JP3495921B2

JP3495921B2 - 液体吐出方法、液体吐出ヘッドおよび液体吐出装置

Info

Publication number: JP3495921B2
Application number: JP23612198A
Authority: JP
Inventors: 聡島津; 博之石永; 陽一種谷; 裕之杉山; 定之須釜
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1998-08-21
Filing date: 1998-08-21
Publication date: 2004-02-09
Anticipated expiration: 2018-08-21
Also published as: JP2000062183A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

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

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

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

【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。

【０００５】この様な記録方法によれば、品位の高い画
像を高速、低騒音で記録することができると共に、この
記録方法を行うヘッドではインクを吐出するための吐出
口を高密度に配置することができるため、小型の装置で
高解像度の記録画像、さらにカラー画像をも容易に得る
ことができるという多くの優れた点を有している。この
ため、このバブルジェット記録方法は近年、プリンタ
ー、複写機、ファクシミリ等の多くのオフィス機器に利
用されており、さらに、捺染装置等の産業用システムに
まで利用されるようになってきている。

【０００６】このようにバブルジェット技術が多方面の
製品に利用されるに従って、次のような様々な要求が近
年さらにたかまっている。

【０００７】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。

【０００８】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（特に第３図）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
的に且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。

【０００９】すなわち、上記公報に記載の発明では、ヒ
ータ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成してしまう。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。逆に、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は乱流を生じせしめ、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。

【００１０】他方、ＥＰ公開公報ＥＰ４３６０４７Ａ１
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を提
案している（ＥＰ４３６０４７Ａ１の第４〜９図）。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
きな尾引きとなり、気泡成長・収縮・消泡を行う通常の
吐出方式に比べてサテライトドットがかなり多くなって
しまう（消泡によるメニスカス後退の効果を使えないと
推定される）。また、リフィル時は、気泡発生部に液体
が消泡に伴って供給されるが、吐出口近傍域には次の発
泡が生じるまで液体は供給できないので、吐出液滴のば
らつきが大きいだけでなく、吐出応答周波数が極めて小
さく、実用レベルではない。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】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
用いた発明が、本願出願人によって数多く提案されてい
る。その発明のうち、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。

【００１２】次の段階として、本願出願人は、特開平10
-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。

【００１３】従来から知られている膜沸騰による気泡の
前方部分(エッヂシューター型)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、この部分をより効率よ
く吐出液滴の形成に貢献せしめることについて従来着目
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。

【００１４】本発明は、この吐出液滴形成という観点か
ら気泡の発生から消泡にいたる経過をより詳細に解析す
ることで、数多くの発明が生まれた中の一つであって、
インクジェットに特有の印字品位を低下させ、装置自体
や記録媒体を汚すサテライトを減少させ、連続吐出動作
における画像品位の安定性を達成するという従来の技術
水準に比べ極めて高い水準に至った。

【００１５】本発明の主たる目的は以下の通りである。

【００１６】本発明の第１の目的は、発生した気泡とそ
の吐出口側の液体及び供給側の液体を可動部材と液流路
全体の構造とによって抑制することで、極めて新規な液
体吐出原理を提供することにある。

【００１７】本発明の第２の目的は、吐出滴形成工程を
抑制することでサテライトの減少を図るとともに、吐出
動作においてサテライトを完全になくす液体吐出方法及
び液体吐出ヘッドを提供することにある。

【００１８】本発明の第３の目的は、サテライトやメニ
スカスの変動による弊害を除去するための記録装置のシ
ステム上の負荷構成を軽減することにある。

【００１９】

【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、液流路中の液体を加熱して該液体中に気泡
を発生させて成長させ、前記液流路中に設けられている
一端支持の片持ち梁状の可動部材を前記気泡の成長に伴
って初期状態から変位させ、該気泡が最大体積となる前
に前記可動部材により前記液流路の上流側を実質的に閉
鎖するとともに、前記気泡の成長に伴う圧力によって前
記液流路の下流側に連通する吐出口から前記液体を吐出
し、前記液体吐出後、前記気泡の消泡に伴って、前記可
動部材が変位状態から前記初期状態に復帰する液体吐出
方法であって、同一の前記液流路から連続的に液体吐出
を行なう場合には、先の液体吐出後に前記変位状態から
復帰する前記可動部材の振動が完全に収束してしまう前
であって、前記可動部材が前記初期状態に向う方向に変
位している最中に、次の液体吐出のための前記液体の加
熱を開始することを特徴とする。

【００２０】さらに、前記液流路中に発熱体が設けられ
ており、該発熱体を駆動することにより前記液体の加熱
を行なうことが好ましい。そしてこの場合、前記発熱体
が電気熱変換体であり、該電気熱変換体に駆動パルスを
供給することにより前記液体の加熱を行なってもよい。

【００２１】本発明の液体吐出ヘッドは、液流路中の液
体を加熱して該液体中に気泡を発生させる発熱体と、前
記液流路の下流側に連通し前記気泡の成長に伴う圧力に
よって前記液体が吐出する吐出口と、前記液流路中に一
端支持の片持ち梁状に設けられ、自由端が前記吐出口側
に位置する可動部材と、前記気泡の成長に伴う前記可動
部材の変位時に該可動部材と実質的に接触して、前記液
流路の上流側を実質的に閉鎖する規制部と、前記発熱体
の駆動を制御する制御手段とを有し、前記制御手段が、
同一の前記液流路から連続的に液体吐出を行なう場合に
は、先の液体吐出後に前記変位状態から復帰する前記可
動部材の振動が完全に収束してしまう前であって、前記
可動部材が前記初期状態に向う方向に変位している最中
に、次の液体吐出のための前記発熱体の駆動を行なうこ
とを特徴とする。そして、前記可動部材および前記規制
部が互いに実質的に接触して前記液流路の上流側を実質
的に閉鎖することによって、上流方向への前記液体の移
動および前記気泡の成長を規制する。

【００２２】また、本発明の液体吐出装置は、前記した
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
を備えている。そして、前記液体吐出ヘッドからインク
を吐出し、被記録媒体にインクを付着させることで記録
を行う。

【００２３】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。

【００２４】また、気泡自体に関する「下流側」とは、
気泡の中心に対して、上記流れ方向や上記構成上の方向
に関する下流側、又は、発熱体の面積中心より下流側の
領域で発生する気泡を意味する。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、又は、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。

【００２５】また本発明で用いる可動部材と規制部との
「実質的な接触」とは両者の間に数μｍ程度の液体が介
在した近接状態であっても、直接接触した状態であって
もよい。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。

【００２７】図１，２は本発明の液体吐出ヘッドの１つ
の実施の形態を液流路方向で切断した断面図で示すとと
もに、液流路内の特徴的な現象を図１（ａ）〜（ｆ）お
よび図２（ａ）〜（ｅ）の工程に分けて示したものであ
る。

【００２８】本形態の液体吐出ヘッドでは、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２が平滑な素子基板１に設
けられており、素子基板１上に発熱体２に対応して液流
路１０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１８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。符号Ｍは吐出液が形成するメニスカスを表し、
メニスカスＭは、吐出口１８及びそれに連通する液流路
１０の内壁によって発生する毛細管力によって通常負圧
である共通液室１３の内圧に対して、吐出口１８近傍で
つり合っている。

【００２９】液流路１０は、発熱体２を備えた素子基板
１と天板５０が接合されることで構成されており、発熱
体２と吐出液との接する面の近傍領域には、発熱体２が
急速に加熱されて吐出液に発泡を生じさせる気泡発生領
域１１が存在する。この気泡発生領域１１を有する液流
路１０に、可動部材３１が、少なくとも一部が発熱体２
と対面するように配されている。この可動部材３１は吐
出口１８に向かう下流側に自由端３２を有すると共に、
液流路１０よりも上流側に配置された支持部材３４に支
持されている一端支持の片持ち梁状である。特に本形態
では、上流側へのバック波及び液体の慣性力に影響す
る、気泡の上流側半分の成長を抑制するため、自由端３
２が気泡発生領域１１の中央付近に配されている。そし
て可動部材３１は気泡発生領域１１で発生する気泡の成
長に伴い、支持部材３４に対して変位可能である。この
変位するときの支点３３は支持部材３４における可動部
材３１の支持部となっている。

【００３０】気泡発生領域１１の中央上方にはストッパ
（規制部）６４が位置していて、気泡の上流側半分の成
長を抑制するために可動部材３１の変位をある範囲で規
制している。共通液室１３から吐出口１８への流れにお
いて、ストッパ６４を境に上流側に、液流路１０と比較
して相対的に流路抵抗の低い低流路抵抗領域６５が設け
られている。この領域６５における流路構造は上壁がな
かったり流路断面積が大きいことなどで、液の移動に対
し流路から受ける抵抗を小さくしている。

【００３１】以上の構成により、変位した可動部材３１
とストッパ６４との接触によって、気泡発生領域１１を
有する液流路１０が吐出口１８を除いて、実質的に閉じ
た空間になるという従来にない特徴的なヘッド構造を提
案している。

【００３２】次に、本実施形態の液体吐出ヘッドの吐出
動作について詳しく説明する。なお、図１には１発目の
液体吐出を示し、図２には続いて行われる２発目の液体
吐出について示している。図３は、駆動時の気泡４０の
体積と可動部材の変位を示したグラフである。

【００３３】図１（ａ）は、発熱体２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、発熱体が
熱を発生する前の状態を示す。ここで重要なことは、可
動部材３１が、発熱体２の発熱によって発生する気泡４
０に対し、この気泡４０の上流側半分に対面する位置
（初期状態）に設けられており、かつ、可動部材３１の
変位を規制するストッパ６４が気泡発生領域１１の中央
上方に設けられていることである。つまり、液流路構造
と可動部材の配置位置とによって、気泡の上流側半分が
可動部材３１に押え込まれるようになっている。図３に
示す時間Ｔ＝０において発熱体に電気パルスを印加する
と、気泡発生領域１１内を満たす液体の一部が発熱体２
によって加熱され、膜沸騰に伴う気泡４０が発生し、時
間とともに気泡４０が成長して体積が大きくなる。な
お、この時、可動部材の反発力により、可動部材の変位
は気泡４０の体積変化より遅れて始まる（図３に示すＡ
時点）。

【００３４】図３に示すように気泡４０が成長していく
と、上流側すなわち共通液室１３方向への液体の移動が
低流路抵抗領域６５によって大きな流れとなるが、可動
部材３１はストッパ６４に接近または接触するまで変位
すると、それ以上の変位が規制される（図３に示すＢ時
点）。そのため、上流方向への液体の移動もそこで大き
く制限される。すなわち、この可動部材３１の変位状態
において、液流路１０の上流側（少なくとも気泡発生領
域１１の中心よりも上流側）が実質的に閉鎖され、液流
路１０とその上流に位置する共通液室１３との間の液体
および気泡４０の流通が実質的に遮断される。これによ
り気泡４０の上流側への成長も可動部材３１で制限され
る。しかしながら、上流方向への液体の移動力は大きい
ため、可動部材３１は上流方向へ引っ張られる応力を大
きく受けて撓んだ状態で保持され、この間に前記の通り
気泡４０が最大体積に成長する（図３のＣ時点）。図１
（ｂ）では、気泡発生領域１１内の気泡４０が最大に成
長した状態を示す。このとき、気泡４０の発生に基づく
圧力により液流路１０内の液体が下流側及び上流側に移
動し、上流側においては気泡４０の成長により可動部材
３１が変位し、下流側においては吐出口１８から吐出滴
６６が飛び出そうとしている。

【００３５】本発明においては図４に示すように、気泡
４０の吐出口側の部分と吐出口との間は液流に対しまっ
すぐな流路構造を保っている「直線的連通状態」となっ
ている。これは、より好ましくは、気泡の発生時に生じ
る圧力波の伝播方向とそれに伴う液体の流動方向と吐出
方向とが直線的に一致させることで、吐出滴６６の吐出
方向や吐出速度等の吐出状態をきわめて高いレベルで安
定化させるという理想状態を形成することが望ましい。
本発明では、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１８と発熱体２、特に気
泡の吐出口側に影響力を持つ発熱体の吐出口側(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
路内の流体がない状態であれば、吐出口の外側から見て
発熱体、特に発熱体の下流側が観察することが可能な状
態である。

【００３６】その後、図１（ｃ）に示すように、前述し
た膜沸騰の後に気泡内部の負圧が液流路内の下流側への
液体の移動に打ち勝って、気泡４０の収縮が開始され
る。この時点では、気泡成長による液体の上流方向への
力が大きく残るため、気泡４０の収縮開始後一定の間は
可動部材３１は未だストッパ６４に接触された状態であ
り、気泡４０の収縮の多くは吐出口１８から上流方向へ
の液移動を生じさせる。つまり、図１（ｂ）に示した段
階の直後は、変位した可動部材３１とストッパ６４との
接触によって、液流路１０の上流側が閉鎖され、気泡発
生領域１１を有する液流路１０が吐出口１８を除いて、
実質的に閉じた空間になっているため、気泡４０の収縮
エネルギーは吐出口１８近傍の液体を上流方向へ移動さ
せる力として働く。したがって、メニスカスＭはこの時
点で吐出口１８から液流路１０内に大きく引き込まれ、
吐出液滴６６と繋がっている液柱を強い力ですばやく切
り離すことになる。その結果、図１（ｄ）に示すよう
に、吐出口１８の外側にとり残される液滴すなわちサテ
ライト（副滴）６７が少なくなる。

【００３７】図１（ｄ）では、消泡工程が終了し吐出液
滴６６とメニスカスＭが分断された状態を示す。まず、
低流路抵抗領域６５では液体の上流方向の移動力に対し
可動部材３１の反発力が勝り、可動部材３１の下方変位
（変位状態から初期状態への復帰）とそれに伴う低流路
抵抗領域６５での下流方向への流れとが開始される（図
３のＤ時点）。これと同時に、低流路抵抗領域６５での
下流方向への流れは流路抵抗が小さい為、急速に大きな
流れとなってストッパ６４部分を介し液流路１０へ流れ
込む。これにより、メニスカスＭを液流路１０内へと急
速に引き込む流れが急に低下するため、メニスカスＭは
吐出口１８から外側に残った液柱部分を引き込みながら
比較的低速で発泡前の位置へ戻り始める。したがって、
メニスカスの振動を高速に収束させることができる。

【００３８】一方、吐出滴６６とその直後に存在するサ
テライト６７は図１（ｃ）における急速なメニスカス引
き込みによって極めて近接しており、吐出滴６６の飛翔
の後方に生じる空気の渦により吐出滴に引き寄せられる
力を受ける現象、いわゆるスリップストリーム現象が発
生する。

【００３９】この現象について詳しく説明する。旧来か
らの液体吐出ヘッドでは吐出口から液体が吐出された瞬
間に液滴が球体を形成することはなく、先端に球状部を
持つ液柱に近い状態で吐出される。そして、尾引きの部
分が主滴とメニスカスの両方に引っ張られてメニスカス
より切り離されたときに尾引きの部分からサテライトド
ットが形成され、主滴と共に被記録体へ飛翔することが
知られている。サテライトドットは主滴よりも後から飛
翔するため、メニスカスにも引っ張られていた分だけ吐
出速度が低く、その着弾位置が主滴とずれて、印字品位
が劣化してしまう。本発明による液体吐出ヘッドでは、
前述のようにメニスカスを後退させる力が旧来の液体吐
出ヘッドよりも大きいため、主滴が吐出した後の尾引き
部分を引っ張る力が強く、尾引き部分とメニスカスを切
り離す力が強くなってこの切り離すタイミングも早くな
る。メニスカスが後退する力が強く速度が速いというこ
とは、図１（ｃ）に示すように、主滴とメニスカスとの
間の尾引きの部分が速く引っ張られ、この尾引き部分に
おいて液柱が従来よりも細長くなる。この細長い部分で
液柱が切り離されやすく、その結果、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、また主滴とサ
テライトドットとの距離が短くなる。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ため、
吐出速度が低下せず、吐出滴６６の後方でいわゆるスリ
ップストリーム現象によりサテライト６７が引き寄せら
れる。

【００４０】なお、このように、メニスカスの後退が速
く尾引きの部分が細くなるのは、気泡４０が収縮してい
るのに、液流路１０の上流側が閉鎖されて上流側からの
液体引き込みができず、下流側（吐出口近傍）からのみ
液体の引き込みを行なおうとするからである。このよう
な状態となるのは、図３のＣ時点（気泡４０の最大体積
時つまり消泡開始時）からＤ時点（可動部材３１の復帰
開始時）までの間である。

【００４１】図１（ｅ）では図１（ｄ）の状態がさらに
進んだ状態を示す。サテライト６７はさらに吐出滴６６
に近接し同時に引き寄せられ、スリップストリーム現象
による引き力も増大する。一方、上流側から吐出口１８
方向への液体移動は、可動部材３１の変位オーバーシュ
ートで初期位置より下方に変位（図３のＥ時点）するこ
とで上流側からの液体の引き込みと吐出口１８方向への
液体の押し出し現象を生じさせる。しかも、ストッパ６
４が存在する液流路の断面積拡大によって吐出口１８方
向への液流れが増大し、メニスカスＭの吐出口１８への
復帰が加速する。この事により、本形態におけるリフィ
ル特性は飛躍的に向上する。

【００４２】図１（ｆ）では、図１（ｅ）の状態がさら
に進み、サテライト６７が吐出滴６６にとり込まれた状
態を示す。この吐出滴６６とサテライト６７の合体は他
の実施形態でも吐出毎に必ずしも起きる現象ではなく、
条件によって起きる場合と起きない場合がある。しか
し、サテライトの量を少なくとも減少または消滅させる
ことで、主滴とサテライトドットとの着弾位置が被記録
体上で殆どずれず印字品位に与える影響が極めて小さく
なる。すなわち、画像のシャープネスを高め印字品位を
向上させるとともに、ミストとなって印字媒体や記録装
置内を汚すなどの弊害を低減することができる。

【００４３】一方、可動部材３１はそのオーバーシュー
トの反動で再びストッパ６４の方向への変位を生じる。
これは可動部材３１の全体形状及びヤング率、液流路内
の液体の粘度、比重で決まる減衰振動を行なう。この振
動が完全に収束してしまう前に、２発目の液体吐出動作
が行われる。すなわち、本実施形態では、同一の吐出口
１８から連続的に液体を吐出する場合、先の液体吐出が
完了した後の可動部材３１の振動が減衰する前に、図２
（ａ）に示すように可動部材３１が下方（ストッパ６４
から離れる方向）に向けて変位しつつあるときに、発熱
体２に次の駆動パルスを供給する（図３のＦ時点）。

【００４４】すると、図２（ｂ）に示す通り、可動部材
３１が下方へ変位しようとしつつ、気泡発生領域１１内
に気泡４０が発生し成長する。可動部材３１は予め下方
への加速度を有しているので、気泡４０の発生・成長に
対する可動部材３１の変位のタイミングが遅く、比較的
大きなタイムラグが生じている。この時、気泡４０は下
流側（吐出口１８側）と上流側（共通液室１３側）とに
均等に成長しようとするが、可動部材３１が下方（スト
ッパ６４から離れる方向）に向けて変位しようとする力
により、気泡４０の上流側への成長が抑えられる。そし
て、上流側への成長が抑えられた分、気泡４０の下流側
への成長が促進される。この上流側への気泡４０の成長
は、液体吐出に直接作用するエネルギーとなる。

【００４５】図３のＧ時点で、可動部材３１がストッパ
６４に接して液流路１０の上流側を閉鎖し、気泡発生領
域１１が吐出口１８以外実質的に閉じた状態となり、図
３のＨ時点で図２（ｃ）に示すように気泡４０が最大体
積となる。このとき、吐出口１８より吐出滴６６が吐出
しつつある。

【００４６】次に消泡工程が開始する。消泡初期段階の
気泡４０の収縮は吐出口からの液体移動を生じさせメニ
スカスを大きく引き込み、吐出液滴とつながっている液
柱を引き離すことになる。Ｈ時点以降しばらくは、図２
（ｄ）に示すように可動部材３１がストッパに接した変
位状態であり、液流路１０の上流側が実質的に閉鎖され
ており、気泡４０の収縮による吸引力は主にメニスカス
からの液体を引き込むように作用するため、メニスカス
が後退する力が強く速度が速くなる。

【００４７】前記の通り、吐出滴とメニスカスとの間の
尾引きの部分が細くなるのは、気泡４０の最大体積時つ
まり消泡開始時（図３のＨ時点）から可動部材３１の復
帰開始時（図３のＪ時点）までの間である。そして、本
実施形態では、可動部材３１の下方への変位中に発熱体
２が駆動されるため、Ｆ時点以降は可動部材と気泡４０
の体積変化のタイミングのズレが大きい。そのため、図
３のＨ時点からＪ時点までの間の時間間隔が大きく、メ
ニスカスは急速に引き込まれる。しかも、前記の通り、
本実施形態では前方への気泡成長が促進されることによ
り吐出滴の速度が速いため、外部へ吐出する吐出滴と、
内部へ引き込まれるメニスカスとの相対速度の差が極め
て大きく、尾引き部の液柱が分離しやすい。このように
分離しやすいため、図２（ｅ）に示すように、吐出滴の
切れがよいとともに、僅かにサテライトが生成されたと
しても、このサテライトは吐出滴の近傍に位置し、吐出
滴の飛翔による後方の渦によって引き寄せられるスリッ
プストリーム現象が生じ、サテライトが吐出滴に吸収さ
れる。

【００４８】Ｊ時点でやっと可動部材３１が下方変位を
開始し、低流路抵抗領域６５から下流方向（吐出口方
向）への流れが開始される。この時、可動部材３１によ
る規制の解除に伴って、低流路抵抗領域６５の液体が気
泡発生領域付近に一気に流入し、液流路１０内の上流側
から下流側への強い液流が生じる。この液流が、メニス
カスを急速に引き込んでいたの流れに抗して作用するこ
とにより、メニスカスの後退速度が急速に低下し、尾引
きの部分の液柱が太くなる。この液柱の太い部分は吐出
口１８の外部に取り残されることはなく、ゆっくりと吐
出口内に引き込まれる。そして、図２（ｅ）に示すよう
に、可動部材３１が初期状態に向けて復帰する。

【００４９】この構成によると、上流から吐出口方向へ
の液体の移動は、可動部材の初期位置より下方に変化す
ることで、上流からの液体の引き込みと吐出口方向への
液体の押し出し現象を生じさせるとともにストッパー領
域における液流路断面積の拡大によって吐出口方向への
液体を増大させ、メニスカスの吐出口への復帰を加速さ
せる。このことより、本実施例におけるリフィル特性は
飛躍的に向上する。

【００５０】可動部材が下方（ストッパから離れる方
向）に向けて変位しつつある状態で発熱体に駆動パルス
を印加することにより、気泡４０の成長方向を制御して
液体吐出の高速化と高効率化が図れるとともに、サテラ
イトの速度がより速くなって飛翔中に主滴と接触し一体
化しやすくなることによりサテライトを少なくすること
ができる。

【００５１】次に、本実施形態の更なる特徴的な効果に
ついて説明する。

【００５２】図５は図１（ｂ）に示した一部のヘッドの
透視斜視図であり、ノズルを透視して破線で示す以外は
基本的に図１（ｂ）と同じ状態を示すものである。本実
施形態では、液流路１０を構成する壁の両側壁面と可動
部材３１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３１のスムーズな変位を可能にしている。
さらに、発熱体２による発泡の成長工程において、気泡
４０は可動部材３１を変位させるとともに、前記クリア
ランスを介し可動部材３１の上面側へ隆起して低流路抵
抗領域６５に若干侵入する。この侵入した隆起気泡４１
は可動部材３１の背面（気泡発生領域１１と反対面）に
回り込むことで可動部材３１のブレを抑え、吐出特性を
安定化する。

【００５３】さらに、気泡４０の消泡工程において、隆
起気泡４１が低流路抵抗領域６５から気泡発生領域１１
への液流を促進させ、前述した、吐出口１８側からの高
速なメニスカス引き込みと相まって、消泡をすみやかに
完了させる。特に、隆起気泡４１が引き起こす液流によ
って可動部材３１や液流路１０のコーナーに気泡を蓄留
させることがほとんどない。

【００５４】（その他の実施の形態）以下、上述した液
体吐出方法を用いたヘッドに適用可能な様々な形態例を
説明する。

【００５５】＜可動部材＞図６は可動部材３１の他の形
状を示すものである。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、同図（ｃ）は支点側が広くな
っており、可動部材の剛性が向上する形状である。

【００５６】先の実施形態においては、可動部材３１は
厚さ５μｍのニッケルで構成したが、これに限られるこ
となく可動部材を構成する材質としては吐出液に対して
耐溶剤性があり、可動部材として良好に動作するための
弾性を有しているものであればよい。

【００５７】可動部材３１の材料としては、耐久性の高
い、銀、ニッケル、金、鉄、チタン、アルミニュウム、
白金、タンタル、ステンレス、りん青銅等の金属、およ
びその合金、または、アクリロニトリル、ブタジエン、
スチレン等のニトリル基を有する樹脂、ポリアミド等の
アミド基を有する樹脂、ポリカーボネイト等のカルボキ
シル基を有する樹脂、ポリアセタール等のアルデヒド基
を持つ樹脂、ポリサルフォン等のスルホン基を持つ樹
脂、そのほか液晶ポリマー等の樹脂およびその化合物、
耐インク性の高い、金、タングステン、タンタル、ニッ
ケル、ステンレス、チタン等の金属、これらの合金およ
び耐インク性に関してはこれらを表面にコーティングし
たもの若しくは、ポリアミド等のアミド基を有する樹
脂、ポリアセタール等のアルデヒド基を持つ樹脂、ポリ
エーテルエーテルケトン等のケトン基を有する樹脂、ポ
リイミド等のイミド基を有する樹脂、フェノール樹脂等
の水酸基を有する樹脂、ポリエチレン等のエチル基を有
する樹脂、ポリプロピレン等のアルキル基を持つ樹脂、
エポキシ樹脂等のエポキシ基を持つ樹脂、メラミン樹脂
等のアミノ基を持つ樹脂、キシレン樹脂等のメチロール
基を持つ樹脂およびその化合物、さらに二酸化珪素、チ
ッ化珪素等のセラミックおよびその化合物が望ましい。
本発明における可動部材３１としてはμｍオーダーの厚
さを対象にしている。

【００５８】次に、発熱体と可動部材の配置関係につい
て説明する。発熱体と可動部材の最適な配置によって、
発熱体による発泡時の液の流れを適正し制御して有効に
利用することが可能となる。

【００５９】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４０の発生）を伴う
状態変化を生じさせ、この状態変化に基づく作用力によ
って吐出口からインクを吐出し、これを被記録媒体上に
付着させて画像形成を行うインクジェット記録方法、い
わゆるバブルジェット記録方法の従来技術においては、
図７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、発熱体上のコゲの
様子から、この非発泡有効領域Ｓが発熱体の周囲に存在
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幅は、発泡に関与されていないとされてい
る。

【００６０】したがって、発泡圧を有効利用するために
は、発熱体の周囲から約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
中央から液の流れ方向に±約１０μｍの範囲）の上流側
と下流側の気泡４０の液路内の液流に対する作用を独立
的に作用せしめる段階と総合的に作用せしめる段階とを
区分せしめる所に着目し、該中央領域より上流側部分の
みが可動部材に対面するように、可動部材を配置するの
が極めて重要であると、言える。本実施例においては、
発泡有効領域を発熱体周囲から約４μｍ以上内側とした
が、発熱体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。

【００６１】＜素子基板＞次に、素子基板の構成につい
て説明する。

【００６２】図８は本発明の液体吐出ヘッドの縦断面図
を示したもので、図８（ａ）は後述する保護膜があるヘ
ッド、同図（ｂ）は保護膜がないものである。

【００６３】液流路１０、液流路１０と連通する吐出口
１８、低流路抵抗領域６５および共通液室１３を構成す
る溝を設けた天板５０が素子基板１上に配されている。

【００６４】素子基板１には、シリコン等の基体１０７
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１０６を成膜し、その上に発熱体２を構
成するハフニュウムボライド（ＨｆＢ2）、チッ化タン
タル（ＴａＮ）、タンタルアルミ（ＴａＡｌ）等の電気
抵抗層１０５（０．０１〜０．２μｍ厚）とアルミニュ
ウム等の配線電極１０４（０．２〜１．０μｍ厚）を図
８（ａ）のようにパターニングしている。この配線電極
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
リコンやチッ化シリコン等の保護層１０３を０．１〜
２．０μｍ厚で形成し、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１
０５を保護している。

【００６５】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）
等が耐キャビテーション層１０２として用いられる。

【００６６】また、液体、液流路構成、抵抗材料の組み
合わせにより、上述の抵抗層１０５に保護層１０３を必
要としない構成でもよくその例を図８（ｂ）に示す。こ
のような保護層１０３を必要としない抵抗層１０５の材
料としてはイリジュウム−タンタル−アルミ合金等が挙
げられる。

【００６７】このように、前述の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。

【００６８】ここでは、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。

【００６９】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。

【００７０】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９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。前述の各実施形
態のヘッドにおいては、それぞれ電圧２４Ｖ、パルス幅
約４μｓｅｃ、電流約１００ｍＡ、電気信号を６ｋＨｚ
以上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。

【００７１】＜吐出液体＞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。

【００７２】また、従来吐出が困難であった発泡性が低
い液体、高粘度液体等であっても利用できる。

【００７３】ただし、吐出液の性質として吐出液自身、
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。

【００７４】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。

【００７５】本発明においては、さらに吐出液に用いる
ことができる記録液体として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得ることができる。

【００７６】染料インク（粘度２ｃＰ）の組成（Ｃ−１．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％

【００７７】＜液体吐出ヘッド構造＞図１０は、本発明
の液体吐出ヘッドの全体構成を示した分解斜視図であ
る。

【００７８】アルミ等の支持体７０上に発熱体２が複数
設けられた素子基板１が配されている。この上に各発熱
体２の共通液室１３側の半分と対面するように可動部材
３１を支持した支持部材３４が設けられている。さら
に、この上に液流路１０を構成する複数の溝と共通液室
１３の凹溝とが設けられた天板５０が設けられている。

【００７９】

【００８０】＜サイドシュータタイプ＞ここでは、図１
及び図２を用いて説明した液体吐出原理を、発熱体と吐
出口が平行平面上で対面するサイドシュータタイプのヘ
ッドに適用したものを説明する。図１１はこのサイドシ
ュータタイプのヘッドを説明するための図である。

【００８１】図１１において、素子基板１上の発熱体２
と天板５０に形成された吐出口１８とが相対するように
配設されている。吐出口１８は発熱体２上を通る液流路
１０と連通している。発熱体２と液体との接する面の近
傍領域には気泡発生領域が存在する。そして素子基板１
上に２つの可動部材３１が支持され、各々の可動部材は
発熱体の中心を通る面に対して面対称となるように形成
されており、各々の可動部材３１の自由端は発熱体２上
で向き合うように位置している。また、各々の可動部材
３１は発熱体２への投影面積を等しくしており、各々の
可動部材３１の自由端どうしは所望の寸法で隔てられて
いる。ここで、各可動部材は発熱体の中心を通る面の分
割壁で分割したと仮定した際、それぞれの分割された発
熱体の中心付近に可動部材の自由端が位置するように設
けられている。

【００８２】天板５０には各可動部材３１の変位をある
範囲で規制するストッパ６４が設けられている。共通液
室１３から吐出口１８への流れにおいて、ストッパ６４
を境に上流側に、液流路１０と比較して相対的に流路抵
抗の低い低流路抵抗領域６５が設けられている。この領
域６５における流路構造は液流路１０よりも流路断面積
が大きいことで、液体の移動に対し流路から受ける抵抗
を小さくしている。

【００８３】次に、本形態の構造による特徴的な作用・
効果を説明する。

【００８４】図１１（ａ）では、気泡発生領域１１内を
満たす液体の一部が発熱体２によって加熱され、膜沸騰
に伴う気泡４０が最大に成長した状態を示す。このと
き、気泡４０の発生に基づく圧力により液流路１０内の
液体が吐出口１８方向に移動し、気泡４０の成長により
各可動部材３１が変位し、吐出口１８から吐出滴６６が
飛び出そうとしている。ここで、共通液室１３方向への
液体の移動は各低流路抵抗領域６５によって大きな流れ
となるが、２つの可動部材３１は各々のストッパ６４に
接近または接触するまで変位すると、それ以上の変位が
規制されるため、共通液室１３方向への液体の移動もそ
こで大きく制限される。同時に気泡４０の上流側への成
長も可動部材３１で制限される。しかしながら、上流方
向への液体の移動力は大きいため、各可動部材３１で成
長を制限された気泡４０の一部は、液流路１０を形成す
る側壁と可動部材３１の側部との間隙を通り、可動部材
３１の上面側に隆起している。すなわち、隆起気泡４１
を形成している。

【００８５】かかる膜沸騰の後に気泡４０の収縮が開始
された場合、この時点では液体の上流方向への力が大き
く残るため、各可動部材３１は未だストッパ６４に接触
された状態であり、気泡４０の収縮の多くは吐出口１８
から上流方向への液移動を生じさせる。したがって、メ
ニスカスはこの時点で吐出口１８から液流路１０内に大
きく引き込まれ、吐出液滴６６と繋がっている液柱を強
い力ですばやく切り離す。その結果、吐出口１８の外側
にとり残される液滴すなわちサテライトが少なくなる。

【００８６】消泡工程がほぼ終了すると、各低流路抵抗
領域６５では液体の上流方向の移動力に対し可動部材３
１の反発力（復元力）が勝り、可動部材３１の下方変位
とそれに伴う低流路抵抗領域６５での下流方向への流れ
とが開始される。これと同時に、低流路抵抗領域６５で
の下流方向への流れは流路抵抗が小さい為、急速に大き
な流れとなってストッパ６４部分を介し液流路１０へ流
れ込む。図１１（ｂ）はこの気泡４０の消泡工程におけ
る液流をＡＢで示したものである。液流Ａは共通液室１
３からの液体が可動部材３１の上面（発熱体と反対面）
側を通って吐出口１８方向に流れる成分を示し、液流Ｂ
は可動部材３１の両側と発熱体２上を通って流れる成分
を示している。

【００８７】このように本形態では、吐出用液体を低流
路抵抗領域６５より供給することで、リフィル性をより
高速に高めている。また、低流路抵抗領域６５に隣接す
る共通液室１３がさらに流路抵抗を小さくしているの
で、さらに高速リフィルを可能にしている。

【００８８】さらに、気泡４０の消泡工程において、隆
起気泡４１が各低流路抵抗領域６５から気泡発生領域１
１への液流を促進させ、前述した、吐出口１８側からの
高速なメニスカス引き込みと相まって、消泡をすみやか
に完了させる。特に、隆起気泡４１が引き起こす液流に
よって可動部材３１や液流路１０のコーナーに気泡を蓄
留させることがほとんどない。

【００８９】さらに、図１１に示す液体吐出ヘッドにお
いても、図１〜３に示した実施形態と同様に、同一吐出
口１８から連続的に液体吐出を行なう場合に、先の液体
吐出後に変位状態から初期状態に復帰する可動部材３１
の振動が減衰してしまう前に、可動部材が初期状態に向
けて（ストッパ６４から離れる方向に）変位している最
中に、発熱体２に駆動パルスを供給し気泡の発生を開始
すると、液体吐出の高速化および高効率化と、サテライ
トの減少が図れる。

【００９０】＜液体吐出装置＞図１２は、図１や図１１
で説明した構造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。本実施形態では、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１
５０の幅方向に往復移動する。

【００９１】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液
体が吐出される。

【００９２】また、本実施形態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ー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。

【００９３】図１３は、本発明の液体吐出方法および液
体吐出ヘッドにおいてインク吐出記録を動作させるため
の装置全体のブロック図である。

【００９４】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ＣＰＵ（制御手段）３０
２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。

【００９５】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。

【００９６】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。

【００９７】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。

【００９８】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。

【００９９】

【発明の効果】本発明による液体吐出ヘッドの可動部材
の弁機構によれば、バック波すなわち上流方向の圧力波
に伴う液体の上流方向への移動を抑制すると同時に、メ
ニスカスを急速に吐出口内に引き込むことで、サテライ
トドットを防止し、吐出量を安定させ、印字品位を向上
させることができる。

【０１００】特に本発明では、同一吐出口から連続的に
液体吐出を行なう場合に、先の液体吐出後に変位状態か
ら初期状態に復帰する可動部材の振動が完全に収束して
しまう前であって、可動部材が初期状態に向けて変位し
ている最中に、次の液体吐出のための気泡の発生を開始
すると、液体吐出の高速化および高効率化とサテライト
の減少が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液体吐出ヘッドの１つの実施の形態を
液流路方向で切断した断面図で示し、１回目の液体吐出
動作を（ａ）〜（ｆ）の工程に分けて示したものであ
る。

【図２】図１に続く２回目の液体吐出動作を（ａ）〜
（ｅ）の工程に分けて示したものである。

【図３】気泡の成長と可動部材の変位との関係を示すグ
ラフである。

【図４】本発明の液体吐出ヘッドの「直線的連通状態」
を説明する流路の断面図である。

【図５】図１（ｂ）に示した一部のヘッドの透視斜視図
である。

【図６】図１に示した可動部材の形状の例を示すもので
ある。

【図７】発熱体面積とインク吐出量との相対関係を示す
グラフである。

【図８】本発明の液体吐出ヘッドの縦断面図を示したも
ので、（ａ）は保護膜があるもの、（ｂ）は保護膜がな
いものである。

【図９】本発明に使用する発熱体を駆動する波形図であ
る。

【図１０】本発明の液体吐出ヘッドの全体構成を示した
分解斜視図である。

【図１１】本発明の液体吐出方法を適用したサイドシュ
ータタイプのヘッドを説明するための図である。

【図１２】図１や図１１で説明した構造の液体吐出ヘッ
ドを搭載した液体吐出装置の概略構成を示す図である。

【図１３】本発明の液体吐出方法および液体吐出ヘッド
においてインク吐出記録を動作させるための装置全体の
ブロック図である。

【符号の説明】

１素子基板２発熱体１０液流路１１気泡発生領域１３共通液室１８吐出口３１可動部材３２自由端３３支点３４支持部材４０気泡５０天板６４ストッパ６５低流路抵抗領域６６吐出滴６７サテライト７０支持体９０インクタンク１０２耐キャビテーション層１０３保護層１０４配線電極１０５抵抗層１０６チッ化シリコン膜１０７基体１１１モーター１１２，１１３ギア１１５キャリッジ軸１５０記録媒体２００ヘッド３００ホストコンピュータ３０１入出力インターフェイス３０２ＣＰＵ３０３ＲＯＭ３０４ＲＡＭ３０５モータドライバ３０６駆動用モータ３０７ヘッドドライバ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者杉山裕之東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者須釜定之東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (56)参考文献特開平９−226125（ＪＰ，Ａ) 特開平10−76657（ＪＰ，Ａ) 特開平９−123453（ＪＰ，Ａ) 特開平10−76655（ＪＰ，Ａ) 特開平４−173338（ＪＰ，Ａ) 特開平９−327933（ＪＰ，Ａ) 特開平10−24610（ＪＰ，Ａ) 特開平８−118638（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B41J 2/05 B41J 2/175

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】液流路中の液体を加熱して該液体中に気
泡を発生させて成長させ、前記液流路中に設けられてい
る一端支持の片持ち梁状の可動部材を前記気泡の成長に
伴って初期状態から変位させ、該気泡が最大体積となる
時に前記液流路の上流側を前記可動部材により実質的に
閉鎖するとともに、前記気泡の成長に伴う圧力によって
前記吐出口から前記液体を吐出し、前記液体吐出後、前
記気泡の消泡に伴って、前記可動部材が変位状態から前
記初期状態に復帰する液体吐出方法であって、同一の前記液流路から連続的に液体吐出を行なう場合に
は、先の液体吐出後に前記変位状態から復帰する前記可
動部材の振動が完全に収束してしまう前であって、前記
可動部材が前記初期状態に向う方向に変位している最中
に、次の液体吐出のための前記液体の加熱を開始するこ
とを特徴とする液体吐出方法。
【請求項２】前記液流路の上流側を前記可動部材によ
り実質的に閉鎖することによって、上流方向への前記液
体の移動および前記気泡の成長を規制する請求項１に記
載の液体吐出方法。
【請求項３】前記可動部材の自由端が前記液流路中の
気泡発生領域の実質中央部に位置しており、該可動部材
の変位時には、前記液流路内に設けられている規制部に
前記自由端が実質的に接触することにより、前記液流路
の上流側を実質的に閉鎖する請求項１または２に記載の
液体吐出方法。
【請求項４】前記液流路中に発熱体が設けられてお
り、該発熱体を駆動することにより前記液体の加熱を行
なう請求項１〜３のいずれか１項に記載の液体吐出方
法。
【請求項５】前記発熱体が電気熱変換体であり、該電
気熱変換体に駆動パルスを供給することにより前記液体
の加熱を行なう請求項４に記載の液体吐出方法。
【請求項６】前記気泡の消泡開始時より一定の間、前
記可動部材と前記規制部との接触を保つ請求項１〜５の
いずれか１項に記載の液体吐出方法。
【請求項７】液流路中の液体を加熱して該液体中に気
泡を発生させる発熱体と、前記液流路の下流側に連通し
前記気泡の成長に伴う圧力によって前記液体が吐出する
吐出口と、前記液流路中に一端支持の片持ち梁状に設け
られ、自由端が前記吐出口側に位置する可動部材と、前
記気泡の成長に伴う前記可動部材の変位時に該可動部材
と実質的に接触して、前記液流路の上流側を実質的に閉
鎖する規制部と、前記発熱体の駆動を制御する制御手段
とを有し、前記制御手段が、同一の前記液流路から連続的に液体吐
出を行なう場合には、先の液体吐出後に前記変位状態か
ら復帰する前記可動部材の振動が完全に収束してしまう
前であって、前記可動部材が前記初期状態に向う方向に
変位している最中に、次の液体吐出のための前記発熱体
の駆動を行なう液体吐出ヘッド。
【請求項８】前記可動部材および前記規制部が互いに
実質的に接触して前記液流路の上流側を実質的に閉鎖す
ることによって、上流方向への前記液体の移動および前
記気泡の成長を規制する請求項７に記載の液体吐出ヘッ
ド。
【請求項９】前記可動部材の待機時において、前記規
制部を境界として前記吐出口とは反対側の前記液流路の
流路抵抗が低い請求項７または８に記載の液体吐出ヘッ
ド。
【請求項１０】前記発熱体が電気熱変換体であり、前
記制御手段から駆動パルスを供給される請求項７〜９の
いずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項１１】請求項１〜１０のいずれか１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
とを備えた液体吐出装置。
【請求項１２】前記液体吐出ヘッドからインクを吐出
し、被記録媒体にインクを付着させることで記録を行う
請求項１１に記載の液体吐出装置。