【０１３２】なお、図１８（ｃ）で示されるように可動
部材３１の側方は、第２液流路を構成する壁の一部を覆
っており、このことで、可動部材３１の第２液流路への
落ち込みを防止できる。これによって、前述した吐出液
と発泡液との分離性をさらに高めることができる。ま
た、気泡のスリットからの逃げの抑制ができるため、さ
らに吐出圧や吐出効率を高めることができる。さらに、
前述の消泡時の圧力による上流側からのリフィル効果を
高めることができる。

【０１３３】なお、図１７においては、可動部材３１の
第１の液流路１４側への変位に伴って第２の液流路１６
の気泡発生領域で発生した気泡の一部が第１の液流路１
４側に延在しているが、このように気泡が延在するよう
な第２液流路の高さにすることで、気泡が延在しない場
合に比べて更に吐出力を向上させることができる。この
ように気泡が第１の液流路１４に延在するようにするた
めには、第２の液流路１６の高さを最大気泡の高さより
も低くすることが望ましく、この高さを数μｍ〜３０μ
ｍとすることが望ましい。なお、本実施例においては、
この高さを１５μｍとした。

【０１３４】図１９（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、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。動作の容易性と耐久性が良好な形
状として、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。

【０１３５】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３０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。

【０１３６】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。

【０１３７】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。

【０１３８】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。

【０１３９】可動部材３１を形成するためのスリット３
５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。

【０１４０】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。

【０１４１】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以上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。

【０１４２】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。

【０１４３】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。

【０１４４】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。

【０１４５】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。（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２０（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（ＨｆＢ_２）、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）がパターニングさ
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
の絶縁層１０３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１０２
（０．１〜０．６μｍ厚）が成膜されており、インク等
の各種の液体から抵抗層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１０２が保護層として用いら
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２０（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２１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１０ｍＡ、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。（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。

【０１５５】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（登
録商標）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。

【０１５６】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。

【０１５７】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。

【０１５８】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。

【０１５９】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。

【０１６０】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。

【０１６１】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。

【０１６２】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。（２流路構成のヘッド構造）図２２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。

【０１６３】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。（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。

【０１６４】図２３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。

【０１６５】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。

【０１６６】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。

【０１６７】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。

【０１６８】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。

【０１６９】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。

【０１７０】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不可分一体であって
もよく、分離可能としてもよい。（液体吐出装置）図２４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Ｈ
Ｃ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。

【０１７１】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。

【０１７２】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この記録
装置で行う液体吐出方法によって、各種の被記録媒体に
対して液体を吐出することで良好な画像の記録物を得る
ことができた。

【０１７３】図２５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。

【０１７４】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。

【０１７５】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。

【０１７６】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。

【０１７７】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。

【０１７８】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。（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。

【０１７９】図２６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。

【０１８０】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。

【０１８１】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。

【０１８２】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。

【０１８３】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。

【０１８４】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。

【０１８５】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。

【０１８６】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。

【０１８７】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。［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
２７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５０１内に納めた
ものである。

【０１８８】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。

【０１８９】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。

【０１９０】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。

【０１９１】また、図２７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。

【０１９２】

【発明の効果】本発明においては、特に可動部材の自由
端領域が第１の位置からさらに気泡発生領域に入り込む
ような下方への変位を抑制する手段を有しているため、
過剰な可動部材の下方変位を規制することができ、可動
部材の耐久性をさらに向上させることができる。また、
吐出液と発泡液とを別液体として用いる場合にも、２つ
の液体の混液をより確実に防止することができる。

【０１９３】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（登録商
標）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。

【０１９４】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。

【０１９５】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。

【０１９６】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、さらに熱に弱い液体
等、従来のバブルジェット（登録商標）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。

【０１９７】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。

【０１９８】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。

【０１９９】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の実施例を示す
部分破断斜視図である。

【図７】（ａ）〜（ｄ）は、図６の液体吐出ヘッドの液
流路を気泡発生領域を通る位置で切断し、それぞれ動作
順に示した断面模式図である。

【図８】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の液体吐出ヘッドの
第２の実施例における流路の模式的構成を説明するため
のもので、（ａ）は第１の液流路、可動部材、および第
２の液流路との配置関係を説明するための平面図、
（ｂ）は（ａ）のＶＡ−ＶＡ１線に沿う断面図、（ｃ）
は（ａ）のＶＢ−ＶＢ１線に沿う断面図である。

【図９】（ａ）および（ｂ）は、本発明の液体吐出ヘッ
ドの第３の実施例の図であって、（ａ）は、上述の第１
の液流路、可動部材、および第２の液流路との配置関係
を説明するための平面図であり、（ｂ）は（ａ）のIV−
IV１線に沿う断面図である。

【図１０】（ａ）および（ｂ）は、本発明の液体吐出ヘ
ッドの第４の実施例の図であって、（ａ）は、可動部
材、第２液流路、発熱体の配置関係を示した平面図であ
り、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ´断面図である。

【図１１】本発明の液体吐出ヘッドの第４の実施例の図
であって、図１０におけるＢ−Ｂ´方向での断面図であ
る。

【図１２】（ａ）および（ｂ）は、本発明の液体吐出ヘ
ッドの第５の実施例における流路の模式的構成を説明す
るための幅方向断面図で、（ａ）は駆動パルスＯＮでも
って可動部材が変位する場合、（ｂ）は駆動パルスＯＦ
Ｆでもって可動部材が変位した位置から自然位置へ復帰
する場合を示す。

【図１３】（ａ）および（ｂ）は、本発明の液体吐出ヘ
ッドに係る流路の模式的構成を説明するための参考例と
しての幅方向断面図で、（ａ）は発熱体２に駆動パルス
ＯＮが加えられて可動部材が第１の液流路側に変位し始
める場合、（ｂ）は駆動パルスがＯＦＦとなって可動部
材が変位した位置から第１位置へ復帰した場合を示す。

【図１４】本発明の液体吐出ヘッドの第６の実施例にお
ける流路の模式的構成を説明するための長手方向断面図
である。

【図１５】本発明の液体吐出ヘッドの第７の実施例にお
ける流路の模式的構成を説明するための平面模式図であ
る。

【図１６】本発明の液体吐出ヘッドの第８の実施例にお
ける流路の模式的構成を説明するための平面模式図であ
る。

【図１７】本発明の液体吐出ヘッド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１８】（ａ）〜（ｃ）は、可動部材と第２液流路と
の配置関係を説明するための図であり、同図（ａ）は分
離壁、可動部材近傍を上方から視た図であり、（ｂ）は
分離壁を外した第２液流路を上方から視た図である。そ
して、（ｃ）は可動部材と第２液流路との配置関係を、
これらの各要素を重ねることで模式的に示した図であ
る。

【図１９】（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２０】（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２１】駆動パルスの形状を示す模式図である。

【図２２】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２３】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２４】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２５】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２６】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２７】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２８】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 (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)発明者岡崎猛史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)発明者吉平文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)発明者工藤清光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６−71887（ＪＰ，Ａ) 特開平６−210872（ＪＰ，Ａ) 特開平６−31918（ＪＰ，Ａ) 特開平２−113950（ＪＰ，Ａ) 特開平６−246926（ＪＰ，Ａ) 実開平２−133341（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B41J 2/05

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】液体を吐出する吐出口と、液体に気泡を
発生させるための発熱体が配された気泡発生領域と、前
記発熱体と距離を隔てて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
泡発生領域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、気泡が
発生する前の前記可動部材の位置を第１の位置としたと
き、前記可動部材の少なくとも自由端領域が接すること
で、前記可動部材の前記自由端領域が前記第１の位置を
越えて前記気泡発生領域に変位することを規制する規制
手段を有することを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項２】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ための発
熱体が配された気泡発生領域を有する第２の液流路と、
前記第１の液流路と前記気泡発生領域との間に前記発熱
体と距離を隔てて配され、吐出口間に自由端を有し、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可動部材と、前記可
動部材の少なくとも自由端領域が接することで、前記可
動部材の前記自由端領域が前記気泡発生領域に変位する
ことを規制する規制手段と、を有することを特徴とする
液体吐出ヘッド。
【請求項３】請求項２記載の液体吐出ヘッドにおい
て、前記可動部材は前記第１の液流路と前記第２の液流
路との間に配された分離壁の一部として構成されてお
り、前記可動部材以外の分離壁の少なくとも一部が前記
可動部材の自由端領域の下方変位を規制する規制手段を
兼ね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３記載の液体吐出ヘッドにおい
て、前記分離壁の少なくとも一部には前記可動部材の側
端部が接することを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項５】請求項１又は２に記載の液体吐出ヘッド
において、前記規制手段は、前記可動部材の気泡発生領
域への下方変位を、前記可動部材の自由端領域に物理的
に係合することで行う手段であることを特徴とする液体
吐出ヘッド。
【請求項６】請求項５記載の液体吐出ヘッドにおい
て、前記可動部材の前記自由端領域が密閉状態であるこ
とを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項７】請求項５記載の液体吐出ヘッドにおい
て、前記可動部材の前記側端部が密閉状態であることを
特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項８】請求項１又は２に記載の液体吐出ヘッド
において、前記規制手段は、前記可動部材の前記自由端
を含む自由端領域の移動を規制する手段であることを特
徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項９】請求項２記載の液体吐出ヘッドにおい
て、前記規制手段は前記第２の液流路を構成する壁であ
ることを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項１０】請求項９記載の液体吐出ヘッドにおい
て、前記壁は第２の液流路を構成する側壁であることを
特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項１１】請求項９記載の液体吐出ヘッドにおい
て、前記壁の一部もしくは、前記可動部材の前記壁と接
する少なくとも一部の何れかが粗面になっていることを
特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項１２】請求項９記載の液体吐出ヘッドにおい
て、前記壁の前記可動部材と対向した部分に凸部が形成
されていることを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項１３】請求項１又は２に記載の液体吐出ヘッ
ドにおいて、前記可動部材の横断面形状は台形であるこ
とを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項１４】請求項１又は２に記載の液体吐出ヘッ
ドにおいて、自由端が変位する位置近傍の流抵抗が、前
記支点近傍の流抵抗より低いことを特徴とする液体吐出
ヘッド。