JP3507390B2 - 液体吐出方法、液体吐出ヘッド、液体吐出装置、および流体素子 - Google Patents

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
体に作用させて気泡を発生させることによって液体を吐
出する液体吐出ヘッド、該液体吐出ヘッドを用いた液体
吐出装置、および流体素子に関する。

【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ものである。

【０００４】

【従来の技術】従来、プリンター等の記録装置におい
て、流路中の液体インクに熱等のエネルギーを与えて気
泡を発生させ、それに伴う急峻な体積変化に基づく作用
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
口に連通する流路と、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様々な要求が高まっており、
例えば、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。

【０００７】このうち、ノズル内において気泡を発生さ
せ、この気泡成長に伴い液体を吐出させるヘッドにおい
て、吐出口とは反対方向への気泡成長およびこれによる
液流が吐出エネルギー効率及びリフィル特性を低下させ
る要因として知られており、このような吐出エネルギー
効率及びリフィル特性を向上させる構造の発明がヨーロ
ッパ特許出願公開公報ＥＰ０４３６０４７Ａ１に提案さ
れている。

【０００８】この公報に記載の発明は、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ものである（ＥＰ０４３６０
４７Ａ１の第４〜９図）。例えば同公報第７図の例で
は、図２６に示すように、インク流路１１２の内壁を形
成する基板１２５上のインク槽１１６とノズル１１５と
の間のインク流路１１２のほぼ中央に発熱体１１０が設
けられている。発熱体１１０は、インク流路１１２内部
の、周囲を全て閉じた区画１２０内に在る。インク流路
１１２は、基板１２５と、基板１２５上に直接積層した
薄膜１２３，１２６と、閉止体としての舌状片１１３、
１３０とで構成されている。開放された舌状片は図２６
では破線で示されている。基板１２５と平行な平面内に
延在してストッパ１２４で終結する別の薄膜１２３はイ
ンク流路１１２上を遮蔽する。インク中に気泡が発生す
ると、ノズル領域内の舌状片１３０の、静止状態でスト
ッパ１２６に密着してあるその自由端は、上に向かって
変位し、インク液は区画１２０からインク流路１１２中
へ、ついでノズル１１５を通じて射出される。このと
き、インク槽１１６の領域内に設けた舌状片１１３は静
止状態でストッパ１２４に密着しているため、区画１２
０内のインク液はインク層１１６に向かうことはない。
インク中の気泡が消泡すると、舌状片１３０は下に向け
て変位し、ストッパ１２６に再び密着する。そして、舌
状片１１３はインク区画１２０内に倒れ落ち、これによ
りインク液が区画１２０中に流入する。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、ＥＰ０４３６
０４７Ａ１に記載の発明は、吐出口近傍域と気泡発生部
とインク供給部の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、気泡の吐出口側の弁は吐出エネルギーの
多大な損失を招く。さらに、リフィル時（ノズルへのイ
ンク補充時）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。

【００１０】本発明は、吐出口とは反対方向への気泡成
長成分の抑制効率を向上し、これとは相反するリフィル
特性の高効率化を満足するための画期的な方法やヘッド
構成を見い出すべく新たな着想に基づいて吐出効率の向
上をも満足する発明を提案するものである。

【００１１】本発明者達は鋭意研究の結果、直線状に形
成したノズル内で気泡を発生させ、この気泡成長に伴い
液体を吐出させる液体吐出ヘッドのノズル構造におい
て、特別な逆止弁の機能により、吐出口とは反対方向
（後方）への気泡成長を抑制し、後方への吐出エネルギ
ーを吐出口側に有効に利用できることを見い出した。そ
の上、特別な逆止弁の機能により後方への気泡成長成分
を抑制することで、吐出応答周波数が極めて高くできる
ことを見い出した。

【００１２】すなわち本発明の目的は、新規な弁機能を
用いたノズル構造や吐出方法により、吐出パワーの向上
と吐出周波数の向上とを同時に図り、従来達成し得なか
ったレベルの高速・高画質ヘッドを達成するための新規
吐出方式（構造）を確立することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の液体吐出方法は、液体を吐出するための複
数の吐出口と、前記各吐出口に一端部が常に連通され、
液体に気泡を発生させる気泡発生領域を有する複数の液
流路と、前記気泡を発生し成長させるためのエネルギー
を発生する気泡発生手段と、前記複数の液流路にそれぞ
れ配設され、共通液体供給室と連通する複数の液体供給
口と、前記液体供給口の前記液流路側に対して微小な隙
間を隔てて支持された自由端を有する可動部材とを有
し、前記可動部材の少なくとも自由端部及びそれに連続
する両側部で囲まれる領域が前記液体供給口の液流路に
対する開口領域よりも大きくなっており、前記可動部材
の自由端は前記液流路内を前記液体供給口側と前記気泡
発生手段側とに変位するようにされており、さらに、前
記可動部材の自由端の定常位からの変位量は前記液体供
給口側への変位量よりも前記気泡発生手段側への変位量
の方が大きくなっており、前記気泡発生手段によって気
泡の全体が略等方成長している期間内に、前記可動部材
が前記液体供給口を閉じて実質的に遮断し、前記液体供
給口を構成する部材の前記吐出口側の側面に、前記可動
部材が前記液体供給口を閉じている状態でも前記液体供
給口と前記液流路とを連通させる微少なスリットが形成
されている液体吐出ヘッドの液体吐出方法であって、前
記可動部材が前記液体供給口を閉じて実質的に遮断した
後、前記気泡発生手段によって発生した気泡のうちの前
記吐出口側の部分が成長し、前記液体供給口側の部分が
収縮している期間の初期に、前記液体供給口から前記ス
リットを通して前記液流路へ流れる前記液体の流れを生
じさせることを特徴とする。

【００１４】さらに、上記の液体吐出方法において、前
記気泡発生領域における前記吐出口側と前記液体供給口
側とでは、気泡の成長体積変化と気泡の発生から消泡ま
での時間が大きく異なる構成としてもよい。

【００１５】さらには、前記気泡発生領域が大気に開放
されない構成としてもよい。

【００１６】また、本発明の液体吐出ヘッドは、液体を
吐出するための複数の吐出口と、前記各吐出口に一端部
が常に連通され、液体に気泡を発生させる気泡発生領域
を有する複数の液流路と、前記気泡を発生し成長させる
ためのエネルギーを発生する気泡発生手段と、前記複数
の液流路にそれぞれ配設され、共通液体供給室と連通す
る複数の液体供給口と、前記液体供給口の前記液流路側
に対して微小な隙間を隔てて支持された自由端を有する
可動部材とを有し、前記可動部材の少なくとも自由端部
及びそれに連続する両側部で囲まれる領域が前記液体供
給口の液流路に対する開口領域よりも大きくなってお
り、前記可動部材の自由端は前記液流路内を前記液体供
給口側と前記気泡発生手段側とに変位するようにされて
おり、さらに、前記可動部材の自由端の定常位からの変
位量は前記液体供給口側への変位量よりも前記気泡発生
手段側への変位量の方が大きくなっており、前記気泡発
生手段によって気泡の全体が略等方成長している期間内
に、前記可動部材が前記液体供給口を閉じて実質的に遮
断する液体吐出ヘッドであって、前記液体供給口を構成
する部材の前記吐出口側の側面に、前記可動部材が前記
液体供給口を閉じている状態でも前記液体供給口と前記
液流路とを連通させる微少なスリットが形成されている
ことを特徴とする。

【００１７】上記の液体吐出ヘッドにおいて、前記可動
部材の自由端の変位量は、前記気泡の発生初期に前記液
流路内を前記液体供給口側に変位する量をｈ１とし、前
記気泡の消泡と共に前記液流路内を前記気泡発生手段側
に変位する量をｈ２とすると、常に、ｈ１＜ｈ２の関係
を有している構成としてもよい。

【００１８】本発明の液体吐出装置は、上記本発明の液
体吐出ヘッドと、該液体吐出ヘッドから吐出された液体
を受け取る被記録媒体を搬送する被記録媒体搬送手段と
が備えられた液体吐出装置であって、前記液体吐出ヘッ
ド内の液体を前記吐出口から強制的に排出させる吸引回
復手段をさらに有することを特徴とする。

【００１９】さらに、上記の液体吐出装置は、前記液体
吐出ヘッドからインクを吐出し、前記被記録媒体に該イ
ンクを付着させることで記録を行う構成としてもよい。

【００２０】また、本発明の流体素子は、可動部材の自
由端部をストッパ側に移動して、前記ストッパと前記可
動部材の自由端部との間の液体の流れを略遮断する第１
の位置と、前記可動部材の自由端部が前記ストッパから
離れる方向に移動して、前記ストッパと前記可動部材の
自由端部との間の前記液体の流れを生じさせる第２の位
置と、の間を変位する機構を備えた流体素子において、
前記ストッパは、前記可動部材の自由端部が対向する部
分に形成された空隙部を有し、該空隙部は、前記第１の
位置では前記ストッパと前記可動部材の自由端部との間
の前記液体の流れを生じさせず、前記自由端部が前記第
１の位置から前記第２の位置へ移動する際に、前記スト
ッパと前記可動部材の自由端部との間の前記液体の流れ
を促進させることを特徴とする。

【００２１】以上本発明によれば、気泡発生手段によっ
て気泡が発生した初期で気泡が略等方成長している期間
内に、直ちに液流路と液体供給口との連通状態が可動部
材によって遮断されるため、気泡発生領域での気泡成長
による圧力波が液体供給口側および共通液体供給室側に
伝播されず、その大部分が吐出口側に向けられ、吐出パ
ワーが飛躍的に向上する。また、記録紙などに高速に定
着させたり、黒とカラーの境界での滲みを解消するため
に、記録液に高粘度のものを使う場合でも、吐出パワー
の飛躍的向上により良好に吐出することができる。ま
た、記録時の環境変化、特に低温・低湿環境下では吐出
口においてインク増粘領域が増え、使用開始時に正常に
インクが吐出されない場合があるが、本発明では一発目
から良好に吐出できる。また、吐出パワーが飛躍的に向
上したので、気泡発生手段として用いる発熱体のサイズ
を縮小したりして、吐出のために投入するエネルギーを
減らすこともできる。

【００２２】また、気泡発泡領域での気泡成長による圧
力波が液体供給口および共通液体供給室側に伝播されな
いことで、共通液体供給室側への液体の移動がほとんど
ないので、液滴吐出後の吐出口におけるメニスカスの後
退量が最小化できる。その結果、吐出後、メニスカスが
初期状態に復帰する時間が非常に早くなる、すなわち、
液流路への定量のインク補充（リフィル）が完了する時
間が早くなるので、高精度（定量）のインク吐出を実施
するにあたり吐出周波数（駆動周波数）をも飛躍的に向
上させることができる。

【００２３】特に、本発明は、液体供給口を構成する部
材の吐出口側の側面に、可動部材が液体供給口を閉じて
いる状態でも液体供給口と液流路とを連通させる微少な
スリットを備えており、気泡発生手段によって発生した
気泡のうちの吐出口側の部分が成長し、液体供給口側の
部分が収縮している期間（部分成長部分収縮期間）の初
期に、可動部材の自由端が液体供給口からわずかに開い
てスリット部近傍に先行して液体の流れを生じ始める。
そして、その流れの慣性力を利用することで、スリット
が形成されていない構成の液体吐出ヘッドに比べてより
早いタイミングで可動部材の変位を開始させることがで
きるため、リフィル速度をより向上させることができ
る。加えて、部分成長部分収縮期間から既に、スリット
を通って液体供給口から液流路に少しずつ液体をリフィ
ルさせ始めることができるので、吐出液滴が切り離され
た後のメニスカスの後退量をより小さくすることができ
る。これにより、メニスカスの振動収束性が一層良好に
なり、リフィル周波数を向上させることができる。

【００２４】また、気泡発生領域での気泡成長が、吐出
口側に大きく成長し、液体供給口側への成長を抑制して
いることから、消泡点が気泡発生領域の中心付近から吐
出口側の部分に位置し、かつ、発泡パワーを維持しなが
ら、消泡力を低減できることにより、気泡発生領域の消
泡力による発熱体の機械的・物理的破壊寿命を大きく向
上させることができる。

【００２５】本発明のその他の効果については、各実施
形態の記載から理解できよう。

【００２６】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。

【００２７】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。

【００２８】

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

【００２９】（第１の実施の形態）図１は本発明の第１
の実施の形態による液体吐出ヘッドの１つの液流路方向
に沿った断面図、図２は図１のＸ−Ｘ’線断面図、図３
は図１の吐出口中心からＹ１点で天板２側へシフトした
Ｙ−Ｙ’線断面図である。

【００３０】図１〜図３に示す複数液路−共通液室形態
の液体吐出ヘッドでは、素子基板１と天板２とが液路側
壁１０を介して積層状態で固着され、両板１，２の間に
は、一端が吐出口７と連通した液流路３が形成されてい
る。この液流路３は１個のヘッドに多数設けられてい
る。また、素子基板１には各々の液流路３に対し、液流
路３に補充された液体に気泡を発生させる気泡発生手段
としての電気熱変換素子等の発熱体４が配されている。
発熱体４と吐出液との接する面の近傍領域には、発熱体
４が急速に加熱されて吐出液に発泡が生じる気泡発生領
域１１が存在する。

【００３１】多数の液流路３の各々に、供給部形成部材
５Ａに形成された液体供給口５が配設され、各液体供給
口５に連通する共通液体供給室６が設けられている。つ
まり、単一の共通液体供給室６から多数の液流路３に分
岐した形状となっており、各液流路３と連通する吐出口
７から吐出された液体に見合う量の液体をこの共通液体
供給室６から受け取る。

【００３２】液体供給口５と液流路３との間には、可動
部材８が液体供給口５の開口領域Ｓに対して微小な隙間
α（例えば１０μｍ以下）を有して略平行に設けられて
いる。可動部材８の少なくとも自由端部及びそれに連続
する両側部で囲まれる領域が液体供給口５の開口領域Ｓ
よりも大きくなっており（図３参照）、かつ、可動部材
８の側部と両側の流路側壁１０のそれぞれとの間は微小
な隙間βを有する（図２参照）。前述した供給部形成部
材５Ａは、可動部材８に対して、図２に示すように隙間
γを介している。隙間β，γは、流路のピッチによって
異なるが、隙間γが大きければ可動部材８は開口領域Ｓ
を遮断し易く、隙間βが大きければ可動部材８は隙間α
を介して位置する定常状態よりも消泡に伴って素子基板
１側へ移動し易くなる。本実施形態では、隙間αは３μ
ｍ、隙間βは３μｍ、隙間γは４μｍとした。また、可
動部材８は、流路側壁１０の間の幅方向で、上記開口領
域Ｓの幅Ｗ２よりも大きい幅Ｗ１を有しており、開口領
域Ｓを十分閉じられる幅を有している。可動部材８の支
持端８Ａは、複数の可動部材が複数液路に交差する方向
に関して連続している連続部の自由端側の端部延長線上
で、液体供給口５の開口領域Ｓの上流側端部を規定する
（図３参照）。本実施形態では、図２及び図３に示すよ
うに液流路側壁１０自体の厚みよりも、供給部形成部材
５Ａの可動部材８に沿っている部分の厚みが小さく設定
しており、流路壁１０に対して供給部形成部材５Ａが積
層されている。なお、供給部形成部材５Ａの可動部材の
自由端８Ｂよりも吐出口７側は、図３に示すように液流
路壁１０自体の厚みに対して同じ厚さに設定されてい
る。以上により可動部材８は液流路３内で摩擦抵抗なく
可動できる一方で、開口領域Ｓ側への変位は開口領域Ｓ
の周辺部で規制できる。これにより、開口領域Ｓを実質
的に塞いで液流路３内部から共通液体供給室６への液流
を防ぐことが可能となる一方で、気泡の消泡に伴って、
液流路側へ実質閉じた状態からリフィル可能状態へ移動
可能となる。また本実施形態では、可動部材８は素子基
板１に対しても素子基板１に平行に位置する。そして可
動部材８の端部８Ｂは素子基板１の発熱体４側に位置す
る自由端であり、その他端側は固定部材９に支持されて
いる。また、この固定部材９によって液流路３の吐出口
７と反対側端を閉じている。

【００３３】さらに、本実施形態では、液体供給口５を
形成する供給部形成部材５Ａの吐出口７側側面に、スリ
ットＳＬが形成されている。このスリットは、可動部材
８の自由端８Ｂが供給部形成部材５Ａの縁に接触してい
る状態でも液体供給口５と液流路３とを連通させる微少
な隙間を構成するものである。

【００３４】なお、開口領域Ｓは、液体供給口５から液
流路３に向かって液体を供給する実質的な領域であり、
本実施形態においては図１及び図３に示すように液体供
給口５の３辺と固定部材９の端部９Ａで囲まれた領域で
ある。

【００３５】また、図４に示すように本実施形態におい
ては、電気熱変換体としての発熱体４と吐出口７との間
は弁のような障害物は無く、液流に対し直線的な流路構
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７と発熱体４、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（図４参
照）。

【００３６】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。図５〜図７は図１〜図３
に示した構造の液体吐出ヘッドの吐出動作を説明するた
めに、液体吐出ヘッドを液流路方向に沿った切断図で示
すとともに、特徴的な現象を図５〜図７の６工程に分け
て示したものである。また図５〜図７において符号Ｍは
吐出液が形成するメニスカスを表している。

【００３７】図５（ａ）では、発熱体４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。この状態では、液体供
給口５と液流路３との間に設けられた可動部材８と、液
体供給口５の形成面との間には微小な隙間（１０μｍ以
下）が存在している。

【００３８】図５（ｂ）では、液流路３を満たす液体の
一部が発熱体４によって加熱され、発熱体４上に膜沸騰
が起こり気泡２１が等方的に成長した状態を示す。ここ
で、「気泡成長が等方的」とは、気泡表面の所々におい
て気泡表面の垂線方向を向いた気泡成長速度がそれぞれ
ほぼ等しい大きさである状態をいう。

【００３９】この気泡発生初期の、気泡２１の等方的な
成長過程において、可動部材８が液体供給口５の周辺部
と密着して液体供給口５を塞ぎ、液流路３内が、吐出口
７を除いて実質的に閉じた状態になる。この時、可動部
材８の自由端が、液体供給口５側に最大変位する量をｈ
１とする。

【００４０】図６（ａ）は気泡２１が成長し続けている
状態を示す。この状態では、上述のように液流路３内
が、吐出口７を除いて実質的に閉じた状態になっている
ので、液体の流れは液体供給口５側にはほとんど行かな
い。そのため、気泡は、吐出口７側へは大きく広がるこ
とができるが、液体供給口５側へはあまり広がらない。
そして、気泡発生領域１１の吐出口７側では気泡成長は
続くが、逆に、気泡発生領域１１の液体供給口５側では
気泡成長が止まってしまう。つまり、この気泡成長停止
状態が、気泡発生領域１１の液体供給口５側では、最大
発泡状態になっている。この時の発泡体積をＶｒとす
る。

【００４１】なお、本実施形態では、供給部形成部材５
Ａの吐出口７側側面にスリットが形成されているので、
可動部材８が液体供給口５の周辺部と密着したときの略
閉じた状態での密閉度が低下して、気泡成長時に液体が
液流路３から液体供給口５へ移動し、吐出効率が低下し
てしまうことが懸念される。しかしながら、スリットの
大きさ（幅および長さ）を、スリットにおける流抵抗が
吐出口７における流抵抗よりも十分に大きくなるように
設定すれば、液流路３から液体供給口５への液体の移動
を無視できる程度に抑えることができるため、吐出効率
が低下することはない。また、本実施形態の構成では、
吐出口７が発熱体４から直線連通状態にある一方、スリ
ットは気泡の成長方向に関して液体供給口５と直線連通
状態にない。そのため、発熱体４上に発生した気泡の発
泡圧力波は吐出口７側には安定して伝搬するが、スリッ
トを通って液体供給口５側に伝搬することはほとんどな
い。このことからも、液流路３から液体供給口５への液
体の移動はほとんどなく、吐出効率が低下することはな
いと言える。

【００４２】ここで、図５（ａ），（ｂ）及び図６
（ａ）における気泡の成長過程を図８に基づき詳述す
る。図８（ａ）に示すように発熱体が加熱されると発熱
体上に初期沸騰が生じ、その後図８（ｂ）に示すように
発熱体上を膜状の気泡が覆う膜沸騰に変化する。そして
膜沸騰状態の気泡は図８（ｂ）〜図８（ｃ）に示すよう
に等方的に成長し続ける（このように等方的に気泡成長
している状態は半ピュロー状態と呼ばれる。）。ところ
が、図５（ｂ）に示したように液流路３内が、吐出口７
を除いて実質的に閉じた状態になると、上流側への液移
動ができなくなるため、半ピュロー状の気泡において上
流側（液体供給口側）の気泡の一部があまり成長できな
くなり、残りの下流側（吐出口側）の部分が大きく成長
する。この状態を表したのが、図６（ａ）や図８
（ｄ）、（ｅ）である。

【００４３】ここで説明の便宜上、発熱体４を加熱して
いるとき、発熱体４上において気泡が成長しない領域を
Ｂ領域とし、気泡が成長する吐出口７側の領域をＡ領域
とする。なお、図８（ｅ）に示すＢ領域では、発泡体積
が最大となっており、このときの発泡体積をＶｒとし
た。

【００４４】次に図６（ｂ）は、Ａ領域では気泡成長が
続いており、Ｂ領域では気泡収縮が始まっている状態
（部分成長部分収縮期間（図９参照））を示す。この状
態では、Ａ領域では吐出口側に向けて気泡が大きく成長
していく。そして、Ｂ領域における気泡の体積は減少し
始める。そして、可動部材８の自由端は、その剛性によ
る復元力やＢ領域における気泡の消泡力で定常状態位置
へと下方変位し始める。これにより、まず、当該期間の
初期に、可動部材８の自由端が液体供給口５からわずか
に開いて、スリット部近傍で先行して液体の流れが生じ
始める。このようにスリット部において液体の流れを生
じさせ、その流れの慣性力を利用することで、スリット
が形成されていない構成の液体吐出ヘッドに比べてより
早いタイミングで可動部材８の変位を開始させることが
でき、その結果、リフィル速度を向上させることができ
る。

【００４５】ここで、上述した液体の流れについて詳細
に説明する。

【００４６】まず、可動部材８が変位をして他の部材
（いわゆるストッパ機能を持つもの）に接触（ここで
「接触」とは界在している液体が不動状態になっている
状態を含む）し、液体の流れが生じない略密閉状態にお
いて、可動部材８が接触している部材の可動部材８の自
由端８Ｂ近傍には、可動部材８が接触し閉じた状態にな
っている部分（接触部）と、微少な空隙を有している部
分（空隙部）とがある。接触部で可動部材８が接触して
いる状態では、その空隙部は、液体の流れがほとんど生
じないような微少な大きさ（目安として例えば２μｍ²
以下）となっている。次に、可動部材８が変位し、可動
部材８と可動部材８が接触していた他の部材とがわずか
な間隙を有して非接触状態に移行したとき、まだ接触部
と可動部材８との間隙は微少であるために、まだ液体の
流れが生じない。しかしながら、空隙部と可動部材８と
の間隙は、接触部と可動部材８との間隙より大きくなっ
ており、その部分から液体が流れ始める。一度液体の流
れが生じると液体の慣性力により可動部材８の変位速度
が増加し、さらに液体の流れが生じるようになる。

【００４７】つまり、可動部材８を変位させて他の部材
と接触させ、液体の流れが生じないような略密閉状態を
形成する場合に、可動部材８の自由端８Ｂが接触する部
分に接触部と空隙部とを形成することにより、略密閉状
態から可動部材８が変位し非接触状態に移行し液体の流
れが生じ始めるまでの時間が短くなる。

【００４８】図７（ａ）は、気泡２１がほぼ最大に成長
した状態を示す。この状態では、Ａ領域において気泡が
最大に成長し、これに伴ってＢ領域における気泡はほと
んど無くなる。この時のＡ領域での最大気泡体積をＶｆ
とする。また、吐出口７から吐出しつつある吐出滴２２
は、長い尾引きの状態でメニスカスＭと未だ繋がってい
る。

【００４９】図７（ｂ）は、気泡２１の成長は止まり消
泡工程のみの段階であって、吐出滴２２とメニスカスＭ
が分断された状態を示す。Ａ領域で気泡成長から消泡に
変わった直後は、気泡２１の収縮エネルギーは全体バラ
ンスとして吐出口７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７から液流路３内に引き込まれ、吐出液滴２２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。その一方で、気泡の収縮に伴い、共通液体供給室６
から液体供給口５を介して液体が急速に大きな流れとな
って液流路３内へ流れ込む。この時に可動部材８の自由
端が気泡発生領域１１側に最大変位する量をｈ２とす
る。これにより、メニスカスＭを液流路３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は比較
的低速で発泡前の位置へ戻り始めるので、本発明に係る
可動部材を備えていない液体吐出方式に比べてメニスカ
スＭの振動の収束性が非常に良い。加えて、本実施形態
によれば、気泡の部分成長部分収縮期間の初期から既
に、液体が供給部形成部材５Ａの吐出口７側側面に形成
されたスリットを通って液体供給口５から液流路３に少
しずつリフィルされ始めているので、吐出液滴２２が切
り離された後のメニスカスＭの後退量をより小さくする
ことができる。これにより、メニスカスＭの振動収束性
が一層良好になり、リフィル周波数を向上させることが
できる。

【００５０】最後に、気泡２１が完全に消泡すると、可
動部材８も図５（ａ）に示した定常状態位置に復帰す
る。この状態へは、可動部材８はその弾性力により上方
変位する（図７（ｂ）の実線の矢印方向）。また、この
状態では、メニスカスＭはすでに吐出口７近傍で復帰し
ている。

【００５１】次に、図５〜図７におけるＡ領域とＢ領域
での気泡体積の時間変化と可動部材の挙動との相関関係
を図９を参照して説明する。図９はその相関関係を表し
たグラフであり、曲線ＡはＡ領域における気泡体積の時
間変化を示し、曲線ＢはＢ領域における気泡体積の時間
変化を示す。

【００５２】図９に示すように、Ａ領域での気泡の成長
体積の時間変化は極大値をもつ放物線を描く。つまり、
発泡開始されてから消泡までにおいて気泡体積は時間経
過とともに増大しある時点で最大となり、その後減少す
る。一方、Ｂ領域については、Ａ領域の場合と比べ、発
泡開始されてから消泡までに要する時間が短く、また気
泡の最大成長体積も小さく、最大成長体積に達する時間
も短い。つまり、Ａ領域とＢ領域とでは、発泡開始され
てから消泡までに要する時間と気泡の成長体積変化とが
大きく異なっていて、Ｂ領域の方が小さい。

【００５３】特に図９において、気泡の発生初期は同じ
時間変化で気泡体積が増大するため、曲線Ａと曲線Ｂが
重なってる。つまり、気泡の発生初期は気泡が等方的に
成長している（半ピュロー状の）期間が生じている。そ
の後、曲線Ａが極大点まで増大する曲線を描くものの、
ある時点で曲線Ｂは曲線Ａから分岐し、気泡体積が減少
する曲線を描く。つまり、Ａ領域では気泡の体積が増加
するものの、Ｂ領域では気泡体積が減少する期間（部分
成長部分収縮期間）が生じる。

【００５４】そして、上記のような気泡成長の仕方に基
づき、図１に示したように発熱体の一部分を可動部材の
自由端が覆った形態では、可動部材は次のような挙動を
生じる。すなわち、図９のの期間では可動部材が液体
供給口に向かって上方変位している。同図の期間では
可動部材が液体供給口に密着し、液流路内が吐出口を除
いて実質的に閉じた状態となる。この閉じた状態の開始
は気泡が等方的に成長している期間で行われる。次に同
図の期間では、可動部材が定常状態位置に向かって下
方変位している。この可動部材による液体供給口の開放
開始は部分成長部分収縮期間開始から一定時間経過後に
行われる。次に同図の期間では、可動部材が定常状態
からさらに下方変位している。次に同図の期間では、
可動部材の下方変位がほぼ停止し、可動部材が開放位置
で平衡状態になっている。最後に同図の期間では、可
動部材が定常状態位置に向かって上方変位している。

【００５５】このような気泡成長と可動部材の挙動との
相関関係は、可動部材と発熱体との相対位置に影響され
る。そこで、図１０および図１１を参照し、本形態と異
なる相対位置の可動部材と発熱体を備えた液体吐出ヘッ
ドにおける気泡成長と可動部材の挙動との相関関係を説
明する。

【００５６】図１０は、発熱体全体を可動部材の自由端
が覆った形態における気泡成長と可動部材の挙動との相
関関係を説明するための図で、（ａ）はその形態を、
（ｂ）はその相関関係のグラフを示している。図１０の
（ａ）で示す形態のように発熱体と可動部材が重なって
いる面積が大きいと、図１０のの期間が図１の形態の
場合と比べて短時間となり、発熱体を加熱してから短時
間で閉じた状態になるので、より好ましい。なお、図１
０の〜の各期間の可動部材の挙動は図９に基づいて
説明した挙動と同じである。また図１０の形態をとる
と、可動部材が気泡の体積減少の影響を受けやすくなる
ため、同図の期間開始時点から判るように、可動部材
による液体供給口の開放開始は部分成長部分収縮期間開
始から即座に行われる。つまり、可動部材の開放タイミ
ングが図１の形態の場合と比べて早い。同様の理由で、
可動部材８の振幅が大きくなる。

【００５７】また図１１は、発熱体と可動部材が離れて
いる形態における気泡成長と可動部材の挙動との相関関
係を説明するための図で、（ａ）はその形態を、（ｂ）
はその相関関係のグラフを示している。図１１の（ａ）
で示す形態のように発熱体と可動部材とが離れている
と、可動部材が気泡の体積減少の影響を受けにくいた
め、同図の期間開始時点から判るように、可動部材に
よる液体供給口の開放開始は部分成長部分収縮期間開始
からかなり遅れて行われる。つまり、可動部材の開放タ
イミングが図１の形態の場合と比べて遅い。同様の理由
で、可動部材の振幅が小さくなる。なお、図１１の〜
の各期間の可動部材の挙動は図９に基づいて説明した
挙動と同じである。

【００５８】なお、上記可動部材８と発熱体４との位置
関係は一般的な動作の説明をしたもので、可動部材の自
由端の位置、可動部材の剛性などによって各動作は異な
ってくるものである。

【００５９】また、図９〜図１１から判るように、気泡
発生領域１１の吐出口７側で成長する気泡（Ａ領域の気
泡）の最大時の体積をＶｆとし、気泡発生領域１１の液
体供給口５側で成長する気泡（Ｂ領域の気泡）の最大時
の体積をＶｒとすると、Ｖｆ＞Ｖｒの関係が本発明のヘ
ッドでは常に成り立っている。さらに、気泡発生領域１
１の吐出口７側で成長する泡（Ａ領域の泡）のライフタ
イム（泡の発生から消泡までの時間）をＴｆとし、気泡
発生領域１１の液体供給口５側で成長する泡（Ｂ領域の
泡）のライフタイムをＴｒとすると、Ｔｆ＞Ｔｒの関係
が本発明のヘッドでは常に成り立つ。そして、上記のよ
うな関係となるため、気泡の消泡点は、気泡発生領域１
１の中心付近より吐出口７側に位置することとなる。

【００６０】さらに本ヘッド構成では、図５（ｂ）及び
図７（ｂ）からも判るように、気泡の発生初期に可動部
材８の自由端が液体供給口５側に最大変位する量ｈ１よ
りも、気泡の消泡と共に可動部材８の自由端が気泡発生
手段４側に最大変位する量ｈ２の方が大きいという関係
（ｈ１＜ｈ２）にある。例えばｈ１は２μｍ、ｈ２は１
０μｍである。この関係が成り立つことにより、発泡初
期での発熱体後方（吐出口に対して反対方向）への泡の
成長を抑制し、発熱体前方（吐出口に向かう方向）への
泡の成長をより促進させることができる。この事によっ
て、発熱体で生じる発泡パワーを、液体が吐出口から飛
翔する液滴の運動エネルギーへ変換させる効率を向上さ
せることができる。

【００６１】以上のように本実施形態のヘッド構成及び
液体吐出動作について説明したが、このような形態によ
れば、気泡の下流側への成長成分と上流側への成長成分
が均等ではなく、上流側への成長成分がほとんどなくな
り上流側への液体の移動が抑制される。上流側への液体
の流れが抑制されるため、上流側に気泡成長成分が損失
することなくそのほとんどが吐出口の方向に向けられ、
吐出力が格段に向上する。さらに、吐出後のメニスカス
の後退量が減少し、その分リフィル時にメニスカスがオ
リフィス面よりも突出する量も減少する。そのためメニ
スカス振動が抑制されることとなり、低周波数から高周
波数まであらゆる駆動周波数に於て安定した吐出を行う
ことができる。

【００６２】［変形例］図１２は図１に示した液体吐出
ヘッドの変形例の１つの液流路方向に沿った断面図、図
１３は図１２のＸ−Ｘ’線断面図、図１４は図１２の吐
出口中心からＹ１点で天板２側へシフトしたＹ−Ｙ’線
断面図である。

【００６３】本変形例の液体吐出ヘッドは、供給部形成
部材５Ａの吐出口７側側面に形成されたスリットの大き
さが、図１に示した液体吐出ヘッドと異なっている。本
変形例におけるスリットは、高さ方向（図１２のＸ−
Ｘ’方向）に関して供給部形成部材５Ａの下面から上面
にわたって突き抜けた状態に形成されており、図１に示
した液体吐出ヘッドにおけるスリットと比べて高さが高
くなっている。その一方で、本変形例のスリットの隙間
幅は図１のスリットに比べて狭くなっている。そのた
め、本変形例のスリットにおける流抵抗も、図１のスリ
ットにおける流抵抗と同程度となっている。なお、本変
形例の液体吐出ヘッドのその他の構成は、図１に示した
ものと同じである。

【００６４】本変形例の液体吐出ヘッドによっても、図
１の液体吐出ヘッドと同様に、可動部材８の変位開始タ
イミングが早くなることによりリフィル速度が向上し、
また液滴吐出後のメニスカスＭの後退量をより小さくす
ることができることにより、メニスカスＭの振動収束性
が一層良好になり、リフィル周波数を向上させることが
できる。

【００６５】本変形例のスリットは、高さ方向に関して
供給部形成部材５Ａの下面から上面にわたって突き抜け
た状態に形成されている。そのため、スリットの形成工
程においてスリットの高さを管理する必要がないので、
本変形例の液体吐出ヘッドは、スリットが所定の高さに
管理されている図１等の液体吐出ヘッドに比べて、製造
工程を簡素化することができるという利点がある。

【００６６】（第２の実施の形態）第１の実施の形態の
ヘッド構造においては図１及び図３に示したように、可
動部材８の、固定部材９に対して未接合となる（すなわ
ち、屈曲して立ち上がる）位置が固定部材９の端部９Ａ
とは同じでない為、開口領域Ｓは、液体供給口５の３辺
と固体部材９の端部９Ａで囲まれた領域となったが、図
１５及び図１６に示す形態のように、可動部材８の固定
部材９からの屈曲立ち上がり位置を固定部材９の端部９
Ａとしてもよい。この形態の場合には、開口領域Ｓは図
１５及び図１６に示すように、液体供給口５の３辺と可
動部材８の支点部８Ａとで囲まれた領域となる。

【００６７】また、第１の実施の形態のヘッド構造にお
いて液体供給口５は図３に示したように４つの壁面で囲
まれた開口としたが、図１７及び図１８に示す形態のよ
うに、供給部形成部材５Ａ（図１参照）のうち、吐出口
７側とは反対の液体供給室６側の壁面が開放されていて
もよい。この形態の場合には、第１の実施の形態と同
様、開口領域Ｓは図１７及び図１８に示すように、液体
供給口５の３辺と固定部材９の端部９Ａとで囲まれた領
域となる。

【００６８】（第３の実施の形態）次に、第３の実施の
形態による液体吐出ヘッドを図１９を参照して説明す
る。図１９に示す形態の液体吐出ヘッドでは、素子基板
１と天板２とが接合され、両板１，２の間には、一端が
吐出口７と連通し他端が閉じられた液流路３が形成され
ている。

【００６９】液流路３に液体供給口５が配設され、液体
供給口５に連通する共通液体供給室６が設けられてい
る。

【００７０】液体供給口５と液流路３との間には、可動
部材８が液体供給口５の開口領域に対して微小な隙間α
（例えば１０μｍ以下）を有して略平行に設けられてい
る。可動部材８の少なくとも自由端部及びそれに連続す
る両側部で囲まれる領域が液体供給口５の液流路に対す
る開口領域Ｓよりも大きくなっており、かつ、可動部材
８の側部と液流路側壁１０との間は微小な隙間βを有す
る。これにより可動部材８は液流路３内で摩擦抵抗なく
可動する一方で、開口領域側への変位は開口領域Ｓの周
辺部で規制され、液体供給口５を実質的に塞いで液流路
３から共通液体供給室６への液流を防ぐことが可能にな
る。また本実施形態では、可動部材８は素子基板１に対
向に位置する。そして可動部材８の一端は素子基板１の
発熱体４側に変位する自由端であり、その他端側は支持
部９Ｂに支持されている。

【００７１】（その他の実施の形態）以下、本発明の液
体吐出原理を用いたヘッドに好適な様々な形態例を説明
する。

【００７２】＜サイドシュータタイプ＞図２０はいわゆ
るサイドシュータタイプの液体吐出ヘッドの断面図を示
したものである。この説明において、第１の実施の形態
と同一の構成要素には同一符号を用いる。この形態の液
体吐出ヘッドは、図２０に示すように発熱体４と吐出口
７が平行平面上で対面し、液流路３が、吐出口７からの
液体の吐出方向に沿った軸方向と直角に連通している点
で、第１の実施の形態と異なっている。このような液体
吐出ヘッドにおいても第１の実施の形態と同様の吐出原
理に基づく効果を奏する。

【００７３】＜可動部材＞上述の実施形態において、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。

【００７４】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としてはμｍオーダーの厚さを対象
にしている。

【００７５】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。

【００７６】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２
１の破線に示すように、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。これに対し、本発明の液体吐出ヘッドは、気泡発
生手段を含む液流路が吐出口を除いて実質的に遮蔽され
ていることで最大の吐出量が規制されるため、図２１の
実線で示すように、発熱体面積や発泡パワーのばらつき
が大きくても吐出量が変化しない領域があり、この領域
を利用することにより大ドットの吐出量安定化が図れ
る。

【００７７】＜素子基板＞以下に液体に熱を与えるため
の発熱体１０が設けられた素子基板１の構成について説
明する。

【００７８】図２２は本発明の液体吐出ヘッドの要部の
側断面図を示したもので、図２２（ａ）は後述する保護
膜があるヘッド、図２２（ｂ）は保護膜がないものであ
る。素子基板１上には天板２が配され、素子基板１と天
板２の間に液流路３が形成されている。

【００７９】素子基板１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１０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
２２（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１０
５に電流を流し発熱させる。配線電極１０４間の抵抗層
１０５上には、酸化シリコンやチッ化シリコン等の保護
膜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１０５を保護している。

【００８０】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。

【００８１】また、液体、流路構成、抵抗材料の組み合
わせにより、上述の抵抗層１０５に保護膜１０３を必要
としない構成でもよくその例を図２２（ｂ）に示す。こ
のような保護膜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。

【００８２】このように、前述の各実施形態における発
熱体４の構成としては、前述の電極１０４間の抵抗層１
０５（発熱部）だけででもよく、また抵抗層１０５を保
護する保護膜１０３を含むものでもよい。

【００８３】各実施形態においては、発熱体４として電
気信号に応じて発熱する抵抗層１０５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、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。

【００８４】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１０５に電気信
号を供給するための配線電極１０４で構成される発熱体
１０の他に、この発熱体４（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。

【００８５】また、前述のような素子基板１に設けられ
ている発熱体４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
２３に示されるような矩形パルスを印加し、配線電極１
０４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７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。

【００８６】＜吐出液体＞このような液体のうち、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。

【００８７】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
体などであっても利用できる。

【００８８】ただし、吐出液の性質として吐出液自身、
吐出や発泡または可動部材の動作などを妨げないような
液体でないことが望まれる。

【００８９】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。

【００９０】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。

【００９１】

【表１】 ＜液体吐出装置＞図２４は、上述の各種の実施形態で説
明した構造の液体吐出ヘッドを装着して適用することの
できる液体吐出装置の一例であるインクジェット記録装
置の概略構成を示している。図２４に示されるインクジ
ェット記録装置６００に搭載されたヘッドカートリッジ
６０１は、上述した構造の液体吐出ヘッドと、その液体
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
するものである。ヘッドカートリッジ６０１は、図２４
に示すように、駆動モータ６０２の正逆回転に連動して
駆動力伝達ギヤ６０３および６０４を介して回転するリ
ードスクリュー６０５の螺旋溝６０６に対して係合する
キャリッジ６０７上に搭載されている。駆動モータ６０
２の動力によってヘッドカートリッジ６０１がキャリッ
ジ６０７ともとにガイド６０８に沿って矢印ａおよびｂ
の方向に往復移動される。インクジェット記録装置６０
０には、ヘッドカートリッジ６０１から吐出されたイン
クなどの液体を受ける被記録媒体としてのプリント用紙
Ｐを搬送する被記録媒体搬送手段（不図示）が備えられ
ている。その被記録媒体搬送手段によってプラテン６０
９上を搬送されるプリント用紙Ｐの紙押さえ板６１０
は、キャリッジ６０７の移動方向にわたってプリント用
紙Ｐをプラテン６０９に対して押圧する。

【００９２】リードスクリュー６０５の一端の近傍に
は、フォトカプラ６１１および６１２が配設されてい
る。フォトカプラ６１１および６１２は、キャリッジ６
０７のレバー６０７ａの、フォトカプラ６１１および６
１２の領域での存在を確認して駆動モータ６０２の回転
方向の切り換えなどを行うためのホームポジション検知
手段である。プラテン６０９の一端の近傍には、ヘッド
カートリッジ６０１の吐出口のある前面を覆うキャップ
部材６１４を支持する支持部材６１３が備えられてい
る。

【００９３】また、ヘッドカートリッジ６０１から空吐
出などされてキャップ部材６１４の内部に溜まったイン
クを吸引するインク吸引手段６１５が備えられている。
このインク吸引手段６１５により、キャップ部材６１４
の開口部を介してヘッドカートリッジ６０１の吸引回復
が行われる。

【００９４】吸引回復動作が行われると、液体吐出ヘッ
ドの共通液体供給室６、液体供給口５および液流路３内
に溜まっているインクが吐出口７から強制的に排出され
る。これに伴って、液体吐出ヘッドの流路内、特に可動
部材８の下方の領域に滞留している気泡やごみが除去さ
れる。液体吐出ヘッドの流路内、特に液流路３内の可動
部材８の下方の領域に気泡が滞留していると、発熱体４
の上に発生した気泡の発泡パワーが残留気泡の圧縮に費
やされてしまい、液滴の吐出効率が低下してしまう。し
かし、本実施形態のように記録装置にインク吸引手段６
１５を備えることにより、液体吐出ヘッドの流路内、特
に可動部材８の下方の領域に滞留している気泡を除去す
ることができ、液滴の吐出効率が低下することを防止す
ることができる。

【００９５】インクジェット記録装置６００には本体支
持体６１９が備えられている。この本体支持体６１９に
は移動部材６１８が、前後方向、すなわちキャリッジ６
０７の移動方向に対して直角な方向に移動可能に支持さ
れている。移動部材６１８には、クリーニングブレード
６１７が取り付けられている。クリーニングブレード６
１７はこの形態に限らず、他の形態の公知のクリーニン
グブレードであってもよい。さらに、インク吸引手段６
１５による吸引回復操作にあたって吸引を開始するため
のレバー６２０が備えられており、レバー６２０は、キ
ャリッジ６０７と係合するカム６２１の移動に伴って移
動し、駆動モータ６０２からの駆動力がクラッチ切り換
えなどの公知の伝達手段で移動制御される。ヘッドカー
トリッジ６０１に設けられた発熱体に信号を付与した
り、前述した各機構の駆動制御を司ったりするインクジ
ェット記録制御部は記録装置本体側に設けられており、
図２４では示されていない。

【００９６】上述した構成を有するインクジェット記録
装置６００では、前記の被記録媒体搬送手段によりプラ
テン６０９上を搬送されるプリント用紙Ｐに対して、ヘ
ッドカートリッジ６０１がプリント用紙Ｐの全幅にわた
って往復移動する。この移動時に不図示の駆動信号供給
手段からヘッドカートリッジ６０１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部から被記録
媒体に対してインク（記録液体）が吐出され、記録が行
われる。

【００９７】図２５は、本発明の液体吐出装置によりイ
ンクジェット式記録を行なうための記録装置全体のブロ
ック図である。

【００９８】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ーフェイス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（中央処理装
置）３０２に入力される。ＣＰＵ３０２はＲＯＭ（リー
ド・オンリー・メモリー）３０３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ＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリー）３０４
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。

【００９９】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ヘッドカートリッジ６０１を搭
載したキャリッジ６０７を移動する駆動用モータ６０２
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、ヘッドカートリッジ６０１
および駆動用モータ６０２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。

【０１００】このような記録装置に用いられ、インク等
の液体の付与が行われる被記録媒体１５０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。

【０１０１】また、この記録装置として、各種の紙やＯ
ＨＰ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、または布帛に記録を行う捺染装置
等をも含むものである。

【０１０２】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。

【０１０３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、気泡発
生手段によって発生した気泡の全体が略等方成長してい
る期間内に、可動部材が液体供給口を閉じて実質的に遮
断するように構成されているので、気泡発生領域での気
泡成長による圧力波を液体供給口側および共通液体供給
室側に伝播させずに、その大部分を吐出口側に向けるこ
とで、吐出パワーを飛躍的に向上させることが可能にな
った。また、記録紙などに高速に定着させたり、黒とカ
ラーの境界での滲みを解消するために、記録液に高粘度
のものを使う場合でも、吐出パワーの飛躍的向上により
高粘度インクを良好に吐出することができる。また、記
録時の環境変化、特に低温・低湿環境下では吐出口にお
いてインク増粘領域が増え、使用開始時に正常にインク
が吐出されない場合があるが、本発明では一発目から良
好に吐出できる。また、吐出パワーが飛躍的に向上した
ので、気泡発生手段として用いる発熱体のサイズを縮小
したりして、吐出のために投入するエネルギーを減らす
こともできる。

【０１０４】また、気泡発泡領域での気泡成長による圧
力波が液体供給口および共通液体供給室側に伝播されな
いことで、共通液体供給室側への液体の移動がほとんど
ないため、液滴吐出後の吐出口におけるメニスカスの後
退量が最小化できる。その結果、吐出後、メニスカスが
初期状態に復帰する時間が非常に早い、すなわち、液流
路への定量のインク補充（リフィル）が完了する時間が
早いので、高精度（定量）のインク吐出を実施するにあ
たり吐出周波数（駆動周波数）をも飛躍的に向上させる
ことができる。

【０１０５】特に、本発明は、液体供給口を構成する部
材の吐出口側の側面に、可動部材が液体供給口を閉じて
いる状態でも液体供給口と液流路とを連通させる微少な
スリットが形成されているので、部分成長部分収縮期間
の初期に、可動部材の自由端が液体供給口からわずかに
開いてスリット部近傍に先行して液体の流れを生じ始め
る。そして、その流れの慣性力を利用することで、より
早いタイミングで可動部材の変位を開始させることがで
きるため、リフィル速度をより向上させることができ
る。加えて、部分成長部分収縮期間から既に、スリット
を通って液体供給口から液流路に少しずつ液体をリフィ
ルさせ始めることができるので、吐出液滴が切り離され
た後のメニスカスの後退量をより小さくすることができ
る。これにより、メニスカスの振動収束性が一層良好に
なり、リフィル周波数を向上させることができる。

【０１０６】また、気泡発生領域での気泡成長が、吐出
口側に大きく成長し、液体供給口側への成長を抑制して
いることから、消泡点が気泡発生領域の中心付近から吐
出口側の部分に位置し、かつ、発泡パワーを維持しなが
ら、消泡力を低減できることにより、気泡発生領域の消
泡力による発熱体の機械的・物理的破壊寿命を大きく向
上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態による液体吐出ヘッ
ドの１つの液流路方向に沿った断面図である。

【図２】図１のＸ−Ｘ’線断面図である。

【図３】図１のＹ−Ｙ’線断面図である。

【図４】「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〜図３に示した構造の液体吐出ヘッドの吐
出動作を説明するために、液体吐出ヘッドを液流路方向
に沿った切断図で示すとともに、特徴的な現象を分けて
示したものである。

【図６】図５の続きの吐出動作を説明するために、液体
吐出ヘッドを液流路方向に沿った切断図で示したもので
ある。

【図７】図６の続きの吐出動作を説明するために、液体
吐出ヘッドを液流路方向に沿った切断図で示したもので
ある。

【図８】図５（ｂ）の気泡の等方的な成長状態を示す図
である。

【図９】図５〜図７におけるＡ領域とＢ領域での気泡成
長の時間変化と可動部材の挙動との相関関係を表したグ
ラフである。

【図１０】図１に示した可動部材と発熱体の相対位置と
は異なる形態の液体吐出ヘッドにおける、気泡成長の時
間変化と可動部材の挙動との相関関係を表したグラフで
ある。

【図１１】図１に示した可動部材と発熱体の相対位置と
は異なる形態の液体吐出ヘッドにおける、気泡成長の時
間変化と可動部材の挙動との相関関係を表したグラフで
ある。

【図１２】図１に示した液体吐出ヘッドの変形例の１つ
の液流路方向に沿った断面図である。

【図１３】図１２のＸ−Ｘ’線断面図である。

【図１４】図１２の吐出口中心からＹ１点で天板２側へ
シフトしたＹ−Ｙ’線断面図である。

【図１５】本発明の第２の実施の形態の第１変形例によ
る液体吐出ヘッドの１つの液流路方向に沿った断面図で
ある。

【図１６】図１５のＹ−Ｙ’線断面図である。

【図１７】本発明の第２の実施の形態の第２変形例によ
る液体吐出ヘッドの１つの液流路方向に沿った断面図で
ある。

【図１８】図１７のＹ−Ｙ’線断面図である。

【図１９】本発明の第３の実施の形態による液体吐出ヘ
ッドを示す図である。

【図２０】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の例を説明するための図である。

【図２１】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２２】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２３】本発明に使用する発熱体を駆動する波形の図
である。

【図２４】本発明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２５】本発明の液体吐出方法および液体吐出ヘッド
において液体吐出記録を行なうための装置全体のブロッ
ク図である。

【図２６】従来の液体吐出ヘッドにおける可動部材の様
子を示す断面図である。

【符号の説明】

１ 素子基板 ２ 天板 ３ 液流路 ４ 発熱体（気泡発生手段） ５ 液体供給口 ６ 共通液体供給室 ７ 吐出口 ８ 可動部材 ９ 固定部材 １０ 流路側壁 １１ 気泡発生領域 ２１ 気泡 ２２ 吐出滴 ２５ Ａｌ膜パターン ２６，２９，３７，３８ ＳｉＮ膜 ３００ ホストコンピュータ ３０１ 入出力インターフェイス ３０２ ＣＰＵ ３０３ ＲＯＭ ３０４ ＲＡＭ ３０５ モータドライバ ３０７ ヘッドドライバ ６００ インクジェット記録装置 ６０１ ヘッドカートリッジ ６０２ 駆動モータ ６０３，６０４ 駆動伝達ギア ６０５ リードスクリュー ６０６ 螺旋溝 ６０７ キャリッジ ６０７ａ レバー ６０８ ガイド ６０９ プラテン ６１０ 紙押さえ板 ６１１，６１２ フォトカプラ ６１３ 支持部材 ６１４ キャップ部材 ６１５ インク吸引手段 ６１７ クリーニングブレード ６１８ 移動部材 ６１９ 本体支持体 ６２０ レバー ６２１ カム α，β 隙間 ＳＬ スリット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 竹之内 雅典 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 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B41J 2/05

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液体を吐出するための複数の吐出口と、 前記各吐出口に一端部が常に連通され、液体に気泡を発
   生させる気泡発生領域を有する複数の液流路と、 前記気泡を発生し成長させるためのエネルギーを発生す
   る気泡発生手段と、 前記複数の液流路にそれぞれ配設され、共通液体供給室
   と連通する複数の液体供給口と、 前記液体供給口の前記液流路側に対して微小な隙間を隔
   てて支持された自由端を有する可動部材とを有し、 前記可動部材の少なくとも自由端部及びそれに連続する
   両側部で囲まれる領域が前記液体供給口の液流路に対す
   る開口領域よりも大きくなっており、 前記可動部材の自由端は前記液流路内を前記液体供給口
   側と前記気泡発生手段側とに変位するようにされてお
   り、さらに、前記可動部材の自由端の定常位からの変位
   量は前記液体供給口側への変位量よりも前記気泡発生手
   段側への変位量の方が大きくなっており、 前記気泡発生手段によって気泡の全体が略等方成長して
   いる期間内に、前記可動部材が前記液体供給口を閉じて
   実質的に遮断し、 前記液体供給口を構成する部材の前記吐出口側の側面
   に、前記可動部材が前記液体供給口を閉じている状態で
   も前記液体供給口と前記液流路とを連通させる微少なス
   リットが形成されている液体吐出ヘッドの液体吐出方法
   であって、 前記可動部材が前記液体供給口を閉じて実質的に遮断し
   た後、前記気泡発生手段によって発生した気泡のうちの
   前記吐出口側の部分が成長し、前記液体供給口側の部分
   が収縮している期間の初期に、前記液体供給口から前記
   スリットを通して前記液流路へ流れる前記液体の流れを
   生じさせることを特徴とする液体吐出方法。
2. 【請求項２】 前記気泡発生領域における前記吐出口側
   と前記液体供給口側とでは、気泡の成長体積変化と気泡
   の発生から消泡までの時間が大きく異なる、請求項１に
   記載の液体吐出方法。
3. 【請求項３】 前記気泡発生領域が大気に開放されな
   い、請求項１または２に記載の液体吐出方法。
4. 【請求項４】 液体を吐出するための複数の吐出口と、 前記各吐出口に一端部が常に連通され、液体に気泡を発
   生させる気泡発生領域を有する複数の液流路と、 前記気泡を発生し成長させるためのエネルギーを発生す
   る気泡発生手段と、 前記複数の液流路にそれぞれ配設され、共通液体供給室
   と連通する複数の液体供給口と、 前記液体供給口の前記液流路側に対して微小な隙間を隔
   てて支持された自由端を有する可動部材とを有し、 前記可動部材の少なくとも自由端部及びそれに連続する
   両側部で囲まれる領域が前記液体供給口の液流路に対す
   る開口領域よりも大きくなっており、 前記可動部材の自由端は前記液流路内を前記液体供給口
   側と前記気泡発生手段側とに変位するようにされてお
   り、さらに、前記可動部材の自由端の定常位からの変位
   量は前記液体供給口側への変位量よりも前記気泡発生手
   段側への変位量の方が大きくなっており、 前記気泡発生手段によって気泡の全体が略等方成長して
   いる期間内に、前記可動部材が前記液体供給口を閉じて
   実質的に遮断する液体吐出ヘッドであって、 前記液体供給口を構成する部材の前記吐出口側の側面
   に、前記可動部材が前記液体供給口を閉じている状態で
   も前記液体供給口と前記液流路とを連通させる微少なス
   リットが形成されていることを特徴とする液体吐出ヘッ
   ド。
5. 【請求項５】 前記可動部材の自由端の変位量は、前記
   気泡の発生初期に前記液流路内を前記液体供給口側に変
   位する量をｈ１とし、前記気泡の消泡と共に前記液流路
   内を前記気泡発生手段側に変位する量をｈ２とすると、
   常に、ｈ１＜ｈ２の関係を有している、請求項４に記載
   の液体吐出ヘッド。
6. 【請求項６】 請求項４または５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取る
   被記録媒体を搬送する被記録媒体搬送手段とが備えられ
   た液体吐出装置であって、 前記液体吐出ヘッド内の液体を前記吐出口から強制的に
   排出させる吸引回復手段をさらに有することを特徴とす
   る液体吐出装置。
7. 【請求項７】 前記液体吐出ヘッドからインクを吐出
   し、前記被記録媒体に該インクを付着させることで記録
   を行う、請求項６に記載の液体吐出装置。
8. 【請求項８】 可動部材の自由端部をストッパ側に移動
   して、前記ストッパと前記可動部材の自由端部との間の
   液体の流れを略遮断する第１の位置と、前記可動部材の
   自由端部が前記ストッパから離れる方向に移動して、前
   記ストッパと前記可動部材の自由端部との間の前記液体
   の流れを生じさせる第２の位置と、の間を変位する機構
   を備えた流体素子において、 前記ストッパは、前記可動部材の自由端部が対向する部
   分に形成された空隙部を有し、該空隙部は、前記第１の
   位置では前記ストッパと前記可動部材の自由端部との間
   の前記液体の流れを生じさせず、前記自由端部が前記第
   １の位置から前記第２の位置へ移動する際に、前記スト
   ッパと前記可動部材の自由端部との間の前記液体の流れ
   を促進させることを特徴とする流体素子。