JP3517526B2

JP3517526B2 - 液体吐出ヘッドおよび液体吐出装置

Info

Publication number: JP3517526B2
Application number: JP20314996A
Authority: JP
Inventors: 清光工藤; 俊雄樫野; 博之石永; 文吉平; 佳恵中田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1996-07-12
Filing date: 1996-07-12
Publication date: 2004-04-12
Anticipated expiration: 2016-07-12
Also published as: JPH1029322A

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およびこの液体吐出ヘ
ッドを用いた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有する液体吐出ヘッドおよ
びこの液体吐出ヘッドを用いた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
などのプリント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などの装置、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する
ことができる。また、本発明における「プリント」と
は、文字や図形などの意味を持つ画像をプリント媒体に
対して付与することだけでなく、パターンなどの意味を
持たない画像を付与することをも意味するものである。

【０００３】

【従来の技術】熱などのエネルギーをインクに与えるこ
とで、インクに急峻な体積変化（気泡の発生）を伴う状
態変化を生じさせ、この状態変化に基づく作用力によっ
て吐出口からインクを吐出し、これをプリント媒体上に
付着させて画像形成を行なうインクジェットプリント方
法、いわゆるバブルジェットプリント方法が従来知られ
ている。このバブルジェットプリント方法を用いるプリ
ント装置には、米国特許第４, ７２３, １２９号明細書
など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てインクを吐出するためのエネル
ギー発生手段としての発熱体（電気熱変換体）とが一般
的に配されている。

【０００４】このようなプリント方法によると、品位の
高い画像を高速、低騒音でプリントすることができると
共に、このプリント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プリント画像、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プリン
ト方法は近年、プリンタ、複写機、ファクシミリなどの
多くのオフィス機器に利用されており、さらに、捺染装
置などの産業用システムにまで利用されるようになって
きている。

【０００５】このようにバブルジェット技術が多方面の
製品に利用されるに従って、次のような様々な要求が近
年さらに高まっている。

【０００６】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。

【０００７】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などを与えるための
駆動条件が提案されたり、また、高速プリントの観点か
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】この流路形状の内、流路構造として図３４
(a),(b) に示すものが、特開昭６３−１９９９７２号公
報などに記載されている。この公報に記載されている流
路構造やヘッド製造方法は、気泡の発生に伴って発生す
るバック波（吐出口へ向かう方向とは逆の方向へ向かう
圧力、即ち、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。

【０００９】図３４(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。

【００１０】図３４(b) においては、この弁１０は、板
材など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によって制御す
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】ところで、本件特許出願人は、プリント媒
体の幅に略対応して吐出口および電気熱変換体を配列さ
せたラインタイプの液体吐出ヘッドおよびこの吐出ヘッ
ドを用いた液体吐出装置をすでに特許出願している。こ
の出願に開示された液体吐出ヘッドは、複数の電気熱変
換体を設けた複数のヒータボードをベースプレート上に
精度よく並べ、この上に一端部に形成された複数のイン
ク吐出口と、これら吐出口の各々に連通し、かつ一端部
から他端部に向けて形成された複数の溝を有する一体の
天板を、これら複数の溝を塞ぐように複数の電気熱変換
体に対し接合することによって形成されている。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】本件特許出願人が開示
したように、複数のヒータボードを配列した液体吐出ヘ
ッドでは、天板がノズル配列方向にずれ、隣接するヒー
タボードの継ぎ目にノズルが重なったりすると、隣接す
るヒータボードの継ぎ目に発泡パワーがリークする場合
がある。このように、発泡パワーがリークしたノズルの
部分では、その吐出量が減少するため、プリントされる
画像にいわゆる白すじが発生し、プリントの品質が低下
する虞がある。

【００１４】また、上述のようなラインタイプの液体吐
出ヘッドでは、駆動順序などにより、後方クロストーク
の影響で吐出量がばらつき、むらが発生することがあ
り、吐出不良や不吐出、あるいはむらのない良好なプリ
ントを行うことが望まれる。

【００１５】

【発明の目的】本発明の第１の目的は、ラインタイプの
液体吐出ヘッドにおいても高い吐出効率と吐出力とを得
ることができ、かつ画像に白すじのない良好なプリント
を得られる液体吐出ヘッドおよびこの液体吐出ヘッドを
用いた液体吐出装置を提供することにある。

【００１６】本発明の第２の目的は、吐出効率、吐出力
の向上を図りつつ、発熱体上の液体への蓄熱を大幅に軽
減できると共に発熱体上の残留気泡の低減を図ること
で、良好な液体の吐出を行い得る液体吐出ヘッドおよび
この液体吐出ヘッドを用いた液体吐出装置を提供するこ
とにある。

【００１７】本発明の第３の目的は、バック波による液
体供給方向とは逆方向への慣性力が働くのを抑えると同
時に、可動部材の弁機能によってメニスカス後退量を低
減させることでリフィル周波数を高め、印字スピードな
どを向上させた液体吐出ヘッドおよびこの液体吐出ヘッ
ドを用いた液体吐出装置を提供することにある。

【００１８】本発明の第４の目的は、発熱体上への堆積
物を低減すると共に吐出用液の用途範囲を広げることが
でき、しかも吐出効率や吐出力が充分に高い液体吐出ヘ
ッドおよびこの液体吐出ヘッドを用いた液体吐出装置を
提供することにある。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の形態は、
液体を吐出するための複数の吐出口，これら吐出口に直
接連通する第１の液流路をそれぞれ構成するための複数
の溝およびこれら複数の溝に連通して前記第１の液流路
に液体をそれぞれ供給する第１の共通液室を構成するた
めの凹部を有する一つの溝付き部材と、液体に熱を与え
ることでこの液体に気泡を発生させるための複数の発熱
体およびこれら発熱体毎に設けられる第２の液流路の壁
をそれぞれ有し、前記溝付き部材の前記吐出口の配列方
向に沿って配される複数の素子基板と、これら素子基板
と前記溝付き部材との間に配され、前記発熱体に面した
位置に可動部材をそれぞれ有する分離壁とを具えた液体
吐出ヘッドであって、前記分離壁は、前記吐出口の配列
方向に沿って前記可動部材を横切る位置において、隣接
する前記素子基板の継ぎ目を跨ぐ部分を有し、この跨ぐ
部分の前記吐出口の配列方向に沿った幅がここに接合さ
れる前記溝付き部材の部分の幅よりも広くなっており、
前記可動部材は、支点およびこの支点よりも下流側に位
置する自由端をそれぞれ有し、前記気泡の発生に基づく
圧力によって前記第１の液流路側にそれぞれ変位するこ
とを特徴とする液体吐出ヘッドにある。

【００２０】なお、本明細書で記述した「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（可動部材を含んでい
る）を意味し、狭義では気泡発生領域を含む流路と吐出
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。

【００２１】本発明の第２の形態は、上述した第１の形
態による液体吐出ヘッドと、この液体吐出ヘッドから液
体を吐出させるための駆動信号を供給する駆動信号供給
手段とを有することを特徴とする液体吐出装置にある。

【００２２】

【００２３】

【００２４】

【００２５】

【発明の実施の形態】本発明による第１の形態におい
て、吐出口の数は、５００以上であることが好ましく、
プリント媒体の搬送方向に対して交差するその幅方向に
沿ったプリント領域の全幅に亙って配列するものである
ことが好ましい。分離壁は、すべての素子基板に跨がっ
て延びる一枚の材料にて構成されていてもよい。同様
に、分離壁を複数具え、これら分離壁は隣接する２つの
素子基板に跨がって配設されるものであってもよい。ま
た、表面に素子基板が接合される一枚のベースプレート
をさらに具えることも有効である。

【００２６】なお、本明細書で記述する「上流」とは、
液体の供給源から気泡発生領域（または可動部材）を経
て、吐出口へ向かう液体の流れ方向に関して、またはこ
の構成上の方向に関しての表現として表される。

【００２７】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
して液体の流れ方向や上記構成上の方向に関する下流
側、または発熱体の面積中心より下流側の領域で発生す
る気泡を意味する。

【００２８】

【００２９】

【実施例】まず、本発明の実施例を説明する前に、本発
明が好適に適用される液体吐出ヘッドの形態、すなわち
液流路中に可動部材を設け、この可動部材により吐出
力,吐出効率およびリフィル供給性を向上させた液体吐
出ヘッドの形態を第１〜第６実施形態にて説明する。

【００３０】＜第１実施形態＞この第１実施形態では、
液体を吐出するための、気泡に基づく圧力の伝搬方向や
気泡の成長方向を制御することで吐出力や吐出効率の向
上を図る場合の例を説明する。

【００３１】図１は、このような第１実施形態による液
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。

【００３２】本実施形態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（本実施形態において
は、４０μｍ×１０５μｍ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。

【００３３】この液流路１０の素子基板１上には、前述
の発熱体２に対向するように面して、金属などの弾性を
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が片持ち梁状に設けられている。この可動部材３１
の一端は液流路１０の壁や素子基板１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な
どに固定されている。これによって、可動部材３１が保
持されると共に支点（支点部分）３３を構成している。

【００３４】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２から１５μｍ
程度の距離を隔てて配されている。この発熱体２と可動
部材３１との間が気泡発生領域となる。なお、発熱体
２、可動部材３１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
搬を制御し得る形状および配置であればよい。また、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、図１(a),(d) に示される状態の可動部材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１２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。

【００３５】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、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液体に発生させ
る。気泡の発生に基づく圧力と気泡は液体を介して可動
部材３１に優先的に作用し、可動部材３１は図１(b),
(c) および図２で示されるように、支点３３を中心に吐
出口１８側に大きく開くように変位する。可動部材３１
の変位あるい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１８側に導かれ
る。

【００３６】ここで、本形態の基本的な吐出原理の一つ
を説明する。本形態において最も重要な原理の１つは、
気泡に対面するように配された可動部材３１が気泡の成
長に伴い、気泡が可動部材３１に接触する前に、気泡の
圧力に基づいて、定常状態の第１の位置から最大変位後
の位置である第２の位置へ変位し、可動部材３１が最大
変位の第２位置から弾性により戻る期間の一部で成長途
上にある気泡に接触し、この戻り変位する可動部材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。

【００３７】この原理を可動部材３１を用いない従来の
液流路構造を模式的に示した図３と本形態の図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１
８の方向への圧力の伝搬方向をＶ_A、上流側への圧力の
伝搬方向をＶ_Bとして示した。

【００３８】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Ｖ
₁〜Ｖ₈のように気泡表面の法線方向となり、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Ｖ_A方向に圧力伝搬方向の成分を持つものは、Ｖ₁
〜Ｖ₄、即ち気泡のほぼ半分の位置より吐出口１８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、吐出速度などに直接寄与する重要な部分である。
さらに、Ｖ₁は吐出方向Ｖ_Aの方向に最も近いため効率
よく働き、逆にＶ₄は、Ｖ_Aに向かう方向成分は比較的
少ない。

【００３９】これに対し、図４で示される本形態の場合
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を戻り変位し
つつ下流側（吐出口１８側）へ導き、Ｖ_A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
直接的に効率よく吐出に寄与することになる。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３１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などの根本的な向上を達成する
ことができる。

【００４０】次に、図１に戻って、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。

【００４１】図１(a) は、発熱体２に電気エネルギーな
どのエネルギーが印加される前の状態であり、発熱体２
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２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３１に作用するように、液流路構造上では少
なくとも発熱体２の面積中心３より下流（発熱体２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。

【００４２】図１(b) は、発熱体２に電気エネルギーな
ど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、膜沸
騰に伴う気泡を発生させた状態である。

【００４３】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、第１位置から変位を開始する。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
３２を下流側（吐出口１８側）に配置し、支点３３を上
流側（共通液室１３側）に位置するように配置して、可
動部材３１の少なくとも一部を発熱体２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。

【００４４】図１(c) は、気泡４０がさらに成長を続
け、気泡４０と可動部材３１との間に液体が介在された
まま可動部材３１が変位している状態を示す。気泡４０
の発生に伴う圧力に応じて可動部材３１はさらに変位
し、最大変位位置の第２位置まで変位する。発生した気
泡４０は、上流より下流に大きく成長すると共に可動部
材３１の第１の位置（点線位置）を越えて大きく成長し
続け、この気泡４０と共に可動部材３１が徐々に変位し
て行くことで気泡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１８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３１は、気泡や発泡
圧を吐出口１８方向へ導くのに積極的に寄与し、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。

【００４５】図１(d) は、気泡４０が、前述した膜沸騰
の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。

【００４６】可動部材３１は、気泡の収縮による負圧と
可動部材３１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１３側からの流れＶ_D1、Ｖ_D2
のように、また、吐出口１８側からの流れＶ_Cのように
液体が流れ込んでくる。

【００４７】以上、気泡の発生に伴う可動部材３１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
の液体吐出ヘッドにおける液体のリフィルについて詳し
く説明する。

【００４８】図１を用いて本発明における液供給メカニ
ズムをさらに詳しく説明する。

【００４９】図１(d) 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
１８側と第２液流路１６の共通液室側１３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１８側から流れ込む液体の量と、
共通液室１３から流れ込む液体の量とは、流路抵抗およ
び液体の慣性に基づき、気泡発生領域より吐出口１８に
近い部分と共通液室１３に近い部分との流れ抵抗の大き
さに対応する。

【００５０】このため、吐出口１８に近い側の流れ抵抗
が小さい場合には、多くの液体が吐出口１８側から消泡
位置に流れ込み、メニスカスＭの後退量が大きくなるこ
とになる。特に、吐出効率を高めるために吐出口１８に
近い側の流れ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の後退量が大きくなり、
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。

【００５１】これに対し、本実施形態は可動部材３１を
設けたため、気泡の体積Ｗを可動部材３１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３１が元の位置に戻った時点でメ
ニスカスＭの後退は止まり、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Ｖ_D2からの供給
によってなされる。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Ｍ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Ｍの後退量に抑えることが可能になった。

【００５２】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２側の面に沿
って、主に第２液流路の上流側（Ｖ_D2）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。

【００５３】ここで特徴的なことは、従来のヘッドで消
泡時の圧力を利用し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、本実施形態の高速リフィルにおいては、
可動部材３１によって吐出口１８側の第１液流路１４の
領域と、気泡発生領域１１との吐出口１８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。

【００５４】このように、本形態は第２流路１６の液体
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
ルとを達成することで、吐出の安定や高速繰り返し吐
出、またプリントの分野に用いた場合、画質の向上や高
速プリントを実現することができる。

【００５５】本発明の構成においては、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。本発明においては、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、
リフィル供給性の向上をさらに図っている。

【００５６】次に、本実施形態の更なる特徴的な構造と
効果について、以下に説明する。

【００５７】本実施形態の第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２
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、Ｖ_D2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、本実施形態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２表面となだらかに繋がり、なだらか
な内壁を有する液体供給路であればよく、発熱体２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。

【００５８】また、気泡発生領域への液体の供給は、可
動部材３１の側部（スリット３５）を介してＶ_D1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１８に導くため、図１で示すように気泡発
生領域の全体を覆う、つまり発熱体２面を覆うように大
きな可動部材３１を用い、可動部材３１が第１の位置へ
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１８に近い領域との液体の流れ抵抗が大きくなる
ような形態の場合、前述のＶ_D1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、本発明の
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Ｖ_D1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。

【００５９】ところで、可動部材３１の自由端３２およ
び支点３３の位置は、例えば図５で示されるように、自
由端３２が支点３３よりも相対的に下流側にある。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１８側に導くなどの機能や効
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れ抵抗を小さ
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１
０（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３２と支点３３とを配置しているためである。

【００６０】補足すれば、本実施形態の図１において
は、前述のように可動部材３１の自由端３２が、発熱体
２を上流側領域と下流側領域とに二分する面積中心３
（発熱体２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
２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、または気泡を可動部材３１が受
け、この圧力および気泡を吐出口１８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。

【００６１】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。

【００６２】また、本実施形態の構成においては可動部
材３１の自由端が瞬間的な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考えられ
る。

【００６３】本発明の構成においては、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。本発明においては、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、
リフィル供給性の向上をさらに図っている。

【００６４】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。

【００６５】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２表
面が大きく落ち込んでいない）内壁を持つ液体供給路１
２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、Ｖ_D2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、本実施例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２表面となだらかに繋がり、なだらかな内壁
を有する液体供給路であればよく、発熱体２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。

【００６６】また、気泡発生領域への液体の供給は、可
動部材３１の側部（スリット３５）を介してＶ_D1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１８に導くため、図１で示すように気泡発
生領域の全体を覆う、つまり発熱体２面を覆うように大
きな可動部材３１を用い、可動部材３１が第１の位置へ
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１８に近い領域との液体の流れ抵抗が大きくなる
ような形態の場合、前述のＶ_D1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、本発明の
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Ｖ_D1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。

【００６７】ところで、可動部材３１の自由端３２およ
び支点３３の位置は、例えば図５で示されるように、自
由端３２が支点３３よりも相対的に下流側にある。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１８側に導くなどの機能や効
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れ抵抗を小さ
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１
０（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３２と支点３３とを配置しているためである。

【００６８】補足すれば、本実施例の図１においては、
前述のように可動部材３１の自由端３２が、発熱体２を
上流側領域と下流側領域とに二分する面積中心３（発熱
体２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２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、または気泡を可動部材３１が受け、この
圧力および気泡を吐出口１８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。

【００６９】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。

【００７０】また、本実施例の構成においては可動部材
３１の自由端が瞬間的な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考えられ
る。

【００７１】＜第２実施例＞図６に本発明の第２実施例
を示す。この図６において、Ａは可動部材３１が変位し
ている状態を示し（気泡は図示せず）、Ｂは可動部材３
１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、その間に液体供給路１２を設けている。これによ
り、可動部材３１の発熱体２側の面に沿って、また、発
熱体２の面と実質的に平坦もしくは、なだらかにつなが
る面を持つ液体供給路１２から液体の供給をなすことが
できる。

【００７２】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がさず、可動部材３
１の自由端側に集中的に作用させることができる。

【００７３】また、消泡時には、可動部材３１は第１位
置に戻り、発熱体２上への消泡時の液供給は、気泡発生
領域１１の吐出口１８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など、先の実施例で説明した
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、先の実施例と同様の機能および効果
を得ることができる。

【００７４】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体供給路１
２への液体の供給を行っている。また、土台３４の形状
はこれに限らず、リフィルをスムースに行えるものであ
ればよい。

【００７５】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３１に伝わる範囲であれ
ばよい。

【００７６】＜第３実施例＞図７は、本発明の基本的な
概念の一つを示すもので、本発明の第３実施例となる。
図７は、一つの液流路中に気泡発生領域、そこで発生す
る気泡および可動部材３１との位置関係を示していると
共に、本発明の液体吐出方法やリフィル方法をより分か
り易くした実施例である。

【００７７】前述の実施例の多くは、可動部材３１の自
由端に対して、発生する気泡の圧力を集中し、急峻な可
動部材３１の移動と同時に気泡の移動を吐出口１８側に
集中させることを達成している。これに対し、本実施例
は、発生する気泡の自由度を与えながら、液滴吐出に直
接作用する気泡の吐出口１８側である気泡の下流側部分
を可動部材３１の自由端側で規制するものである。

【００７８】構成上で説明すると、図７では、前述の図
２（第１実施例）と比較すると、図２の素子基板１上に
設けられた気泡発生領域の下流端に位置するバリヤーと
しての凸部（図の斜線部分）が本実施例では設けられて
いない。つまり、可動部材３１の自由端領域および両側
端領域は、吐出口１８領域に対して気泡発生領域を実質
的に密閉せずに開放しており、この構成が本実施例であ
る。

【００７９】本実施例では、気泡の液滴吐出に直接作用
する下流側部分のうち、下流側先端部の気泡成長が許容
されているので、その圧力成分を吐出に有効に利用して
いる。加えて、少なくともこの下流側部分の上方へ向か
う圧力（図３のＶ₂、Ｖ₃、Ｖ₄の分力）を可動部材３
１の自由端側部分が、この下流側先端部の気泡成長に加
えられるように作用するため、吐出効率を上述した実施
例と同様に向上する。前記実施例に比較して本実施例
は、発熱体２の駆動に対する応答性が優れている。

【００８０】また、本実施例は、構造上簡単であるた
め、製造上の利点がある。

【００８１】本実施例の可動部材３１の支点部は、可動
部材３１の面部に対して小さい幅の１つの土台３４に固
定されている。従って、消泡時の気泡発生領域１１への
液体供給は、この土台３４の両側を通って供給される
（図の矢印参照）。この土台３４は供給性を確保するも
のであればどのような構造でもよい。

【００８２】液体の供給時におけるリフィルは、本実施
例の場合には、可動部材３１の存在によって気泡の消泡
に伴って上方から気泡発生領域へ流れ込む流れが制御さ
れるので、従来の発熱体のみの気泡発生構造に対して優
れたものとなる。無論、これによって、メニスカスの後
退量を減じることもできる。

【００８３】この第３実施例の変形実施例としては、可
動部材３１の自由端に対する両側端（一方でも可）のみ
を気泡発生領域１１に対して実質的に密閉状態とするこ
とは好ましいものとして挙げられる。この構成によれ
ば、可動部材３１の側方へ向かう圧力をも先に説明した
気泡の吐出口１８側端部の成長に変更して利用すること
ができるので、一層吐出効率が向上する。

【００８４】＜第４実施例＞前述した機械的変位による
液体の吐出力をさらに向上させた例を本実施例で説明す
る。図８は、このようなヘッド構造の横断面図である。
図８においては、可動部材３１の自由端３２の位置が発
熱体２のさらに下流側に位置するように、可動部材３１
が延在している実施例を示している。これによって、自
由端位置での可動部材３１の変位速度を高くすることが
でき、可動部材３１の変位による吐出力の発生をさらに
向上させることができる。

【００８５】また、自由端３２が先の実施例に比較して
吐出口１８側に近づくことになるので気泡の成長をより
安定した方向成分に集中できるので、より優れた吐出を
行うことができる。

【００８６】また、可動部材３１は、最大変位の第２位
置からその弾性復元力により戻り速度Ｒ１で戻り変位す
るが、この位置より支点３３に対して、遠い位置の自由
端３２はさらに速い戻り速度Ｒ２で戻り変位する。これ
により、成長中または成長完了後の気泡４０に対して自
由端３２を高い速度で機械的に作用せしめ、吐出口１８
方向に気泡４０より下流側の液に移動を起こさせること
で吐出の方向性を向上させ、吐出効率を高めている。

【００８７】また、自由端形状は、図７と同じように液
体の流れに対して垂直な形状とすることにより、気泡４
０の圧力や可動部材３１の機械的な作用をより効率的に
吐出に寄与させることができる。

【００８８】＜第５実施例＞図９(a),(b),(c) は本発明
の第５実施例である。

【００８９】本実施例の構造は先の実施例と異なり、吐
出口１８と直接連通する領域は液室側と連通した流路形
状となっておらず、構造の簡略化が図れるものである。

【００９０】液供給は全て、可動部材３１の発泡領域側
の面に沿った液体供給路１２からのみ行われるもので、
可動部材３１の自由端３２や支点３３の吐出口１８に対
する位置関係や発熱体２に面する構成は、前述の実施例
と同様である。

【００９１】本実施例は、吐出効率や液供給性など、前
述した効果を実現するものであるが、特にメニスカスの
後退を抑制し、ほとんど全ての液供給を消泡時の圧力を
利用して強制リフィルを行うものである。

【００９２】図９(a) は発熱体２により液体を発泡さ
せ、可動部材３１の戻り過程で気泡に接触した状態を示
しており、図９(b) は、前記発泡が収縮しつつある状態
で、このとき可動部材３１の初期位置への復帰とＳ₃に
よる液供給が行われる。

【００９３】図９(c) では、可動部材３１が初期部材が
初期位置に復帰する際のわずかなメニスカスＭの後退
を、消泡後に吐出口１８付近の毛細管力によって、リフ
ィルしている状態である。

【００９４】＜第６実施例＞以下、図面を参照して本発
明の他の実施例について説明する。

【００９５】本実施例においても、主たる液体の吐出原
理については先の実施例と同じであるが、本実施例にお
いては液流路を複流路構成にすることで、さらに熱を加
えることで発泡させる液体（発泡液）と、主として吐出
される液体（吐出液）とを分けることができるものであ
る。

【００９６】図１０は、本実施例の液体吐出ヘッドの流
路方向の断面模式図を示しており、図１１はこの液体吐
出ヘッドの部分破断斜視図を示している。

【００９７】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ーを与える発熱体２が設
けられた素子基板１上に、発泡液用の第２液流路１６が
あり、その上に吐出口１８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。

【００９８】第１液流路１４の上流側は、複数の第１液
流路１４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１６の上流側は、複数の第２
液流路１６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。

【００９９】ただし、発泡液と吐出液を同じ液体とする
場合には、共通液室１５, １７を一つにして共通化させ
てもよい。

【０１００】第１と第２の液流路１４, １６の間には、
金属など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１４と第２液流路１６とを仕
切っている。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３０に
よって、できる限り完全に第１液流路１４の液体と、第
２液流路１６の液体との流通を分離した方がよいが、発
泡液と吐出液とがある程度混ざり合っても問題がない場
合には、分離壁に完全分離の機能を持たせなくてもよ
い。

【０１０１】発熱体２の面方向上方への投影空間（図１
０中のＡの領域とＢの気泡発生領域１１とに対応し、以
下、吐出圧発生領域と呼称する）に位置する部分の分離
壁は、スリット３５によって吐出口１８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３
３が位置する片持ち梁形状の可動部材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１４側の吐出口１８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（電気熱変換体）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５とが配された素子
基板１上に、第２液流路１６を構成する空間を介して分
離壁３０が配置されているのが理解されよう。

【０１０２】可動部材３１の支点３３および自由端３２
の配置と、発熱体２との配置の関係については、先の実
施例と同様にしている。

【０１０３】また、先の実施例で液体供給路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。

【０１０４】次に、図１２を用いて本実施例の液体吐出
ヘッドの動作を説明する。

【０１０５】ヘッドを駆動させるにあたっては、第１液
流路１４に供給される吐出液と、第２の液流路１６に供
給される発泡液として同じ水系のインクとを用いて動作
させた。

【０１０６】発熱体２が発生した熱が、第２液流路の気
泡発生領域内の発泡液に作用することで、先の実施例で
説明したのと同様に、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
４０を発泡液に発生させる。

【０１０７】本実施例においては、気泡発生領域の上流
側を除く、三方からの発泡圧の逃げがないため、この気
泡発生に伴う圧力が吐出圧発生部に配された可動部材３
１側に集中して伝搬し、気泡の成長を伴って可動部材３
１が図１２(a) の状態から図１２(b) のように第１液流
路１４側に変位する。この可動部材３１の動作によって
第１液流路１４と第２液流路１６とが大きく連通し、気
泡の発生に基づく圧力が第１液流路１４の吐出口１８側
の方向（Ａ方向）に主に伝わる。この圧力の伝搬と、前
述のような可動部材３１の機械的変位によって液体が吐
出口１８から吐出される。

【０１０８】次に、気泡が収縮するに伴って可動部材３
１が図１２(a) の位置まで戻ると共に、第１液流路１４
では吐出された吐出液体の量に見合う量の吐出液体が上
流側から供給される。本実施例においても、この吐出液
体の供給は前述の実施例と同様に可動部材３１が閉じる
方向であるため、吐出液体のリフィルを可動部材３１で
妨げることがない。

【０１０９】本実施例は、可動部材３１の変位に伴う発
泡圧力の伝搬、気泡の成長方向、バック波の防止などに
関する主要部分の作用や効果については、先の第１実施
例などと同じであるが、本実施例のような二流路構成を
とることによって、さらに次のような長所がある。

【０１１０】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などの高
粘度の液体であっても、この液体を第１の液流路に供給
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の混合液で１〜２ｃＰ程度など）や低沸点の
液体を第２の液流路に供給することで、良好に吐出させ
ることができる。

【０１１１】また、発泡液として、熱を受けても発熱体
２の表面に焦げなど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。

【０１１２】さらに、本発明のヘ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などの液体を
吐出することができる。

【０１１３】また、加熱に弱い液体の場合においても、
この液体を第１の液流路に吐出液として供給し、第２の
液流路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。

【０１１４】＜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
実施例について図面を用いて説明する。ただし、以下の
説明においては、前述の一流路形態の実施例と二流路形
態の実施例の何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、両実施例に適用し得るもので
ある。

【０１１５】＜液流路の天井形状＞図１３は、本発明の
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（若しくは図１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３１の自
由端位置近傍の流路天井の高さが高くなっており、可動
部材３１の動作角度θをより大きく取れるようにしてい
る。この可動部材３１の動作範囲は、液流路の構造、可
動部材３１の耐久性や発泡力などを考慮して決定すれば
よいが、吐出口１８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。

【０１１６】また、この図で示されるように吐出口１８
の直径より可動部材３１の自由端の変位高さを高くする
ことで、より十分な吐出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３１の自由端３２位置
の液流路天井の高さより可動部材３１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
３１の変位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。

【０１１７】＜第２液流路と可動部材３１との配置関係
＞図１４は、上述の可動部材３１と第２の液流路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および可動部材３１近傍を上方から見た図であ
り、同図(b) は、分離壁３０を外した第２液流路１６を
上方から見た図である。そして、同図(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１８を配した前面側である。

【０１１８】本実施例の第２の液流路１６は、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２位置、可動部材３１、第１流路を経て吐出口１８
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。

【０１１９】従来のヘッドのように、発泡する流路と液
体を吐出するための流路とが同じで、発熱体２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
１９を設けるヘッドの場合には、液体のリフィルを充分
考慮して、狭窄部１９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。

【０１２０】しかし、本実施例の場合、吐出される液体
の多くを第１液流路内の吐出液とすることができ、発熱
体２が設けられた第２液流路内の発泡液はあまり消費さ
れないようにできるため、第２液流路の気泡発生領域１
１への発泡液の充填量は少なくて良い。従って、上述の
狭窄部１９における間隔を数μｍ〜十数μｍと非常に狭
くできるため、第２液流路で発生した発泡時の圧力をあ
まり周囲に逃がすことをさらに抑制でき、集中して可動
部材３１側に向けることができる。そしてこの圧力を可
動部材３１を介して吐出力として利用することができる
ため、より高い吐出効率、吐出力を達成することができ
る。ただ、第１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３１側に伝えられる形状であれば良い。

【０１２１】なお、図１４(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
落ち込みが防止できる。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。しかも、
前述の消泡時の圧力による上流側からのリフィルの効果
を高めることができる。

【０１２２】なお、図１２(b) や図１３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１４側に延在しているが、この様に気泡が延
在するような第２流路の高さにすることで、気泡が延在
しない場合に比べ、さら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
泡の高さより低くすることが望ましく、この高さを数μ
ｍ〜３０μｍ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。

【０１２３】＜可動部材および分離壁＞図１５は、可動
部材３１の他の形状を示すもので、３５は、分離壁に設
けられたスリットであり、このスリット３５によって、
可動部材３１が形成されている。同図(a) は長方形の形
状であり、同図(b) は支点側が細くなっている形状で可
動部材３１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３１の耐久性が向上する
形状である。動作の容易性および耐久性が良好な形状と
して、図１４(a) で示したように、支点側の幅が円弧状
に狭くなっている形態が望ましいが、可動部材３１の形
状は、第２の液流路側に入り込むことがなく、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。

【０１２４】先の実施例においては、板状の可動部材３
１をおよびこの可動部材３１を有する分離壁５は、厚さ
５μｍのニッケルで構成したが、これに限られることな
く、可動部材３１および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
３１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。

【０１２５】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、アルミニウム、白
金、タンタル、ステンレス鋼、りん青銅などの金属、お
よびその合金、または、アクリロニトリル、ブタジエ
ン、スチレンなどのニトリル基を有する樹脂、ポリアミ
ドなどのアミド基を有する樹脂、ポリカーボネイトなど
のカルボキシル基を有する樹脂、ポリアセタールなどの
アルデヒド基を持つ樹脂、ポリサルフォンなどのスルホ
ン基を持つ樹脂、そのほか液晶ポリマーなどの樹脂およ
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、ステンレス鋼、チタンなどの金
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、ポリアミドなど
のアミド基を有する樹脂、ポリアセタールなどのアルデ
ヒド基を持つ樹脂、ポリエーテルエーテルケトンなどの
ケトン基を有する樹脂、ポリイミドなどのイミド基を有
する樹脂、フェノール樹脂などの水酸基を有する樹脂、
ポリエチレンなどのエチル基を有する樹脂、ポリプロピ
レンなどのアルキル基を持つ樹脂、エポキシ樹脂などの
エポキシ基を持つ樹脂、メラミン樹脂などのアミノ基を
持つ樹脂、キシレン樹脂などのメチロール基を持つ樹脂
およびその化合物、さらに二酸化珪素などのセラミック
スおよびその化合物が望ましい。

【０１２６】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、ポリウレタン、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）など
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、二酸化ケイ素、窒化ケイ素、ニッケル、
金、ステンレス鋼などの金属、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。

【０１２７】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３１として良好に動作するとい
う観点から、その材質と形状などを考慮して決定すれば
よいが、０. ５μｍ〜１０μｍ程度が望ましい。

【０１２８】なお、可動部材３１を形成するためのスリ
ット３５の幅は、本実施例では２μｍとしたが、発泡液
と吐出液とが異なる液体であり、両液体の混液を防止し
たい場合には、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、夫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程度の粘度
の液体を用い、吐出液として１００ｃＰ以上の粘度の液
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。

【０１２９】本発明における可動部材３１としては、μ
ｍオーダーの厚さ（ｔμｍ）を対象としており、センチ
メートル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３１にとって、μｍオー
ダーのスリット幅（Ｗμｍ）を対象とする場合、製造の
ばらつきをある程度考慮することが望ましい。

【０１３０】スリットを形成する可動部材３１の自由端
あるいは／且つ側端に対向する部材の厚みが可動部材３
１の厚みと同等の場合（図１２, 図１３など）、スリッ
ト幅と厚みの関係を製造のばらつきを考慮して以下のよ
うな範囲にすることで、発泡液と吐出液の混液を安定的
に抑制することができる。このことは、限られた条件で
はあるが、設計上の観点として、３ｃＰ以下の粘度の発
泡液に対して高粘度インク（５ｃＰ, １０ｃＰなど）を
用いる場合、Ｗ／ｔ≦１を満足するようにすることで、
２液の混合を長期に亙って抑制することが可能な構成と
なった。

【０１３１】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３１がこれらの実質的な仕切部
材となる。この可動部材３１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
トプリントの場合、色材濃度を３％〜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。

【０１３２】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、５ｃＰ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。

【０１３３】特に、吐出液の粘度を２０ｃＰ以下にすれ
ばする程、この混液を低減（例えば５％以下）できる。

【０１３４】次に、このヘッドにおける発熱体２と可動
部材３１との配置関係について、図を用いて説明する。
ただし、可動部材３１および発熱体２の形状および寸
法, 数は、以下に限定されるものではない。発熱体２お
よび可動部材３１の最適な配置によって、発熱体２によ
る発泡時の圧力を吐出圧として有効に利用することが可
能となる。

【０１３５】熱などのエネルギーをインクに与えること
で、インクに急峻な体積変化（気泡の発生）を伴う状態
変化を生じさせ、この状態変化に基づく作用力によって
吐出口１８からインクを吐出し、これをプリント媒体上
に付着させて画像形成を行うインクジェットプリント方
法、いわゆるバブルジェットプリント方法の従来技術に
おいては、図１６に示すように、発熱体の面積とインク
吐出量と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２上の焦げの様子から、この非発泡有効領域ｓが
発熱体２の周囲に存在していることがわかる。これらの
結果から、発熱体の周囲の約４μｍの幅の領域は、発泡
に関与していないとされている。

【０１３６】したがって、発泡圧を有効利用するために
は、発熱体２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３１の可動領域で覆われるように、
可動部材３１を配置するのが効果的であると言える。本
実施例においては、発泡有効領域を発熱体の周囲から約
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。

【０１３７】図１７に、５８×１５０μｍの発熱体２に
可動領域の総面積が異なる可動部材３０１（図１７(a)
参照）、可動部材３０２（図１７(b) 参照）を配置した
ときの上部から見た模式図を示す。

【０１３８】可動部材３０１の寸法は、５３×１４５μ
ｍで、発熱体２の面積よりも小さいが、発熱体２の発泡
有効領域と同じ程度の寸法であり、この発泡有効領域を
覆うように配置されている。一方、可動部材３０２の寸
法は、５３×２２０μｍで発熱体２の面積よりも大きく
（幅寸法を同じにした場合、支点〜可動先端間の寸法が
発熱体２の長さよりも長い）、可動部材３０１と同じよ
うに発泡有効領域を覆うように配置されている。上記２
種の可動部材３０１、３０２に対し、それらの耐久性と
吐出効率について測定を行った。測定条件は以下の通り
である。

【０１３９】発泡液：エタノール４０％水溶液吐出用インク：染料インク電圧：２０. ２Ｖ周波数：３kHz この測定条件で実験を行った結果、可動部材３０１, ３
０２の耐久性に関しては、可動部材３０１の方は、
１×１０⁷パルス印加したところで可動部材３０１の支
点部分に損傷が見られた。可動部材３０２の方は、
３×１０⁸パルス印加しても、損傷は見られなかった。
また、投入エネルギーに対する吐出量と吐出速度から求
まる運動エネルギーも約１. ５〜２. ５倍程度向上する
ことが確認された。

【０１４０】以上の結果から、耐久性、吐出効率の両面
からみても、発泡有効領域の真上を覆うように可動部材
を設け、この可動部材の面積が発熱体２の面積よりも大
きい方が優れていることがわかる。

【０１４１】図１８に発熱体２のエッジから可動部材の
支点までの距離と、可動部材の変位量との関係を示す。
また、図１９に、発熱体２と可動部材３１との位置関係
を側面方向から見た断面構成図を示す。発熱体２は、４
０×１０５μｍのものを用いた。発熱体２のエッジから
可動部材３１の支点３３までの距離ｌが大きい程、変位
量が大きいことがわかる。したがって、要求されるイン
クの吐出量や吐出液の流路構造および発熱体２形状など
によって、最適変位量を求め、可動部材３１の支点３３
の位置を決めることが望ましい。

【０１４２】また、可動部材３１の支点３３が発熱体２
の発泡有効領域直上に位置する場合は、可動部材３１の
変位による応力に加え、発泡圧力が支点３３に直接加わ
るため、可動部材３１の耐久性が低下してしまう。本発
明者の実験によると、発泡有効領域の真上に支点３３を
設けたものでは、１×１０⁶パルス程度で、可動壁に損
傷が生じており、耐久性が低下してしまうことが分かっ
ている。従って、可動部材３１の支点は、発熱体２の発
泡有効領域直上外に配置することで、耐久性がそれ程高
くない形状や材質の可動部材３１であっても実用可能性
が高くなる。ただし、前記発泡有効領域直上に支点があ
る場合でも形状や材質を選択すれば、良好に用いること
ができる。かかる構成において、高吐出効率および耐久
性に優れた液体吐出ヘッドが得られる。

【０１４３】＜素子基板＞以下に、液体に熱を与えるた
めの発熱体２が設けられた素子基板１の構成について説
明する。

【０１４４】図２０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２０(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。

【０１４５】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。

【０１４６】素子基板１には、シリコンなどの基体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２を構
成するハフニウムボライド（ＨｆＢ₂ ）、窒化タンタル
（ＴａＮ）、タンタルアルミニウム（ＴａＡｌ）などの
電気抵抗層１０５（０. ０１〜０. ２μｍ厚）と、アル
ミニウムなどの配線電極１０４（０. ２〜１. ０μｍ
厚）とが図１１のようにパターニングされている。この
２つの配線電極１０４から抵抗層１０５に電圧を印加
し、電気抵抗層１０５に電流を流し発熱させる。配線電
極１０４間の電気抵抗層１０５上には、酸化シリコンや
窒化シリコンなどの保護層１０３を０. １〜２. ０μｍ
厚で形成し、さらにその上にタンタルなどの耐キャビテ
ーション層１０２（０. １〜０. ６μｍ厚）が成膜され
ており、インクなどの各種の液体から抵抗層１０５を保
護している。

【０１４７】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）
などが耐キャビテーション層１０２として用いられる。

【０１４８】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１０３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、イリジウム−
タンタル−アルミニウム合金などが挙げられる。

【０１４９】このように、前述の各実施例における発熱
体２の構成としては、前述の電極間の抵抗層（発熱部）
だけでもよく、また抵抗層を保護する保護層を含むもの
でもよい。

【０１５０】本実施例においては、発熱体２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などの光を受
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２でもよ
い。

【０１５１】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で構成される電気熱
変換体（素子）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
フトレジスタなど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。

【０１５２】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１５０mAの電気信号を６kHz で加えるこ
とで発熱体２を駆動させ、前述のような動作によって、
吐出口１８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。

【０１５３】＜参考例１＞実施例１では、分離壁３０を一つの部材で構成したが、
本参考例では分離壁３０が各素子基板１に対応して複数
の分割された構成となっている。

【０１５４】図２６は、本参考例の全体の分解斜視図、
図２７は図２６のヘッドの発熱体部分を液流路に対して
垂直方向に切断した時の断面図である。

【０１５５】本参考例によると、分離壁３０を比較的小
さな単位で作成することができるため、分離壁３０の歩
留りを向上させることができ、ひいては液体吐出ヘッド
の歩留りをも向上させることが可能となる。また、分離
壁３０をあらかじめ素子基板１に接合した状態で位置決
めを行うこともできるため、分離壁３０の位置決めが容
易となる。

【０１５６】＜実施例２＞参考例１では、素子基板１の継ぎ目６０１が分離壁３０
にて覆う構成になっていなかったが、図２８に示すよう
に、複数の分離壁３０を素子基板１の配列方向に沿って
例えば素子基板１の半ピッチずらした状態で配列し、各
分離壁３０が素子基板１の継ぎ目６０１を跨ぐようにす
ることにより、素子基板１の継ぎ目６０１を分離壁３０
にて覆うことができる。また、この場合には、分離壁３
０の数を素子基板１の数よりも少なくすることが可能と
なる。

【０１５７】＜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３
１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２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２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３１
や分離壁３０など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。

【０１５８】このような液体の内、プリントを行う上で
用いる液体（プリント液体）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。

【０１５９】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、水など、およびこれら
の混合物が挙げられる。

【０１６０】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
質または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。

【０１６１】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３１の動作などを妨げるような液体でないことが望ま
れる。

【０１６２】プリント用の吐出液体としては、高粘度イ
ンクなど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などの液体を利用する
こともできる。

【０１６３】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プリント液体として、以下のよう
な組成のインクを用いてプリントを行ったが、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プリント画像を得るこ
とができた。

【０１６４】染料インク（粘度２ｃＰ）の組成染料（Ｃ. Ｉ. フードブラック２）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、発泡液および吐出液に、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プリントを行った。その
結果、従来のヘッドでは吐出が困難であった十数ｃＰの
粘度の液体はもちろん、１５０ｃＰという非常に高い粘
度の液体でさえも良好に吐出でき、高画質なプリント物
を得ることができた。

【０１６５】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（粘度約１５ｃＰの顔料インク）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、吐出方向性
のばらつきが助長され、プリント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ばらつきが生
じ、これらに起因して高品位画像が得にくかった。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。この結果、液滴の着弾精度向上とインク吐出量
の安定化を図ることができ、プリント画像品位を著しく
向上することができた。

【０１６６】＜液体吐出ヘッドの製造＞次に、本発明の
液体吐出ヘッドの製造工程について説明する。

【０１６７】図２で示したような液体吐出ヘッドの場合
には、素子基板１上に可動部材３１を設けるための土台
３４をドライフィルムなどをパターニングすることで形
成し、この土台３４に可動部材３１を接着、もしくは溶
着固定した。その後、各液流路１０を構成する複数の溝
と、吐出口１８と、共通液室１５を構成する凹部とを有
する溝付部材を、溝と可動部材３１とが対応するような
状態で素子基板１に接合することで形成した。

【０１６８】次に、図１０や図２２〜図２８で示される
ような２流路構成の液体吐出ヘッドの製造工程について
説明する。

【０１６９】大まかには、素子基板１上に第２液流路１
６の壁７２を形成し、その上に分離壁３０を取り付け、
さらにその上に第１液流路１４を構成する溝などが設け
られた溝付き部材５０を取り付ける。もしくは、第２液
流路１６の壁７２を形成した後、この壁７２の上に分離
壁３０を取り付けた溝付き部材５０を接合することでヘ
ッドの製造を行った。

【０１７０】さらに第２液流路の作製方法について詳し
く説明する。

【０１７１】図２９(a) 〜(e) は、本発明の液体吐出ヘ
ッドの製造方法の第１の実施例を説明するための概略断
面図である。

【０１７２】本実施例においては、図２９(a) に示すよ
うに、素子基板（シリコンウェハ）１上に半導体製造工
程で用いるのと同様の製造装置を用いてハフニウムボラ
イドや窒化タンタルなどからなる発熱体２を有する電気
熱変換用素子を形成した後、次工程における感光性樹脂
との密着性の向上を目的として、素子基板１の表面に洗
浄を施した。さらに、密着性を向上させるには、素子基
板１の表面に紫外線−オゾンなどによる表面改質を行っ
た後、例えばシランカップリング剤（日本ユニカ製：Ａ
１８９）をエチルアルコールで１重量％に希釈した液を
上記改質表面上にスピンコートすることで達成される。

【０１７３】次に、表面洗浄を行い、密着性を向上した
基板１上に、図２９(b) に示すように、紫外線感光性樹
脂フィルム（東京応化製：ドライフィルムオーディル
SY-318）ＤＦをラミネートした。

【０１７４】次に、図２９(c) に示すように、ドライフ
ィルムＤＦ上にフォトマスクＰＭを配し、このフォトマ
スクＰＭを介してドライフィルムＤＦのうち、第２の流
路壁として残す部分に紫外線を照射した。この露光工程
は、キヤノン（株）製：MPA-600 を用いて行い、約６０
０mJ／cm²の露光量で行った。

【０１７５】次に、図２９(d) に示すように、ドライフ
ィルムＤＦを、キシレンとブチルセルソルブアセテート
との混合液からなる現像液（東京応化製：BMRC−３）で
現像し、未露光部分を溶解させ、露光して硬化した部分
を第２液流路１６の壁部分として形成した。さらに、素
子基板１表面に残った残渣を酸素プラズマアッシング装
置（アルカンテック社製：MAS-800 ）で約９０秒間処理
して取り除き、引き続き、１５０℃で２時間、さらに紫
外線照射１００mJ／cm²を行って露光部分を完全に硬化
させた。

【０１７６】以上の方法により、上記シリコン基板から
分割、作製される複数のヒータボード（素子基板１）に
対し、一様に第２の液流路を精度よく形成することがで
きる。シリコン基板を、厚さ０. ０５mmのダイヤモンド
ブレードを取り付けたダイシングマシン（東京精密製：
AWD-4000）で各々のヒータボード１に切断、分離した。
分離されたヒータボード１を接着剤（東レ製：SE4400）
でアルミニウムベースプレート７０上に固定した（図２
４参照）。次いで、予めアルミニウムベースプレート７
０上に接合しておいたプリント配線基板７１と、ヒータ
ボード１とを直径０. ０５ｍｍのアルミニウムワイヤ
（図示略）で接続した。

【０１７７】次に、このようにして得られたヒータボー
ド１に、図２９(e) に示すように、上述の方法で溝付部
材５０と分離壁３０との接合体を位置決め接合した。す
なわち、分離壁３０を有する溝付部材とヒータボード１
とを位置決めし、押さえばね７８により係合、固定した
後、インク・発泡液用供給部材８０をアルミニウムベー
スプレート７０上に接合固定し、アルミニウムワイヤ
間、溝付部材５０とヒータボード１とインク・発泡液用
供給部材８０との隙間をそれぞれシリコーンシーラント
（東芝シリコーン製：TSE399）で封止して完成させた。

【０１７８】以上の製法で、第２の液流路を形成するこ
とにより、各ヒータボード１のヒータに対して位置ズレ
のない精度の良い流路を得ることができる。特に、溝付
部材５０と分離壁３０とをあらかじめ先の工程で接合し
ておくことで、第１液流路１４と可動部材３１の位置精
度を高めることができる。

【０１７９】そして、これらの高精度製造技術によっ
て、吐出安定化が図られ、印字品位が向上する。また、
ウェハ上に一括で形成することが可能なため、多量に低
コストで製造することが可能である。

【０１８０】なお、本実施例では、第２の液流路を形成
するために紫外線硬化型のドライフィルムを用いたが、
紫外域、特に２４８nm付近に吸収帯域をもつ樹脂を用
い、ラミネート後、硬化させ、エキシマレーザで第２の
液流路となる部分の樹脂を直接除去することによっても
得ることが可能である。

【０１８１】図３０(a) 〜(d) は、本発明の液体吐出ヘ
ッドの製造方法の第２の実施例を説明するための概略断
面図である。

【０１８２】本実施例においては、(a) に示すように、
ＳＵＳ基板１００上に厚さ１５μｍのレジスト１０１を
第２の液流路の形状でパターニングした。

【０１８３】次に、図３０(b) に示すように、ＳＵＳ基
板１００に対して電気メッキを行ってＳＵＳ基板１００
上にニッケル層１０２を同じく１５μｍ成長させた。メ
ッキ液としては、スルフォミン酸ニッケルに応力減少剤
（ワールドメタル社製：ゼロオール）とほう酸、ピット
防止剤（ワールドメタル社製：NP-APS）、塩化ニッケル
を使用した。電着時の電界のかけ方としては、アノード
側に電極を付け、カソード側に既にパターニングしたＳ
ＵＳ基板１００を取り付け、メッキ液の温度を５０℃と
し、電流密度を５Ａ／cm²とした。

【０１８４】次に、図３０(c) に示すように、上記のよ
うなメッキを終了したＳＵＳ基板１００に超音波振動を
与え、所望の第２の液流路が形成されたニッケル層１０
２の部分をＳＵＳ基板１００から剥離した。

【０１８５】一方、電気熱変換用素子を配設したヒータ
ボードを、半導体と同様の製造装置を用いてシリコンウ
ェハに形成した。このウェハを先の実施例と同様に、ダ
イシングマシンで各々のヒータボードに分離した。この
ヒータボード１を、予めプリント配線基板が接合された
アルミニウムベースプレート７０に接合し、プリント配
線基板とアルミニウムワイヤ（図示略）とを接続するこ
とで電気的配線を形成した。このような状態のヒータボ
ード１上に、図３０(d) に示すように、先の工程で得た
第２液流路が形成されたニッケル層１０２を位置決め固
定した。この固定に際しては、後工程で第１の実施例と
同様に分離壁を固定した天板と押さえばねによって係合
・密着されるため、天板接合時に位置ずれが発生しない
程度に固定されていれば十分である。

【０１８６】本実施例では、上記位置決め固定に紫外線
硬化型接着剤（グレースジャパン製：アミコンUV-300）
を塗布し、紫外線照射装置を用い、露光量を１００mJ／
cm²として約３秒間で固定を完了した。

【０１８７】本実施例の製法によれば、発熱体２に対し
て位置ずれのない精度の高い第２の液流路を形成するこ
とができることに加え、ニッケルで流路壁を形成してい
るため、アルカリ性の液体に強く、信頼性の高いヘッド
を提供することが可能となる。

【０１８８】図３１(a) 〜(d) は、本発明の液体吐出ヘ
ッドの製造方法の第３の実施例を説明するための概略断
面図である。

【０１８９】本実施例においては、図３１(a) に示すよ
うに、アライメント穴あるいはマーク１００ａを有する
厚さ１５μｍのＳＵＳ基板１００の両面にレジスト１０
３０を塗布した。ここで、レジストとしては、東京応化
製のPMERP-AR900 を使用した。

【０１９０】この後、図３１(b) に示すように、ＳＵＳ
基板１００のアライメント穴１００ａに合わせて、露光
装置（キヤノン（株）製：MPA-600 ）を用いて露光し、
第２の液流路を形成すべき部分のレジスト１０３０を除
去した。露光は８００mJ／cm² の露光量で行った。

【０１９１】次に、図３１(c) に示すように、両面のレ
ジスト１０３０がパターニングされたＳＵＳ基板１００
を、エッチング液（塩化第２鉄または塩化第２銅の水溶
液）に浸漬し、レジスト１０３０から露出している部分
をエッチングした後、レジストを剥離した。

【０１９２】次に、図３１(d) に示すように、先の製造
方法の実施例と同様に、ヒータボード１上に、エッチン
グされたＳＵＳ基板１００を位置決め固定して第２の液
流路１６を有する液体吐出ヘッドを組み立てた。

【０１９３】本実施例の製法によれば、ヒータに対し位
置ずれのない精度の高い第２液流路１６を形成すること
ができることに加え、ステンレス鋼で流路を形成してい
るため、酸やアルカリ性の液体に強く信頼性の高い液体
吐出ヘッドを提供することができる。

【０１９４】以上説明したように、本実施例の製造方法
によれば、素子基板１００の上に予め第２液流路の壁を
配設することによって、電気熱変換体と第２液流路とが
高精度に位置決めすることが可能となる。また、切断、
分離前の基板上の多数の素子基板に対して第２の液流路
を同時に形成することができるので、多量に、かつ、低
コストの液体吐出ヘッドを提供することができる。

【０１９５】また、本実施例の製造方法の液体吐出ヘッ
ドの製造方法を実施することによって得られた液体吐出
ヘッドは、発熱体２と第２液流路とを高精度に位置決め
されているので、電気熱変換体の発熱による発泡の圧力
を効率よく受けることができ、吐出効率に優れたものと
なる。

【０１９６】図３２は、本発明の液体吐出ヘッドを適用
した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。

【０１９７】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ース３０１に一時保存される
と同時に、プリント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など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。

【０１９８】また、ＣＰＵ３０２は前記画像データをプ
リント用紙上の適当な位置にプリントするために、画像
データに同期してプリント用紙およびプリントヘッドを
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およびモータドライバ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。

【０１９９】上述のようなプリント装置に適用でき、イ
ンクなどの液体の付与が行われるプリント媒体として
は、各種の紙やＯＨＰシート、コンパクトディスクや装
飾板などに用いられるプラスチック材、布帛、アルミニ
ウムや銅などの金属材、牛皮、豚皮、人工皮革などの皮
革材、木、合板などの木材、竹材、タイルなどのセラミ
ックス材、スポンジなどの三次元構造体などを対象とす
ることができる。

【０２００】また上述のプリント装置として、各種の紙
やＯＨＰシートなどに対してプリントを行うプリンタ装
置、コンパクトディスクなどのプラスチック材にプリン
トを行うプラスチック用プリント装置、金属板にプリン
トを行う金属用プリント装置、皮革にプリントを行う皮
革用プリント装置、木材にプリントを行う木材用プリン
ト装置、セラミックス材にプリントを行うセラミックス
用プリント装置、スポンジなどの三次元網状構造体に対
してプリントを行うプリント装置、又布帛にプリントを
行う捺染装置などをも含むものである。

【０２０１】またこれらの液体吐出装置に用いる吐出液
としては、夫々のプリント媒体やプリント条件に合わせ
た液体を用いればよい。

【０２０２】＜プリントシステム＞次に、本発明による
吐出ヘッドをプリントヘッドとして用い、プリント媒体
に対してプリントを行う、インクジェットプリントシス
テムの一例を説明する。

【０２０３】図３３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プリントシステムの構
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２０１ａ〜２０１ｄは、プリント媒体１５
０のプリント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、つまりプリント媒
体のプリント領域の全幅（図中、Ｙ方向）に亙って吐出
口が配列するものであり、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２０１ａ〜２０１ｄをホルダ２０２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。

【０２０４】これらのヘッド２０１ａ〜２０１ｄ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２０１ａ〜２０１ｄの駆動がなされる。

【０２０５】各ヘッド２０１ａ〜２０１ｄには、吐出液
としてＹ, Ｍ, Ｃ, Ｂｋの４色のインクがそれぞれ２０
４ａ〜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２０４ｅから各ヘッド２０１ａ〜２０１
ｄに発泡液が供給される構成になっている。

【０２０６】また、各ヘッド２０１ａ〜２０１ｄの下方
には、内部にスポンジなどのインク吸収部材が配された
ヘッドキャップ２０３ａ〜２０３ｄが設けられており、
非プリント時に各ヘッド２０１ａ〜２０１ｄの吐出口を
覆うことで、ヘッド２０１ａ〜２０１ｄの保守をなすこ
とができる。

【０２０７】符号２０６は、先の各実施例で説明したよ
うな各種、プリント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。

【０２０８】本実施例のインクジェットプリントシステ
ムにおいては、プリントを行う前後にプリント媒体に対
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をそれぞれプリント媒体搬送経路の上流と下流
に設けている。

【０２０９】前処理と後処理は、プリントを行うプリン
ト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
などのプリント媒体に対しては、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
チックなどの静電気を生じやすいプリント媒体において
は、静電気によってその表面にゴミが付着しやすく、こ
のゴミによって良好なプリント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、プ
リント媒体の静電気を除去することで、プリント媒体か
らごみの除去を行うとよい。また、プリント媒体として
布帛を用いる場合には、滲み防止、先着率の向上などの
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、プリント媒体の温度をプリ
ントに適切な温度にする処理などであってもよい。

【０２１０】一方、後処理は、インクが付与されたプリ
ント媒体に対して熱処理、紫外線照射などによるインク
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などを行うものである。

【０２１１】

【発明の効果】本発明によると、複数の素子基板に第２
液流路の壁が発熱体毎に設けられているため、発泡パワ
ーを素子基板の継ぎ目で減少させることがなくなり、可
動部材により発泡パワーが吐出口側に向けられる結果、
吐出量不足によるプリント画像に白すじが発生するのを
防止することができる。また、ラインタイプヘッドに特
有の後方クロストークがなくなり、画像むらを低減でき
る。

【０２１２】さらに、発生する気泡とこれによって変位
する可動部材との相乗効果を得ることができ、吐出口近
傍の液体を効率よく吐出できるため、従来のバブルジェ
ット方式の吐出方法やヘッドなどに比べて吐出効率を向
上できる。また、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。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。さら
に、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プリントまた高画
質プリントが可能となる。

【０２１３】しかも、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
（焦げなど）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など、従来のバ
ブルジェット吐出方法で吐出することが困難であった液
体についても良好に吐出することができる。また、熱に
弱い液体なども、この液体に熱による悪影響を与えず吐
出することができ、本発明の液体吐出ヘッドをプリント
用の液体吐出プリントヘッドとして用いた場合には、さ
らに高画質なプリントを達成することができる。

【０２１４】一方、本発明の液体吐出ヘッドを用い、液
体の吐出効率などがさらに向上した液体吐出装置やプリ
ントシステムなどを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液体吐出ヘッドの一例を示す模式断面
図である。

【図２】本発明の液体吐出ヘッドの部分破断斜視図であ
る。

【図３】従来のヘッドにおける気泡からの圧力伝搬を示
す模式図である。

【図４】本発明のヘッドにおける気泡からの圧力伝搬を
示す模式図である。

【図５】本発明の液体の流れを説明するための模式図で
ある。

【図６】本発明の第２の実施例における液体吐出ヘッド
の部分破断斜視図である。

【図７】本発明の第３の実施例における液体吐出ヘッド
の部分破断斜視図である。

【図８】本発明の第４の実施例における液体吐出ヘッド
の断面図である。

【図９】本発明の第５の実施例における液体吐出ヘッド
の模式断面図である。

【図１０】本発明の第６の実施例における液体吐出ヘッ
ド（２流路）の断面図である。

【図１１】本発明の第６の実施例における液体吐出ヘッ
ドの部分破断斜視図である。

【図１２】可動部材の動作を説明するための図である。

【図１３】可動部材と第１液流路の構造を説明するため
の図である。

【図１４】可動部材と液流路の構造を説明するための図
である。

【図１５】可動部材の他の形状を説明するための図であ
る。

【図１６】発熱体面積とインク吐出量の関係を示す図で
ある。

【図１７】可動部材と発熱体との配置関係を示す図であ
る。

【図１８】発熱体のエッジと支点までの距離と可動部材
の変位量の関係を示す図である。

【図１９】発熱体と可動部材との配置関係を説明するた
めの図である。

【図２０】本発明の液体吐出ヘッドの縦断面図である。

【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供給路を説明する
ための断面図である。

【図２３】本発明によるヘッドの一実施例の一部の分解
斜視図である。

【図２４】本発明によるヘッドの一実施例の全体の分解
斜視図である。

【図２５】図２４に示した実施例の抽出拡大断面図であ
る。

【図２６】本発明の対象となった液体吐出ヘッドの参考
例の全体の分解斜視図である。

【図２７】図２６に示した参考例の抽出拡大断面図であ
る。

【図２８】本発明による液体吐出ヘッドの別な実施例の
全体の分解斜視図である。

【図２９】本発明の液体吐出ヘッドの製造方法を説明す
るための工程図である。

【図３０】本発明の液体吐出ヘッドの製造方法を説明す
るための工程図である。

【図３１】本発明の液体吐出ヘッドの製造方法を説明す
るための工程図である。

【図３２】装置ブロック図である。

【図３３】液体吐出プリントシステムを示す図である。

【図３４】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１４ａ溝１５第１共通液室１５ａ凹部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気泡発生領域前壁３７気泡発生領域側壁４０気泡４５液滴５０溝付き部材５１オリフィスプレート７０支持体７８ばね８０供給部材２０１ａ〜２０１ｄ液体吐出ヘッド１５０プリント媒体２０３ａ〜２０３ｄヘッドキャップ２５１前処理装置２５２後処理装置６０１継ぎ目

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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)発明者中田佳恵東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (56)参考文献特開平６−31918（ＪＰ，Ａ) 特開平７−266566（ＪＰ，Ａ) 特開平５−566（ＪＰ，Ａ) 特開平７−216400（ＪＰ，Ａ) 実開平２−133341（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B41J 2/05 B41J 2/01 B41J 2/175

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】液体を吐出するための複数の吐出口，こ
れら吐出口に直接連通する第１の液流路をそれぞれ構成
するための複数の溝およびこれら複数の溝に連通して前
記第１の液流路に液体をそれぞれ供給する第１の共通液
室を構成するための凹部を有する一つの溝付き部材と、液体に熱を与えることでこの液体に気泡を発生させるた
めの複数の発熱体およびこれら発熱体毎に設けられる第
２の液流路の壁をそれぞれ有し、前記溝付き部材の前記
吐出口の配列方向に沿って配される複数の素子基板と、これら素子基板と前記溝付き部材との間に配され、前記
発熱体に面した位置に可動部材をそれぞれ有する分離壁
とを具えた液体吐出ヘッドであって、前記分離壁は、前記吐出口の配列方向に沿って前記可動
部材を横切る位置において、隣接する前記素子基板の継
ぎ目を跨ぐ部分を有し、この跨ぐ部分の前記吐出口の配
列方向に沿った幅がここに接合される前記溝付き部材の
部分の幅よりも広くなっており、前記可動部材は、支点およびこの支点よりも下流側に位
置する自由端をそれぞれ有し、前記気泡の発生に基づく
圧力によって前記第１の液流路側にそれぞれ変位するこ
とを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項２】前記吐出口の数は、５００以上であるこ
とを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項３】前記吐出口は、プリント媒体の搬送方向
に対して交差するその幅方向に沿ったプリント領域の全
幅に亙って配列するものであることを特徴とする請求項
１に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項４】前記分離壁は、すべての前記素子基板に
跨がって延びる一枚の材料にて構成されていることを特
徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項５】前記分離壁を複数具え、これら分離壁は
隣接する２つの前記素子基板に跨がって配設されること
を特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項６】表面に前記素子基板が接合される一枚の
ベースプレートをさらに具えたことを特徴とする請求項
１に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項７】請求項１に記載の液体吐出ヘッドと、この液体吐出ヘッドから液体を吐出させるための駆動信
号を供給する駆動信号供給手段とを有することを特徴と
する液体吐出装置。