JP3548385B2

JP3548385B2 - Liquid discharge method, liquid discharge head used therefor, and ink jet recording method and head

Info

Publication number: JP3548385B2
Application number: JP18659897A
Authority: JP
Inventors: 幹史小笠原; 聡永嶋; 俊雄樫野; 博之石永; 佳恵浅川; 定之須釜
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1996-07-11
Filing date: 1997-07-11
Publication date: 2004-07-28
Anticipated expiration: 2017-07-11
Also published as: JPH1076663A

Description

【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を利用して所望の液体を所望の状態で吐出させる液体吐出方法に関する。本発明は更に該液体吐出方法に用い得る液体吐出ヘッドに関する。特に、本発明の有効な利用分野はインクジェット記録分野である。
【０００２】
また本発明は紙、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックス等の被記録媒体に対し記録を行うプリンター、複写機、通信システムを有するファクシミリ、プリンタ部を有するワードプロセッサ等の装置、さらには各種処理装置と複合的に組み合わせた産業用記録装置に適用できる発明である。
【０００３】
なお、本発明における、「記録」とは、文字や図形等の意味を持つ画像を被記録媒体に対して付与することだけでなく、パターン等の意味を持たない画像を付与することをも意味するものである。
【０００４】
【従来の技術】
熱等のエネルギーをインクに与えることで、インクに急峻な体積変化（気泡の発生）を伴う状態変化を生じさせ、この状態変化に基づく作用力によって吐出口からインクを液滴状態で吐出し、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号明細書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】
例えば、エネルギー効率の向上の要求に対する検討としては、保護膜の厚さを調整するといった発熱体の最適化が挙げられている。この手法は、発生した熱の液体への伝搬効率を向上させる点で効果がある。
【０００８】
また、高画質な画像を得るために、インクの吐出スピードが速く、安定した気泡発生に基づく良好なインク吐出を行える液体吐出方法等を与えるための駆動条件が提案されたり、また、高速記録の観点から、吐出された液体の液流路内への充填（リフィル）速度の速い液体吐出ヘッドを得るために流路形状を改良したものも提案されている。
【０００９】
この流路形状の内、流路構造として図２３（ａ），（ｂ）に示すものが、特開昭６３−１９９９７２号公報等に記載されている。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。
【００１０】
図２３、（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且つ、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。
【００１１】
図２３（ｂ）においては、この弁１０は、板材等を利用する製造方法によって、流路３の天井に貼り付いたように初期位置を持ち、気泡の発生に伴って流路３内へ垂れ下がるものとして開示されている。この発明は、上述したバック波の一部を弁１０によって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。
【００１２】
しかしながら、この構成において、吐出すべき液体を保持する流路３内部に、気泡が発生した際を検討するとわかるように、弁１０によるバック波の一部を抑制することは、液体吐出にとっては実用的なものでないことがわかる。
【００１３】
もともとバック波自体は、前述したように吐出に直接関係しないものである。このバック波が流路３内に発生した時点では、図２３（ａ）に示すように、気泡のうち吐出に直接関係する圧力はすでに流路３から液体を吐出可能状態にしている。従って、バック波のうち、しかもその一部を抑制したからといっても、吐出に大きな影響を与えないことは明らかである。
【００１４】
他方、バブルジェット記録方法においては、発熱体がインクに接した状態で加熱を繰り返すため、発熱体の表面にインクの焦げによる堆積物が発生するが、インクの種類によってはこの堆積物が多く発生することで、気泡の発生を不安定にしてしまい、良好なインクの吐出を行うことが困難な場合があった。また、吐出すべき液体が熱によって劣化しやすい液体の場合や十分に発泡が得られにくい液体の場合においても、吐出すべき液体を変質させず、良好に吐出するための方法が望まれていた。
【００１５】
このような観点から、熱により気泡を発生させる液体（発泡液）と吐出する液体（吐出液）とを別液体とし、発泡による圧力を吐出液に伝達することで吐出液を吐出する方法が、特開昭６１−６９４６７号公報、特開昭５５−８１１７２号公報、米国特許第４，４８０，２５９号明細書等の公報に開示されている。これらの公報では、吐出液であるインクと発泡液とをシリコンゴムなどの可撓性膜で完全分離し、発熱体に吐出液が直接接しないようにすると共に、発泡液の発泡による圧力を可撓性膜の変形によって吐出液に伝える構成をとっている。このような構成によって、発熱体表面の堆積物の防止や、吐出液体の選択自由度の向上等を達成している。
【００１６】
しかしながら、前述のように吐出液と発泡液とを完全分離する構成のヘッドにおいては、発泡時の圧力を可撓性膜の伸縮変形によって吐出液に伝える構成であるため、発泡による圧力を可撓性膜がかなり吸収してしまう。また、可撓性膜の変形量もあまり大きくないため、吐出液と発泡液とを分離することによる効果を得ることはできるものの、エネルギー効率や吐出力が低下してしまう虞があった。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
本願出願人は、基本的に従来の気泡（特に膜沸騰に伴う気泡）を液流路中に形成して液体を吐出する方式の、根本的な吐出特性を、従来では考えられなかった観点から、従来では予想できない水準に高めることを主たる課題とし、可動部材の支点と自由端の配置関係を吐出口側つまり下流側に自由端が位置する関係にすること、また可動部材を発熱体もしくは、気泡発生領域に面して配することで積極的に気泡を制御する全く新規な発明を出願した。
【００１８】
この発明は、気泡自体が吐出量に与えるエネルギーを考慮すると気泡の下流側の成長成分を考慮するもので、気泡の下流側の成長成分を吐出方向へ効率よく変換させることで吐出効率、吐出速度の向上をもたらすことを開示している。
【００１９】
前述した先行発明に鑑み、本発明者らは可動部材の変位領域と気泡発生領域とを実質的に区別することで構造的な相分離状態を形成する代りに、使用する液体の条件を考慮することで構造的なバラツキによる不安定な相状態を招くことを解決し、あるいは構造設計条件を緩和できるという知見に至った。
【００２０】
本発明は、この知見に基づいてなされたもので、本発明の主たる目的は以下のとおりである。
【００２１】
本発明の第１の目的は、発泡領域に供給される液体と、発泡領域を経由しない液体との特性差によってヘッド内でのこれらの分離状態を確実にすることで、これらの液体の機能分離を更に明確として、これらの２種の液体を用いることによる利点を更に拡大することにある。
【００２２】
また本発明の第２の目的は、上記２種の液体の組合せを適宜選択することで、耐水性があり、鮮明で高品位な記録を実施できる技術を提供することにある。
【００２３】
また本発明の第３の目的は、記録画像に光沢の付加が可能となる技術を提供することにある。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
上述のような目的を達成するための本発明の代表的な態様は、次のようなものである。
【００２５】
本発明の一態様としての液体吐出方法は、
液体を吐出する吐出口を備え、第１の液体が供給された第１領域と、第２の液体を備え該第２の液体に気泡を発生させる気泡発生領域と、該気泡発生領域に対面して配された第１の位置と該第１領域内で該気泡発生領域から遠ざかる第２の位置との間を変位可能であって自由端よりも上流側に支点部を有する可動部材とを備え、該気泡発生領域における気泡の発生に伴って該可動部材を該第１の位置から該第２の位置の方向へ変位させると共に該可動部材により該気泡を吐出口側へ導く液体吐出ヘッドを用いて、少なくとも第１の液体を吐出させる液体吐出方法であって、
前記第１の液体及び前記第２の液体が、一方が親水性で、他方が疎水性であり、互いに相溶性がない液体である
ことを特徴とする。
【００２６】
本発明の一態様としての液体吐出ヘッドは、
液体を吐出する吐出口を備え、第１の液体が供給された第１領域と、第２の液体を備え該第２の液体に気泡を発生させる気泡発生領域と、該気泡発生領域に対面して配された第１の位置と該第１領域内で該気泡発生領域から遠ざかる第２の位置との間を変位可能であって自由端よりも上流側に支点部を有する可動部材とを備え、該気泡発生領域における気泡の発生に伴って該可動部材を該第１の位置から該第２の位置の方向へ変位させると共に該可動部材により該気泡を吐出口側へ導く構成を有する液体吐出ヘッドであって、
前記第１領域と前記気泡発生領域のそれぞれに第１の液体及び第２の液体を供給する液体供給手段を有し、該液体供給手段から供給される第１の液体と第２の液体は、一方が親水性で、他方が疎水性であり、互いに相溶性がない
ことを特徴とする。
【００２７】
更に、本発明の一態様としての液体吐出方法は、
液体を吐出する吐出口を備え、第１の液体が供給された第１領域と、第２の液体を備え該第２の液体に気泡を発生させる気泡発生領域と、該気泡発生領域に対面して配された第１の位置と該第１領域内で該気泡発生領域から遠ざかる第２の位置との間を変位可能であって自由端よりも上流側に支点部を有する可動部材とを備え、該気泡発生領域における気泡の発生に伴って該可動部材を該第１の位置から該第２の位置の方向へ変位させると共に該可動部材により該気泡を吐出口側へ導く液体吐出ヘッドを用いて、少なくとも第１の液体を吐出させる液体吐出方法であって、
該第１領域と該気泡発生領域は、該第１の位置に該可動部材が存在する状態において互いに実質密閉関係にあって、該第１液体及び該第２液体が、一方が親水性で、他方が疎水性であり、互いに相溶性がない液体である
ことを特徴とする。
【００２８】
本発明の一態様としての液体吐出ヘッドは、
液体を吐出する吐出口を備え、第１の液体が供給された第１領域と、第２の液体を備え該第２の液体に気泡を発生させる気泡発生領域と、該気泡発生領域に対面して配された第１の位置と該第１領域内で該気泡発生領域から遠ざかる第２の位置との間を変位可能であって自由端よりも上流側に支点部を有する可動部材とを備え、該気泡発生領域における気泡の発生に伴って該可動部材を該第１の位置から該第２の位置の方向へ変位させると共に該可動部材により該気泡を吐出口側へ導く構成を有する液体吐出ヘッドであって、
該第１領域と該気泡発生領域は、該第１の位置に該可動部材が存在する状態において互いに実質密閉関係にあって、該第１液体及び該第２液体が、一方が親水性で、他方が疎水性であり、互いに相溶性がない液体である
ことを特徴とする。
【００２９】
本発明の一態様としてのインクジェット記録方法は、
液体を吐出する吐出口を備え、第１の液体が供給された第１領域と、第２の液体を備え該第２の液体に気泡を発生させる気泡発生領域と、該気泡発生領域に対面して配された第１の位置と該第１領域内で該気泡発生領域から遠ざかる第２の位置との間を変位可能であって自由端よりも上流側に支点部を有する可動部材とを備え、該気泡発生領域における気泡の発生に伴って該可動部材を該第１の位置から該第２の位置の方向へ変位させると共に該可動部材により該気泡を吐出口側へ導く液体吐出ヘッドを用いて少なくとも第１の液体を吐出させるインクジェット記録方法であって、
該第１領域と該気泡発生領域は、該第１の位置に該可動部材が存在する状態において互いに実質密閉関係にあって、該第１液体及び該第２液体が、一方が親水性で、他方が疎水性であり、互いに相溶性がない液体であり、該第１の液体は色材を含有するインクであることを特徴とする。
【００３０】
本発明の一態様としてのインクジェット記録ヘッドは、
液体を吐出する吐出口を備え、第１の液体が供給された第１領域と、第２の液体を備え該第２の液体に気泡を発生させる気泡発生領域と、該気泡発生領域に対面して配された第１の位置と該第１領域内で該気泡発生領域から遠ざかる第２の位置との間を変位可能であって自由端よりも上流側に支点部を有する可動部材とを備え、該気泡発生領域における気泡の発生に伴って該可動部材を該第１の位置から該第２の位置の方向へ変位させると共に該可動部材により該気泡を吐出口側へ導く構成を有するインクジェット記録ヘッドであって、
該第１領域と該気泡発生領域は、該第１の位置に該可動部材が存在する状態において互いに実質密閉関係にあって、該第１液体及び該第２液体が、一方が親水性で、他方が疎水性であり、互いに相溶性がない液体であり、該第１の液体は色材を含有するインクであることを特徴とする。
【００３１】
第１の液体と第２の液体の組合せとしては、第１の液体及び第２の液体の一方が親水性であり、他方が疎水性インクである組合せが挙げられる。
【００３２】
本発明によれば、互いに混合し合わない２種の液体をその分離性を確保しつつ同一ヘッド中に保持させることで、これらの２種の液体を用いる利点をより有効に発揮させることが可能となる。更に、これらの液体の組合せを適宜選択することでブリーディングの発生をより効果的に防止し、鮮明で高品位な記録を実施できる。また、かかる構成によれば、ヘッドの吐出口の増粘や固着防止を更に効果的に実施することが可能となる。また、記録画像に光沢の付加も可能となる。
【００３３】
また、本発明によると、後述するような可動部材の自由端変位を伴う液体吐出の後に第１の液体収納域である第１領域内に第２の液体がわずかに残留したとしても、第１の液体及び第２の液体には互いに相溶性がない為、第１及び第２の液体各々の集合能力によって互いに集合し、第１領域内に残留した第２液体は気泡発生領域内の第２の液体に吸収され、第１液体と第２液体の分離状態に自動的に復帰する。従って、第１領域に残留した第２液体が次の液体の射出のための液滴の成分に影響を与えることは殆ど無く、吐出液滴の品質を安定させる事ができる。
【００３４】
加えて、本発明によると、発生する気泡とこれによって変位する可動部材との相乗効果を得ることができ、吐出口近傍の液体を効率よく吐出できるため、従来のバブルジェット方式の吐出方法、ヘッド等に比べて、吐出効率を向上できる。例えば本発明の最も好ましい形態においては２倍以上という飛躍的な吐出効率の向上を達成できた。
【００３５】
この発明の特徴的な構成によれば、低温や低湿で長期放置を行った場合であっても不吐出になることを防止でき、仮に不吐出になっても、予備吐出や吸引回復といった回復処理をわずかに行うだけで正常状態に即座に復帰できる利点もある。
【００３６】
また、特に本発明のリフィル特性を向上した構成によれば、連続吐出時の応答性、気泡の安定成長、液滴の安定化を達成して、高速液体吐出による高速記録また高画質記録を可能にすることができた。
【００３７】
本発明のその他の効果については、以下の記載からも理解される。
【００３８】
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。
【００３９】
また、気泡自体に関する「下流側」とは、主として液滴の吐出に直接作用するとされる気泡の吐出口側部分を代表する。より具体的には気泡の中心に対して、上記流れ方向や上記構成上の方向に関する下流側、又は、発熱体の面積中心より下流側の領域で発生する気泡を意味する。
【００４０】
また、本発明の説明で用いる「実質的に密閉」とは、気泡が成長するとき、可動部材が変位する前に可動部材の周囲の隙間（スリット）から気泡がすり抜けない程度の状態を意味する。
【００４１】
さらに、本発明でいう「分離壁」とは、広義では気泡発生領域と吐出口に直接連通する領域とを区分するように介在する壁（可動部材を含んでもよい）を意味し、狭義では気泡発生領域を含む流路を吐出口に直接連通する液流路とを区分し、それぞれの領域にある液体の混合を防止するものを意味する。
【００４２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。
【００４３】
まず図面を参照しつつ本発明で利用する可動部材の機能について説明する。すなわち、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。なお、以下の各例での説明は、液体補給タンク、可動部材変位領域や気泡発生領域へ至る液流路は互いに分離されたものであることを前提とする。
【００４４】
図１は可動部材を用いた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いる。
【００４５】
こ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（この例においては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。
【００４６】
この液流路１０の素子基板上には、前述の発熱体２に対向するように面して、金属等の弾性を有する材料で構成され、平面部を有する板状の可動部材３１が片持梁状に設けられている。この可動部材の一端は液流路１０の壁や素子基板上に感光性樹脂などをパターニングして形成した土台（支持部材）等に固定されている。これによって、可動部材は保持されると共に支点（支点部分）３３を構成している。
【００４７】
この可動部材３１は、液体の吐出動作によって共通液室１３から可動部材３１を経て吐出口１８側へ流れる大きな流れの上流側に支点（支点部分；固定端）３３を持ち、この支点３３に対して下流側に自由端（自由端部分）３２を持つように、発熱体２に面した位置に発熱体２を覆うような状態で発熱体から１５μｍ程度の距離を隔てて配されている。この発熱体と可動部材との間が気泡発生領域となる。なお発熱体、可動部材の種類や形状および配置はこれに限られることなく、後述するように気泡の成長や圧力の伝搬を制御しうる形状および配置であればよい。なお、上述した液流路１０は、後に取り上げる液体の流れの説明のため、可動部材３１を境にして直接吐出口１８に連通している部分を第１の液流路１４とし、気泡発生領域１１や液体供給路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。
【００４８】
発熱体２を発熱させることで可動部材３１と発熱体２との間の気泡発生領域１１の液体に熱を作用し、液体に米国特許第４，７２３，１２９号明細書に記載されているような膜沸騰現象に基づく気泡を発生させる。気泡の発生に基づく圧力と気泡は可動部材に優先的に作用し、可動部材３１は図１（ｂ）、（ｃ）で示されるように支点３３を中心に吐出口側に大きく開くように変位する。可動部材３１の変位若しくは変位した状態によって気泡の発生に基づく圧力の伝搬や気泡自身の成長が吐出口側に導かれる。
【００４９】
ここで、以上述べた可動部材を用いた場合の基本的な吐出原理の一つを以下に説明する。この吐出方法における最も重要な原理の１つは、気泡に対面するように配された可動部材が気泡の圧力あるいは気泡自体に基づいて、定常状態の第１の位置から変位後の位置である第２の位置へ変位し、この変位する可動部材３１によって気泡の発生に伴う圧力や気泡自身を吐出口１８が配された下流側へ導くことである。
【００５０】
この原理を可動部材を用いない従来の液流路構造を模式的に示した図２と可動部材を用いた図３とを比較してさらに詳しく説明する。なおここでは吐出口方向への圧力の伝搬方向をＶＡ、上流側への圧力の伝搬方向をＶＢとして示した。
【００５１】
図２で示されるような従来のヘッドにおいては、発生した気泡４０による圧力の伝搬方向を規制する構成はない。このため気泡４０の圧力伝搬方向はＶ１〜Ｖ８のように気泡表面の垂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ＶＡ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に近い部分の圧力伝搬の方向成分であり、液吐出効率、液吐出力、吐出速度等に直接寄与する重要な部分である。さらにＶ１は吐出方向ＶＡの方向に最も近いため効率よく働き、逆にＶ４はＶＡに向かう方向成分は比較的少ない。
【００５２】
これに対して、図３で示される可動部材を用いた場合には、可動部材３１が図２の場合のように様々な方向を向いていた気泡の圧力伝搬方向Ｖ１〜Ｖ４を下流側（吐出口側）へ導き、ＶＡの圧力伝搬方向に変換するものであり、これにより気泡４０の圧力が直接的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によって制御し、気泡の圧力伝搬方向を制御することで、吐出効率や吐出力また吐出速度等の根本的な向上を達成することができる。
【００５３】
次に図１に戻って、可動部材を用いた液体吐出ヘッドの吐出動作について詳しく説明する。
【００５４】
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である。ここで重要なことは、可動部材３１が、発熱体の発熱によって発生した気泡に対し、この気泡の少なくとも下流側部分に対面する位置に設けられていることである。つまり、気泡の下流側が可動部材に作用するように、液流路構造上では少なくとも発熱体の面積中心３より下流（発熱体の面積中心３を通って流路の長さ方向に直交する線より下流）の位置まで可動部材３１が配されている。
【００５５】
図１（ｂ）は、発熱体２に電気エネルギー等が印加されて発熱体２が発熱し、発生した熱によって気泡発生領域１１内を満たす液体の一部を加熱し、膜沸騰に伴う気泡を発生させた状態である。
【００５６】
このとき可動部材３１は気泡４０の発生に基づく圧力により、気泡４０の圧力の伝搬方向を吐出口方向に導くように第１位置から第２位置へ変位する。ここで重要なことは前述したように、可動部材３１の自由端３２を下流側（吐出口側）に配置し、支点３３を上流側（共通液室側）に位置するように配置して、可動部材の少なくとも一部を発熱体の下流部分すなわち気泡の下流部分に対面させることである。
【００５７】
図１（ｃ）は気泡４０がさらに成長した状態であるが、気泡４０発生に伴う圧力に応じて可動部材３１はさらに変位している。発生した気泡は上流より下流に大きく成長すると共に可動部材の第１の位置（点線位置）を越えて大きく成長している。このように気泡４０の成長に応じて可動部材３１が徐々に変位して行くことで気泡４０の圧力伝搬方向や堆積移動のしやすい方向、すなわち自由端側への気泡の成長方向を吐出口に均一的に向かわせることができることも吐出効率を高めると考えられる。可動部材は気泡や発泡圧を吐出口方向へ導く際もこの伝達の妨げになることはほとんどなく、伝搬する圧力の大きさに応じて効率よく圧力の伝搬方向や気泡の成長方向を制御することができる。
【００５８】
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。
【００５９】
第２の位置まで変位していた可動部材３１は、気泡の収縮による負圧と可動部材自身のばね性による復元力によって図１（ａ）の初期位置（第１の位置）に復帰する。また、消泡時には、気泡発生領域１１での気泡の収縮体積を補うため、また、吐出された液体の体積分を補うために上流側（Ｂ）、すなわち共通液室夫々の側から流れのＶ_Ｄ１、Ｖ_Ｄ２のように、また、吐出口側から流れのＶｃのように液体が流れ込んでくる。
【００６０】
以上、気泡の発生に伴う可動部材の動作と液体の吐出動作について説明したが、以下に可動部材を用いた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。
【００６１】
図１を用いて可動部材を用いた場合の液供給メカニズムをさらに詳しく説明する。
【００６２】
図１（ｃ）の後、気泡４０が最大体積の状態を経て消泡過程に入ったときには、消泡した体積を補う体積の液体が気泡発生領域に、第１液流路１４の吐出口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、消泡位置に吐出口側から流れ込む液体の量と共通液室から流れ込む液体の量は、気泡発生領域より吐出口に近い部分と共通液室に近い部分との流抵抗の大きさに起因する（流路抵抗と液体の慣性に基づくものである。）。
【００６３】
このため、吐出口に近い側の流抵抗が小さい場合には、多くの液体が吐出口側から消泡位置に流れ込みメニスカスの後退量が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に近い側の流抵抗を小さくして吐出効率を高めようとするほど、消泡時のメニスカスの後退が大きくなり、リフィル時間が長くなって高速印字を妨げることとなっていた。
【００６４】
これに対して本例は可動部材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、消泡時に可動部材が元の位置に戻った時点でメニスカスの後退は止まり、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ＶＤ２からの液供給によって成される。これにより、従来、気泡Ｗの体積の半分程度に対応した量がメニスカスの後退量になっていたのに対して、それより少ないＷ１の半分程度のメニスカス後退量に抑えることが可能になった。
【００６５】
さらに、Ｗ２の体積分の液体供給は消泡時の圧力を利用して可動部材３１の発熱体側の面に沿って、主に第２液流路の上流側（ＶＤ２）から強制的に行うことができるためより速いリフィルを実現できた。
【００６６】
ここで特徴的なことは、従来のヘッドで消泡時の圧力を用いたリフィルを行った場合、メニスカスの振動が大きくなってしまい画像品位の劣化につながっていたが、本例の高速リフィルにおいては可動部材によって吐出口側の第１液流路１４の領域と、気泡発生領域１１との吐出口側での液体の流通が抑制されるためメニスカスの振動を極めて少なくすることができることである。
【００６７】
このように可動部材を用いた場合は、第２流路１６の液供給路１２を介しての発泡領域への強制リフィルと、上述したメニスカス後退や振動の抑制によって高速リフィルを達成することで、吐出の安定や高速繰り返し吐出、また記録の分野に用いた場合、画質の向上や高速記録を実現することができる。
【００６８】
可動部材を用いた構成においてはさらに次のような有効な機能を兼ね備えている。それは、気泡の発生による圧力の上流側への伝搬（バック波）を抑制することである。発熱体２上で発生した気泡の内、共通液室１３側（上流側）の気泡による圧力は、その多くが、上流側に向かって液体を押し戻す力（バック波）になっていた。このバック波は、上流側の圧力と、それによる液移動量、そして液移動に伴う慣性力を引き起こし、これらは液体の液流路内へのリフィルを低下させ高速駆動の妨げにもなっていた。可動部材を用いた場合は、まず可動部材３１によって上流側へのこれらの作用を抑えることでもリフィル供給性の向上をさらに図っている。
【００６９】
次に、可動部材を用いた場合における更なる特徴的な構造と効果について、以下に説明する。
【００７０】
第２液流路１６は、発熱体２の上流に発熱体２と実質的に平坦につながる（発熱体表面が大きく落ち込んでいない）内壁を持つ液体供給路１２を有している。このような場合、気泡発生領域１１および発熱体２の表面への液体の供給は、可動部材３１の気泡発生領域１１に近い側の面に沿って、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、この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、発熱体表面となだらかに繋がり、なだらかな内壁を有する液供給路であればよく、発熱体上に液体の淀みや、液体の供給に大きな乱流を生じない形状であればよい。
【００７１】
また、気泡発生領域への液体の供給は、可動部材の側部（スリット３５）を介して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に導くために図１で示すように気泡発生領域の全体を覆う（発熱体面を覆う）ように大きな可動部材を用い、可動部材３１が第１の位置へ復帰することで、気泡発生領域１１と第１液流路１４の吐出口に近い領域との液体の流抵抗が大きくなるような形態の場合、前述の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、可動部材を用いた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。
【００７２】
ところで、可動部材３１の自由端３２と支点３３の位置は、自由端が相対的に支点より下流側にある。このような構成のため、前述した発泡の際に気泡の圧力伝搬方向や成長方向を吐出口側に導く等の機能や効果を効率よく実現できるのである。さらに、この位置関係は吐出に対する機能や効果のみならず、液体の供給の際にも液流路１０を流れる液体に対する流抵抗を小さくし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、吐出によって後退したメニスカスが毛管力により吐出口１８へ復帰する際や、消泡に対しての液供給が行われる場合に、液流路１０（第１液流路１３、第２液流路１２を含む）内を流れる流れＶ_Ｄ１、Ｖ_Ｄ２夫々に対し、逆らわないように自由端と支点３３とを配置しているためである。
【００７３】
補足すれば、図１においては、前述のように可動部材３１の自由端３２が、発熱体２を上流側領域と下流側領域とに２分する面積中心３（発熱体の面積中心（中央）を通り液流路の長さ方向に直交する線）より下流側の位置に対向するように発熱体２に対して延在している。これによって発熱体の面積中心位置３より下流側で発生する液体の吐出に大きく寄与する圧力、又は気泡を可動部材３１が受け、この圧力及び気泡を吐出口側に導くことができ、吐出効率や吐出力を根本的に向上させることができる。
【００７４】
さらに、加えて上記気泡の上流側をも利用して多くの効果を得ている。また、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。
【００７５】
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図４に示す。図４はこのようなヘッド構造の横断面図である。図４においては、可動部材３１の自由端の位置が発熱体のさらに下流側に位置するように、可動部材が延在している例を示している。これによって自由端位置での可動部材の変位速度を高くすることができ、可動部材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。
【００７６】
また、自由端が先の例に比較して吐出口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。
【００７７】
また、気泡の圧力中心部の気泡成長速度に応じて、可動部材３１は変位速度Ｒ１で変位するが、この位置より支点３３に対して、遠い位置の自由端３２はさらに速い速度Ｒ２で変位する。これにより、自由端３２を高い速度で機械的に液体に作用せしめ液移動を起こさせることで吐出効率を高めている。
【００７８】
また、自由端形状は、液流れに対して垂直な形状をすることにより、気泡の圧力や可動部材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。
【００７９】
以上説明した可動部材を用いた吐出方式を適用して本発明を構成することができる。なお、本発明で用いるヘッドは、上記の可動部材を用いたヘッドにおける構成や特性、あるいは吐出原理などを基本的に有するもので、この基本的な事項に加えて、液流路を第１の液流路と第２の液流路に分割し、かつ、第１の液流路に供給される第１の液体と、第２の液流路に供給され、加熱により発泡させる第２の液体とを分けた構成を有する。
【００８０】
図５は、本発明の液体吐出ヘッドの他の例における流路方向の断面模式図を示しており、図６はこの液体吐出ヘッドの部分破断斜視図を示している。
【００８１】
本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に直接連通した第１液流路１４が配されている。
【００８２】
第１液流路の上流側は、複数の第１液流路に吐出液を供給するための第１共通液室１５に連通しており、第２液流路の上流側は、複数の第２液流路に液体を供給するための第２共通液室に連通している。
【００８３】
第１と第２の液流路の間には、金属等の弾性を有する材料で構成された分離壁３０が配されており、第１液流路中の第１の液体と第２の液流路中の第２の液体とが混合しないようにこれらを液密に区分している。
【００８４】
発熱体の面方向上方への投影空間（以下吐出圧発生領域という。；図５中のＡの領域とＢの気泡発生領域１１）に位置する部分の分離壁は、スリット３５によって吐出口側（液体の流れの下流側）が自由端で、共通液室（１５、１７）側に支点３３が位置する片持梁形状の可動部材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液流路側の吐出口側に向けて開口するように動作する（図中矢印方向）。図６においても、発熱体２としての発熱抵抗部と、この発熱抵抗部に電気信号を印加するための配線電極５とが配された素子基板１上に、第２の液流路を構成する空間を介して分離壁３０が配置されている。なお、可動部材の自由端におけるスリットでの２液の混合の防止は、後述するように、この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する方法があるが、本発明は第１及び第２の液体の特性によって達成することができる。また、可動部材の側方における混液の防止は、可動部材設置位置における第２の液流路の幅を、可動部材の幅よりも小さくする構成等によっても達成できるが、本発明は第１及び第２の液体の特性によって達成する。
【００８５】
可動部材３１の支点３３、自由端３２の配置と、発熱体との配置の関係については、先の図１等で説明した例と同様にしている。
【００８６】
また、先の例で液供給路１２と発熱体２との構造の関係について説明したが、本例においても第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。
【００８７】
次に図７を用いて本例の液体吐出ヘッドの動作を説明する。ヘッドを駆動させるにあたっては、第１液流路１４に供給される第１の液体と第２の液流路１６に供給される発泡液としての第２の液体を用いて動作させた。発熱体２で発生した熱が、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、先例で説明したのと同様に発泡液に米国特許第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を発生させる。
【００８８】
本例においては、気泡発生領域の上流側を除く、３方からの発泡圧の逃げがないため、この気泡発生にともなう圧力が吐出圧発生部に配された可動部材３１側に集中して伝搬し、気泡の成長をともなって可動部材３１が図７（ａ）の状態から図７（ｂ）のように第１液流路側に変位する。この可動部材の動作によって第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液流路の吐出口側の方向（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の機械的変位によって液体が吐出口から吐出される。
【００８９】
この時、第１の液流路１４内の吐出口側にあって吐出される第１の液体の部分と、第２の液流路１６内の第２の液体のうちの第１の液流路１４側へ移動した部分が、互いに混合されないが１つの液滴を構成して吐出口から吐出される。
【００９０】
第１の液体と第２の液体の組合せとしては、これらが互いに混合されない特性を有し、これらの一方を疎水性とし他方を親水性とする組合せが用いられる。
【００９１】
これらの液体の組合せとしては例えば次のような組合せを挙げことができる。（１）第１の液体として水性インクを用い、第２の液体として非極性溶剤（例えばシクロヘキサン、キシレン等）、または撥水剤（シリコーンオイルなど）と非極性溶剤の混合物を用いる。
（２）第１の液体として油性インキを用い、第２の液体として水性液体を用いる。
【００９２】
水性液体としては、水、または水と水溶性有機溶剤の混合物を用いることができる。水溶性有機溶剤としては、例えば通常のインクジェット記録用インクの調製に用いられているものが好適に利用でき、その具体例としては、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド等のアミド類；アセトン等のケトン類；テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル類；ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール等のポリアルキレングリコール類；エチレングリコール、プロピレングリコール、ブチレングリコール、トリエチレングリコール、１，２，６−ヘキサントリオール、チオジグリコール、ヘキシレングリコール、ジエチレングリコール等のアルキレングリコール類；エチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコールモノメチルエーテル等の多価アルコールの低級アルキルエーテル類；エタノール、イソプロピルアルコール等の１価のアルコール類；グリセリン；Ｎ−メチル−２−ピロリドン；１，３−ジメチル−２−イミダゾリジノン；トリエタノールアミン；スルホラン；ジメチルスルホキシド；及びシクロヘキサノール等を挙げることができる。これらは単独で、あるいはこれらの２種以上の組合せで用いることができる。水溶性有機溶剤の含有量は、液体に要求される特性等に応じて適宜選択されるが、例えば１〜８０重量％の量で配合することができる。
【００９３】
水性液体には、必要に応じて界面活性剤、ｐＨ調整剤、防腐剤、酸化防止剤、溶解補助剤、分散剤等種々の添加剤を、単独であるいは２種以上の組合せで含有させることができる。これらの中では、表面張力調整剤としても機能し得る界面活性剤を用いるのが好ましい。界面活性剤としては、脂肪酸塩類、高級アルコール硫酸エステル塩、アルキルベンゼンスルホン酸塩類、高級アルコールリン酸エステル塩等のアニオン界面活性剤、脂肪族アミン類、第４級アンモニム塩類等のカチオン界面活性剤、高級アルコールエチレンオキサイド付加物、アルキルフェノールエチレンオキサイド付加物、脂肪酸エチレンオキサイド付加物、多価アルコール脂肪酸エステルエチレンオキサイド付加物、高級アルキルアミンエチレンオキサイド付加物、脂肪酸アミドエチレンオキサイド付加物、ポリプロピレングリコールエチレンオキサイド付加物、多価アルコールの脂肪酸エステル、アルカノールアミンの脂肪酸アミド類等の非イオン界面活性剤、アミノ型両性界面活性剤、ベタイン型界面活性剤等を挙げることができる。
【００９４】
上記の水性液体に染料、顔料、分散性トナー等を溶解または分散させることによって色材を含む水性インクを得ることができる。この色材の量としては、所望とする画像濃度や色材を反応要素として利用する場合の反応性等に応じて選択されるが、例えば０．１〜２０重量％の量で使用することができる。なお、色材は水溶性樹脂等によって水性液体中に分散されるものであっても良い。
【００９５】
水性液体、あるいは水性インクの物性、例えば粘度や表面張力は、その組成を選択することで調整することができる。
【００９６】
油性インキとしては、例えば油溶性染料を、キシレン、セロソルブ等を用いた油性溶媒に溶解させたものなどの各種の印刷法で利用されているもので、第１の液体として必要な特性を有するものであれば特に制限なく利用できる。
【００９７】
次に、気泡が収縮するに伴って可動部材３１が図７（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。本例においても、この吐出液体の供給は前述の例と同様に可動部材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で妨げることがない。
【００９８】
本例は、可動部材の変位に伴う発泡圧力の伝搬、気泡の成長方向、バック波の防止等に関する主要部分の作用や効果については先に図１等を用いて説明した例と同じであるが、本例のような２流路構成をとることによって、さらに次のような長所がある。
【００９９】
すなわち、第１の液体と第２の液体とを別液体とし、第２の液体の発泡で生じた圧力によってこれらの液体の非混合状態からなる液滴を吐出するので、例えば第１の液体には発泡に必要な熱的特性は要求されず、第１の液体の設計条件が大幅に緩和できる。例えば、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、第２の液体として発泡が良好に行われる液体［エタノール：水＝４：６の混合液（粘度１〜２ｃＰ程度）をベースとするものなど］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。
【０１００】
また、第２の液体として、熱を受けても発熱体の表面にコゲ等の堆積物を生じない液体を選択することで、発泡を安定化し、良好な吐出を行うことができる。
【０１０１】
さらに、本発明のヘッドの構造においては先に説明したような効果をも生じるため、さらに高吐出効率、高吐出力で高粘性液体等の液体を吐出することができる。
【０１０２】
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。
【０１０３】
以上、本発明の液体吐出ヘッドや液体吐出方法の要部の例について説明を行ったが、以下にこれらの例に好ましく適用できる構成例について図面を用いて説明する。
【０１０４】
図８は本発明の液体吐出ヘッドの一例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。本例においては可動部材の自由端３２位置近傍の流路天井の高さが高くなっており、可動部材の動作角度θをより大きく取れるようにしている。この可動部材の動作範囲は、液流路の構造、可動部材の耐久性や発泡力等を考慮して決定すればよいが、吐出口の軸方向の角度を含む角度まで動作することが望ましいと考えられる。
【０１０５】
また、この図で示されるように吐出口の直径より可動部材の自由端の変位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、可動部材の自由端３２位置の液流路天井の高さより可動部材の支点３３位置の液流路天井の高さの方が低くなっているため、可動部材の変位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。
【０１０６】
図９は、第２液流路と可動部材との配置関係の変形例を、可動部材３１と第２の液流路１６との配置関係において説明するための図であり、同図（ａ）は可動部材３１近傍を上方から見た図であり、同図（ｂ）は、可動部材３１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が配されている前面側である。
【０１０７】
本例の第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位置、可動部材、第１流路を経て吐出口に向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。
【０１０８】
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、発熱体より液室側に発生した圧力が共通液室側に逃げないように狭窄部を設けるヘッドの場合には、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。
【０１０９】
しかし、本例の場合、吐出される液体の多くを第１液流路内に第１の液体として供給し、発熱体が設けられた第２液流路内の第２の液体（発泡液）の消費量を第１の液体に対して大幅に少なくすることもでき、そのような場合には、第２液流路の気泡発生領域１１への発泡液の充填量も少なくてすむ。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側に伝えられる形状であれば良い。
【０１１０】
なお、図９（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、第１の液流路側の第１の液体と、第２の液流路側の第２の液体との不吐出時における分離性を確保することが可能となる。また、この構成によれば、気泡のスリットからの逃げの抑制ができるため、さらに吐出圧や吐出効率を高めることができる。さらに、前述の消泡時の圧力による上流側からのリフィルの効果を高めることができる。
【０１１１】
なお、図７（ｂ）や図８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更に吐出力を向上させることができる。この様に気泡が第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μｍ〜３０μｍとすることが望ましい。なお、本例においてはこの高さを１５μｍとした。
【０１１２】
図１０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、（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、可動部材の耐久性が向上する形状である。動作の容易性と耐久性が良好な形状として、図９（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。
【０１１３】
先の例においては、板状可動部材３１およびこの可動部材を有する分離壁５は厚さ５μｍのニッケルで構成したが、これに限られることなく可動部材、分離壁を構成する材質としてはそこに接触する液体に対して耐溶剤性があり、可動部材として良好に動作するための弾性を有し、微細なスリットが形成できるものであればよい。
【０１１４】
可動部材の材料としては、耐久性の高い、銀、ニッケル、金、鉄、チタン、アルミニウム、白金、タンタル、ステンレス、りん青銅等の金属、およびその合金、または、アクリロニトリル、ブタジエン、スチレン等のニトリル基を有する樹脂、ポリアミド等のアミド基を有する樹脂、ポリカーボネ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、さらに二酸化珪素等のセラミックおよびその化合物が望ましい。
【０１１５】
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）等の近年のエンジニアリングプラスチックに代表される耐熱性、耐溶剤性、成型性の良好な樹脂、およびその化合物、もしくは、二酸化珪素、チッ化珪素、ニッケル、金、ステンレス等の金属、合金およびその化合物、もしくは表面にチタンや金をコーティングしたものが望ましい。
【０１１６】
また、分離壁の厚さは、分離壁としての強度を達成でき、可動部材として良好に動作するという観点からその材質と形状等を考慮して決定すればよいが、０．５μｍ〜１０μｍ程度が望ましい。
【０１１７】
なお、可動部材３１を形成するためのスリット３５の幅は本例では２μｍとしたが、スリットの幅は可動部材を設けることによる効果が発揮できる範囲内で適宜変更可能であるが、例えば、好ましくは５μｍ以下、より好ましくは３μｍ以下にすることが望ましい。なお、本発明では、可動部材及び分離壁によって仕切られた第１の液流路と第２の液流路に供給された第１の液体と第２の液体の分離性をこれらの液体の特性を選択することで確保しており、かかるスリット幅をこれら液体がメニスカスを形成できる程度の幅とすることでより確実な分離性を確保することができる。
【０１１８】
本発明における可動部材としてはμｍオーダーの厚さ（ｔμｍ）を対象としており、ｃｍオーダーの厚さの可動部材は意図していない。μｍオーダーの厚さの可動部材にとって、μｍオーダーのスリット幅（Ｗμｍ）を対象とする場合、製造のバラツキをある程度考慮することが望ましい。
【０１１９】
スリットを形成する可動部材の自由端あるいは／且つ側端に対向する部材の厚みが可動部材の厚みと同等の場合（図７、図８等）、スリット幅と厚みの関係を製造のバラツキを考慮して以下のような範囲にすることで２種の液体の吐出動作にない状態での混液を更に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以下の粘度の第２の液体に対して高粘度インク（５ｃｐ、１０ｃｐ等）を用いる場合、Ｗ／ｔ≦１を満足するようにすることで、２液の混合を長期にわたって抑制することが可能な構成となった。
【０１２０】
本発明の「実質的な密閉状態」をヘッドの構造のみで与えるスリットとしては、このような数μｍオーダであればより確実であるが、本発明における液体特性差の利用により、この条件は緩和される。
【０１２１】
上述のように、可動部材は、第１の液体と第２の液体との仕切部材の一部としても機能するものとなる。この可動部材が気泡の生成に伴って移動する際に第１の液流路側に対して、第２の液流路側の第２の液体の一部が進入して、第１の液流路側の第１の液体と第２の液体との非混合状態での１吐出液の形成が行われる。画像を形成する１吐出液におけるこれらの液体の占有割合は、ヘッドの構成等に応じて適宜選択可能であるが、発泡に必要な熱的な要件を大幅に緩和できるという利点を有効に発揮させるには、本発明の目的を達成できる範囲内で第１の液体の割合がより多くなるのが好ましい。例えば、第１の液体と２の液体との占有比が５０：５０〜９５：５の範囲となるように設定するのが好ましい。なお、第１の液体と第２の液体の占有割合から色材の濃度を設定すると良い。
【０１２２】
なお、第１の液体と第２の液体の占有割合は、例えば、気泡発生領域に配置した発熱体の駆動条件を変化させることによって調整することも可能である。この調整方法について水性液体を用いた第１の液体と第２の液体を混合して吐出させる場合を例にとって説明するが、この方法は発明における２液を混在させて吐出する方法にも適用可能であり、例えば濃度諧調を表現する場合に好適に適用し得る。
【０１２３】
次に、このヘッドにおける発熱体と可動部材の配置関係について、図を用いて説明する。ただし、可動部材と発熱体の形状および寸法，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圧力を吐出圧として有効に利用することが可能となる。
【０１２４】
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１１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。
【０１２５】
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の可動領域で覆われるように、可動部材を配置するのが効果的であると、言える。本例においては、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。
【０１２６】
図１２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（（ａ）図）、可動部材３０２（（ｂ）図）を配置したときの上部から見た模式図を示す。
【０１２７】
可動部材３０１の寸法は、５３×１４５μｍ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、該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実験を行った結果、可動部材の耐久性に関しては、（ａ）可動部材３０１の方は、１×１０^７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。（ｂ）可動部材３０２の方は、３×１０^８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もと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。
【０１２８】
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、該可動部材の面積が発熱体の面積よりも大きい方が、優れていることがわかる。
【０１２９】
図１３に発熱体のエッジから可動部材の支点までの距離と、可動部材の変位量の関係を示す。また、図１４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４０×１０５μｍ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形状などによって、最適変位量を求め、可動部材の支点の位置を決めることが望ましい。
【０１３０】
また、可動部材の支点が発熱体の発泡有効領域直上に位置する場合は、可動部材の変位による応力に加え、発泡圧力が直接支点に加わるため可動部材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を設けたものでは、１×１０^６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。したがって、可動部材の支点は、発熱体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。
【０１３１】
以下に液体に熱を与えるための発熱体が設けられた素子基板の構成について説明する。
【０１３２】
図１５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１５（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。
【０１３３】
素子基板１上に第２液流路１６、分離壁３０、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。
【０１３４】
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、その上に発熱体を構成するハフニウムボライド（ＨｆＢ_２）、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）とアルミニウム等の配線電極（０．２〜１．０μｍ厚）を図６のようにパターニングされている。この２つの配線電極１０４から抵抗層１０５に電圧を印加し、抵抗層に電流を流し発熱させる。配線電極間の抵抗層上には、酸化シリコンや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１０５を保護している。
【０１３５】
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として用いられる。
【０１３６】
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耐キャビテーション層を必要としない構成でもよく、その例を図１５（ｂ）に示す。このような耐キャビテーション層を必要としない抵抗層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。
【０１３７】
このように、前述の各例における発熱体の構成としては、前述の電極間の抵抗層（発熱部）だけででもよく、また抵抗層を保護する保護層を含むものでもよい。
【０１３８】
本例においては、発熱体として電気信号に応じて発熱する抵抗層で構成された発熱部を有するものを用いたが、これに限られることなく、吐出液を吐出させるのに十分な気泡を発泡液としての第２の液体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。
【０１３９】
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。
【０１４０】
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１６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。前述の各例のヘッドにおいては、それぞれ電圧２４Ｖ、パルス幅７μｓｅｃ、電流１５０ｍＡ、電気信号を６ｋＨｚで加えることで発熱体を駆動させ、前述のような動作によって、吐出口から液体であるインクを吐出させた。しかしながら、駆動信号の条件はこれに限られることなく、発泡液を適正に発泡させることができる駆動信号であればよい。
【０１４１】
以下に、第１、第２の共通液室に異なる液体を良好に分離して導入でき部品点数の削減を図れ、コストダウンを可能とする液体吐出ヘッドの構造例について説明する。
【０１４２】
図１７は、このような液体吐出ヘッドの構造を示す模式図であり、先の例と同じ構成要素については同じ符号を用いており、詳しい説明はここでは省略する。
【０１４３】
本例においては、溝付き部材５０は、吐出口１８を有するオリフィスプレート５１と、複数の第１液流路１４を構成する複数の溝と、複数の液流路１４に共通して連通し、各第１の液流路１４に第１の液体を供給するための第１の共通液室１５を構成する凹部とから概略構成されている。
【０１４４】
この溝付部材５０の下側部分に分離壁３０を接合することにより複数の第１液流路１４を形成することができる。このような溝付部材５０は、その上部から第１共通液室１５内に到達する第１液体供給路２０を有している。また、溝付部材５０は、その上部から分離壁３０を突き抜けて第２共通液室１７内に到達する第２の液体供給路２１を有している。
【０１４５】
第１の液体は、図１７の矢印Ｃで示すように、第１液体供給路２０を経て、第１の共通液室１５、次いで第１の液流路１４に供給され、第２の液体（発泡液）は、図１７の矢印Ｄで示すように、第２液体供給路２１を経て、第２共通液室１７、次いで第２液流路１６に供給されるようになっている。
【０１４６】
本例では、第２液体供給路２１は、第１液体供給路２０と平行して配されているが、これに限ることはなく、第１共通液室１５の外側に配された分離壁３０を貫通して、第２共通液室１７に連通するように形成されればどのように配されてもよい。
【０１４７】
また、第２液体供給路２１の太さ（直径）に関しては、第２液体の供給量を考慮して決められる。第２液体供給路２１の形状は丸形状である必要はなく、矩形状等でもよい。
【０１４８】
また、第２共通液室１７は、溝付部材５０を分離壁３０で仕切ることによって形成することができる。形成の方法としては、図１８で示す本例の分解斜視図のように、素子基板上にドライフィルムで共通液室枠と第２液路壁を形成し、分離壁を固定した溝付部材５０と分離壁３０との結合体と素子基板１とを貼り合わせることにより第２共通液室１７や第２液流路１６を形成してもよい。
【０１４９】
本例では、アルミニウム等の金属で形成された支持体７０上に、前述のように、発泡液に対して膜沸騰による気泡を発生させるための熱を発生する発熱体としての電気熱変換素子が複数設けられた素子基板１が配されている。
【０１５０】
この素子基板１上には、第２液路壁により形成された液流路１６を構成する複数の溝と、複数の発泡液流路に連通し、それぞれの発泡液路に発泡液を供給するための第２共通液室（共通発泡液室）１７を構成する凹部と、前述した可動壁３１が設けられた分離壁３０とが配されている。
【０１５１】
符号５０は、溝付部材である。この溝付部材は、分離壁３０と接合されることで吐出液流路（第１液流路）１４を構成する溝と、吐出液流路に連通し、それぞれの吐出液流路に吐出液を供給するための第１の共通液室（共通吐出液室）１５を構成するための凹部と、第１共通液室に第１の液体を供給するための第１供給路（吐出液供給路）２０と、第２の共通液室１７に第２の液体（発泡液）を供給するための第２の供給路（発泡液供給路）２１とを有している。第２の供給路２１は、第１の共通液室１５の外側に配された分離壁３０を貫通して第２の共通液室１７に連通する連通路に繋がっており、この連通路によって第２の液体を第１の液体と混合することなく第２の共通液室１５に供給することができる。
【０１５２】
なお、素子基板１、分離壁３０、溝付天板５０の配置関係は、素子基板１の発熱体に対応して可動部材３１が配置されており、この可動部材３１に対応して液流路１４が配されている。また、本例では、第２の供給路を１つ溝付部材に配した例を示したが、供給量に応じて複数設けてもよい。さらに供給路２０と発泡液供給路２１の流路断面積は供給量に比例して決めればよい。このような流路断面積の最適化により溝付部材５０等を構成する部品をより小型化することも可能である。
【０１５３】
以上説明したように本例によれば、第２液流路に第２液体を供給する第２の供給路と、第１液流路に第１液体を供給する第１の供給路とが同一の溝付部材としての溝付天板からなることにより部品点数が削減でき、工程の短縮化とコストダウンが可能となる。
【０１５４】
また第２液流路に連通した第２の共通液室への、第２液体の供給は、第１液体と第２液体を分離する分離壁を突き抜ける方向で第２液流路によって行なわれる構造であるため、前記分離壁と溝付部材と発熱体形成基板との貼り合わせ工程が１度で済み、作りやすさが向上すると共に、貼り合わせ精度が向上し、良好に吐出することができる。
【０１５５】
また、第２液体は、分離壁を突き抜けて第２液体共通液室へ供給されるため、第２液流路に第２液体の供給が確実となり、供給量が十分確保できるため、安定した吐出が可能となる。
【０１５６】
先の例で説明したように本発明においては、前述のような可動部材を有する構成によって、従来の液体吐出ヘッドよりも高い吐出力や吐出効率でしかも高速に液体を吐出することができる。
【０１５７】
次に、上記の例に係る液体吐出ヘッドを搭載した液体吐出ヘッドカートリッジを概略説明する。
【０１５８】
図１９は、前述した液体吐出ヘッドを含む液体吐出ヘッドカートリッジの模式的分解斜視図であり、液体吐出ヘッドカートリッジは、主に液体吐出ヘッド部２００と液体容器８０とから概略構成されている。
【０１５９】
液体吐出ヘッド部２００は、素子基板１、分離壁３０、溝付部材５０、押さえバネ７８、液体供給部材９０、支持体７０等から成っている。素子基板１には、前述のように発泡液に熱を与えるための発熱抵抗体が、複数個、列状に設けられており、また、この発熱抵抗体を選択的に駆動するための機能素子が複数設けられている。この素子基板１と可動壁を持つ前述の分離壁３０との間に発泡液路が形成され発泡液が流通する。この分離壁３０と溝付天板５０との接合によって、液体が流通する吐出流路（不図示）が形成される。
【０１６０】
押さえバネ７８は、溝付部材５０に素子基板１方向への付勢力を作用させる部材であり、この付勢力により素子基板１、分離壁３０、溝付部材５０と、後述する支持体７０とを良好に一体化させている。
【０１６１】
支持体７０は、素子基板１等を支持するためのものであり、この支持体７０上にはさらに素子基板１に接続し電気信号を供給するための回路基板７１や、装置側と接続することで装置側と電気信号のやりとりを行うためのコンタクトパッド７２が配置されている。
【０１６２】
液体容器９０は、液体吐出ヘッドに供給される２種の液体を内部に区分収容している。液体容器９０の外側には、液体吐出ヘッドと液体容器との接続を行う接続部材を配置するための位置決め部９４と接続部を固定するための固定軸９５が設けられている。第１の液流路に供給される第１の液体の供給は、液体容器の供給路９２から接続部材の供給路８４を介して液体供給部材８０の供給路８１に供給され、各部材の供給路８３、７１、２０を介して第１の共通液室に供給される。第２の液体（発泡液）も同様に、液体容器の供給路９３から接続部材の供給路を介して液体供給部材８０の供給路８２に供給され、各部材の供給路８４、７１、２１を介して第２液室に供給される。
【０１６３】
なお、この液体容器には、各液体の消費後に液体を再充填して使用してもよい。このためには液体容器に液体注入口を設けておくことが望ましい。又、液体吐出ヘッドと液体容器とは一体であってもよく、分離可能としてもよい。
【０１６４】
図２０は、前述の液体噴射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。キャリッジＨＣは、第１の液体と第２の液体を区分して収容する液体タンク部９０と液体吐出ヘッド部２００とが着脱可能なヘッドカートリッジを搭載しており、被記録媒体搬送手段で搬送される記録紙等の被記録媒体１５０の幅方向に往復移動する。
【０１６５】
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第１の液体と第２の液体が混合された状態で吐出される。
【０１６６】
また、本例の液体吐出装置においては、被記録媒体搬送手段とキャリッジを駆動するための駆動源としてのモータ１１１、駆動源からの動力をキャリッジに伝えるためのギア１１２、１１３、キャリッジ軸８５等を有している。この記録装置及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。
【０１６７】
図２１は、本発明の液体吐出方法および液体吐出ヘッドを適用したインク吐出記録を動作させるための装置全体のブロック図である。
【０１６８】
記録装置は、ホストコンピュータ３００より印字情報を制御信号として受ける。印字情報は印字装置内部の入力インタフェイス３０１に一時保存されると同時に、記録装置内で処理可能なデータに変換され、ヘッド駆動信号供給手段を兼ねるＣＰＵ３０２に入力される。ＣＰＵ３０２はＲＯＭ３０３に保存されている制御プログラムに基づき、前記ＣＰＵ３０２に入力されたデータをＲＡＭ３０４等の周辺ユニットを用いて処理し、印字するデータ（画像データ）に変換する。
【０１６９】
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。
【０１７０】
上述のような記録装置に適用でき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。
【０１７１】
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、又布帛に記録を行う捺染装置等をも含むものである。
【０１７２】
またこれらの液体吐出装置に用いる吐出液としては、本発明の構成を少なくとも有し、更に夫々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。
【０１７３】
次に、本発明の液体吐出ヘッドを記録ヘッドとして用い被記録媒体に対して記録を行う、インクジェット記録システムの一例を説明する。
【０１７４】
図２２は、前述した本発明の液体吐出ヘッド２０１を用いたインクジェット記録システムの構成を説明するための模式図である。本例における液体吐出ヘッドは、被記録媒体２２７の記録可能幅に対応した長さに３６０ｄｐｉの間隔で吐出口を複数配したフルライン型のヘッドであり、イエロー（Ｙ），マゼンタ（Ｍ），シアン（Ｃ），ブラック（Ｂｋ）の４色に対応した４つのヘッドをホルダ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。
【０１７５】
これらのヘッドに対してそれぞれ駆動信号供給手段を構成するヘッドドライバ３０７から信号が供給され、この信号に基づいて各ヘッド２０１ａ〜ｄの駆動が成される。
【０１７６】
各ヘッドには、第１の液体としてのＹ，Ｍ，Ｃ，Ｂｋの４色のインクがそれぞれ２０４ａ〜２０４ｄのインク容器から供給されている。なお、符号２０４ｅは第２の液体（発泡液）が蓄えられた発泡液容器であり、この容器から各ヘッドに発泡液が供給される構成になっている。
【０１７７】
また、各ヘッドの下方には、内部にスポンジ等のインク吸収部材が配されたヘッドキャップ２０３ａ〜２０３ｄが設けられており、非記録時に各ヘッドの吐出口を覆うことでヘッドの保守を成すことができる。
【０１７８】
符号２０６は、先の各例で説明したような各種、被記録媒体を搬送するための搬送手段を構成する搬送ベルトである。搬送ベルト２０６は、ローラ２１１などの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。
【０１７９】
本例のインクジェット記録システムにおいては、記録を行う前後に被記録媒体に対して各種の処理を行う前処理装置２５１および後処理装置２５２をそれぞれ被記録媒体搬送経路の上流と下流に設けている。
【０１８０】
前処理と後処理は、記録を行う被記録媒体の種類やインクの種類に応じて、その処理内容が異なるが、例えば、金属、プラスチック、セラミックス等の被記録媒体に対しては、前処理として、紫外線とオゾンの照射を行い、その表面を活性化することでインクの付着性の向上を図ることができる。また、プラスチック等の静電気を生じやすい被記録媒体においては、静電気によってその表面にゴミが付着しやすく、このゴミによって良好な記録が妨げられる場合がある。このため、前処理としてイオナイザ装置を用い被記録媒体の静電気を除去することで、被記録媒体からごみの除去を行うとよい。また、被記録媒体として布帛を用いる場合には、滲み防止、先着率の向上等の観点から布帛にアルカリ性物質、水溶性物質、合成高分子、水溶性金属塩、尿素およびチオ尿素から選択される物質を付与する処理を前処理として行えばよい。前処理としては、これらに限らず、被記録媒体の温度を記録に適切な温度にする処理等であってもよい。
【０１８１】
一方、後処理は、インクが付与された被記録媒体に対して熱処理、紫外線照射等によるインクの定着を促進する定着処理や、前処理で付与し未反応で残った処理剤を洗浄する処理等を行うものである。
【０１８２】
なお、本例では、ヘッドとしてフルラインヘッドを用いて説明したが、これに限らず、前述したような小型のヘッドを被記録媒体の幅方向に搬送して記録を行う形態のものであってもよい。
【０１８３】
【実施例】
実施例１及び比較例１
以下の一般式で示される成分を含むジメチルシリコーンオイル：
【０１８４】
【化１】

の３重量部を、非極性溶剤であるシクロヘキサン９７部に添加して第２の液流路に供給する発泡液としての第２の液体を調製した。
【０１８５】
次に、以下の成分を用いて常法により水性インクを調製し、これを第１の液流路に供給する第１の液体とした。
【０１８６】
【表１】

上記の第１の液体と第２の液体を組合せて、１回の吐出における第１の液体と第２の液体の容量比が、９０：１０である図５に示す構成のヘッドを有する装置で液体吐出記録を行い、１ｃｍ×１ｃｍのベタ印字部を普通紙に多数形成したプリントサンプルを得た。
【０１８７】
得られた記録画像を分析したところ、各ドットが第１の液体の液滴上に第２の液体の液滴が重ね打ちされたような構造、すなわち第１の液体のドットが第２の液体でコーティングされたようになっているのが観察された。
比較例１
実施例１で用いた水性インクのみを使用して、すなわち第１の液流路及び第２の液流路の両方に水性インクを供給して、実施例１と同様の液体吐出記録を行い、プリントサンプルを得た。
評価試験例１
実施例１及び比較例１で得られたプリントサンプル上の記録画像について以下の項目に関する評価を行った。
１）耐水性
プリントサンプルを画像面を上にして４５°に傾け、その面の上部から１ｍｌの水を滴下して水滴に画像面上を降下させ、色材の流れ出しがあるかどうかを観察した。その結果、プリントサンプルでは実施例１の色材の流れ出しはほとんど観察されず、良好な耐水性が得られた。一方、比較例１のプリントサンプルでは色材の流れ出しが観察された。
２）画像の光沢
目視による光沢の程度を評価したところ、比較例１のプリントサンプルに対して実施例１のプリントサンプルでは光沢の向上が見られた。
３）耐擦過性
実施例１として、色材としてフードブラック２に代えて顔料を用いる以外は同様にして耐擦過性をも向上させたプリントサンプルを得た。このプリントサンプルについて、消しゴムで印字面を５回こすり画像のけずれ具合を評価したところ、問題はなかったが、比較例１のプリントサンプルでは印字が薄くなった。
実施例２
以下の示す成分を用いて第１の液流路に供給する第１の液体（水性インク）を調製した。
【０１８８】
【表２】

＊）ＭＣＦ８８（商品名、三菱化学株式会社）１０重量部、スチレンアクリル共重合樹脂（分子量８０００、星光化学）１０重量部及び水８０重量を混合調製した分散トナー
上記の第１の液体としての水性インクと、第２の液体としてのシクロヘキサンを用い、実施例１と同様の装置で液体吐出記録を行った。その際、発熱体に記録情報に応じて印可される電気的なパルス信号の条件を種々変化させて、１回の吐出での吐出液の容量を測定した。更に、対照として、第１の液体のみを用いて、すなわち、第１の液流路と第２の液流路の両方に上記の水性インクを供給して同様の液体吐出記録を行った。その結果、同一パルス条件で、水性インクのみの場合に比べて、水性インクとシクロヘキサンを用いた場合に１０％程度の容量増加が得られた。そして、同一吐出量が得られるパルス信号を比較したところ、水性インクとシクロヘキサンを用いた場合に、水性インクを用いた場合に比べてパルス信号の大きさを小さくすることができた。
【０１８９】
【発明の効果】
本発明は、発泡領域に供給される液体と、発泡領域を経由しない、または可動部材の変位領域にある液体との特性差によってヘッド内でのこれらの分離状態を確実にすることで、これらの液体の機能分離を更に明確として、これらの２種の液体を用いることによる利点を更に拡大することができる。
【０１９０】
本発明にかかる第１液体を吐出液とし、第２液体を発泡液とし、自由端を有する可動部材の変位を伴う吐出を行なう実質密閉関係の第１領域と第２領域を有する吐出方法及びヘッドは、第２液体の消費を大幅に減じることができ、吐出液の特性変化を防止し、適正な液滴吐出を長期に渡って安定化することができる。
【０１９１】
また、本発明は、第１液体に加えて第２液体を付加した液滴形成もでき、液滴が付着した記録媒体（紙や液体受容層）において、第１及び第２液体各々の効果を夫々発揮させることができる。
【０１９２】
更に、２種の液体の組合せを適宜選択することで、耐水性があり、鮮明で高品位な記録を実施できる。また、ヘッドの吐出口の増粘や固着防止を更に効果的に行うことが可能となる。しかも、記録画像に光沢の付加も可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】可動部材を用いた液体吐出ヘッドの一例を示す模式断面図である。
【図２】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３】可動部材を用いた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】可動部材を用いた液体吐出ヘッドの他の例の断面図である。
【図５】本発明の液体吐出ヘッドの一例の模式断面図である。
【図６】本発明の液体吐出ヘッドの一例の部分破断斜視図である。
【図７】可動部材の動作を説明するための図である。
【図８】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９】可動部材と液流路の構造を説明するための図である。
【図１０】可動部材の他の形状を説明するための図である。
【図１１】発熱体面積とインク吐出量の関係を示す図である。
【図１２】可動部材と発熱体との配置関係を示す図である。
【図１３】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１４】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１５】本発明の液体吐出ヘッドの他の例の縦断面図である。
【図１６】駆動パルスの形状を示す模式図である。
【図１７】本発明の液体吐出ヘッドの供給路の一例を説明するための断面図である。
【図１８】本発明のヘッドの一例の分解斜視図である。
【図１９】液体吐出ヘッドカートリッジの分解斜視図である。
【図２０】液体吐出装置の概略構成図である。
【図２１】装置ブロック図である。
【図２２】液体吐出記録システムを示す図である。
【図２３】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
１５第１共通液室
１６第２液流路
１７第２共通液室
１８吐出口
１９狭窄部
２０第１供給路
２１第２供給路
２２第１液流路壁
２３第２液流路壁
２４凸部
３０分離壁
３１可動部材
３２自由端
３３支点
３４支持部材
３５スリット
３６気泡発生領域前壁
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[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a liquid discharging method for discharging a desired liquid in a desired state by utilizing the generation of bubbles generated by applying thermal energy to the liquid. The present invention further relates to a liquid ejection head that can be used in the liquid ejection method. In particular, an effective application field of the present invention is an ink jet recording field.
[0002]
Further, the present invention provides a printer, a copying machine, a facsimile having a communication system, a facsimile having a communication system, a word processor having a printer section, etc. for recording on a recording medium such as paper, thread, fiber, cloth, leather, metal, plastic, glass, wood, ceramics and the like. The present invention can be applied to an industrial recording device combined with various devices and various types of processing devices.
[0003]
In the present invention, “recording” means not only giving an image having a meaning such as a character or a figure to a recording medium, but also giving an image having no meaning such as a pattern. To do.
[0004]
[Prior art]
By giving energy such as heat to the ink, a state change accompanied by a steep volume change (generation of air bubbles) is caused in the ink, and the ink is ejected from the ejection port in a droplet state by an action force based on this state change. An ink jet recording method in which an image is formed by attaching this to a recording medium, that is, a so-called bubble jet recording method, is conventionally known. As disclosed in a publication such as US Pat. No. 4,723,129, a recording apparatus using this bubble jet recording method has a discharge port for discharging ink and a communication port with the discharge port. In general, an ink flow path and an electrothermal converter as an energy generating means for discharging ink arranged in the ink flow path are arranged.
[0005]
According to such a recording method, a high-quality image can be recorded at high speed and with low noise, and in a head that performs this recording method, ejection ports for ejecting ink can be arranged at a high density. Therefore, it has many excellent points that a high-resolution recorded image and a color image can be easily obtained with a small device. For this reason, this bubble jet recording method has recently been used in many office devices such as printers, copiers and facsimile machines, and has also been used in industrial systems such as textile printing devices.
[0006]
As the bubble jet technology is used for various products in this way, the following various requirements have been increasing in recent years.
[0007]
For example, optimization of a heating element, such as adjusting the thickness of a protective film, has been cited as a study on a demand for improvement in energy efficiency. This method is effective in improving the propagation efficiency of the generated heat to the liquid.
[0008]
In addition, in order to obtain a high-quality image, a driving condition for providing a liquid discharging method or the like in which the ink discharging speed is high and a good ink discharging based on stable bubble generation is proposed. From the viewpoint, there has also been proposed a liquid discharge head having an improved flow path shape in order to obtain a liquid discharge head having a high filling (refilling) rate of the discharged liquid into the liquid flow path.
[0009]
Among the flow path shapes, the flow path structure shown in FIGS. 23A and 23B is described in JP-A-63-199972 and the like. The flow path structure and the head manufacturing method described in this publication are based on the back wave (pressure in the direction opposite to the direction toward the discharge port, that is, the pressure in the liquid chamber 12) generated by the generation of bubbles. It is an invention which pays attention to. This back wave is known as loss energy because it is not energy directed toward the ejection direction.
[0010]
The inventions shown in FIGS. 23A and 23B disclose the valve 10 which is located farther from the bubble generation region formed by the heating element 2 and located on the side opposite to the discharge port 11 with respect to the heating element 2.
[0011]
In FIG. 23 (b), the valve 10 has an initial position as if attached to the ceiling of the flow path 3 by a manufacturing method using a plate material or the like, and hangs down into the flow path 3 as bubbles are generated. It is disclosed as such. The present invention is disclosed as controlling the energy loss by controlling a part of the back wave by the valve 10.
[0012]
However, in this configuration, as will be understood from consideration of the case where bubbles are generated inside the flow path 3 that holds the liquid to be discharged, it is practical for liquid discharge to suppress a part of the back wave by the valve 10. You can see that it is not a typical thing.
[0013]
Originally, the back wave itself is not directly related to the ejection as described above. At the time when this back wave is generated in the flow path 3, as shown in FIG. 23A, the pressure directly related to the discharge among the bubbles has already made the liquid dischargeable from the flow path 3. Therefore, it is clear that even if only a part of the back wave is suppressed, the ejection is not significantly affected.
[0014]
On the other hand, in the bubble jet recording method, heating is repeated while the heating element is in contact with the ink, so that deposits due to scorching of the ink are generated on the surface of the heating element. As a result, the generation of bubbles becomes unstable, and it may be difficult to perform good ink ejection. Further, even in the case where the liquid to be discharged is a liquid which is easily deteriorated by heat or a liquid in which foaming is difficult to be sufficiently obtained, a method for discharging the liquid to be discharged without changing the quality is desired. .
[0015]
From such a point of view, a method of discharging the discharge liquid by transmitting the pressure due to the bubbling to the discharge liquid by setting the liquid that generates bubbles by heat (foaming liquid) and the liquid to be discharged (discharge liquid) separately, These are disclosed in JP-A-61-69467, JP-A-55-81172 and U.S. Pat. No. 4,480,259. In these publications, the ink, which is the discharge liquid, and the foaming liquid are completely separated by a flexible film such as silicone rubber, so that the discharge liquid does not come into direct contact with the heating element, and the pressure due to the foaming of the foaming liquid is increased. The configuration is such that the liquid is transmitted to the discharge liquid by deformation of the flexible film. With such a configuration, it is possible to prevent deposits on the surface of the heating element, to improve the degree of freedom in selecting the liquid to be discharged, and the like.
[0016]
However, as described above, in the head having a configuration in which the ejection liquid and the foaming liquid are completely separated from each other, the pressure at the time of foaming is transmitted to the ejection liquid by expansion and contraction of the flexible film. The membrane absorbs considerably. Further, since the amount of deformation of the flexible film is not so large, the effect of separating the ejection liquid and the foaming liquid can be obtained, but there is a possibility that the energy efficiency and the ejection force may be reduced.
[0017]
[Problems to be solved by the invention]
The applicant of the present application basically examined the fundamental discharge characteristics of the conventional method of forming bubbles in the liquid flow path (particularly bubbles accompanying film boiling) and discharging the liquid from a viewpoint that could not be considered in the past. The main task is to raise the level to a level which cannot be predicted conventionally, and the arrangement of the fulcrum and the free end of the movable member is to be a relationship where the free end is located on the discharge port side, that is, the downstream side, and the movable member is a heating element or We have applied for a completely new invention that actively controls bubbles by arranging them facing the bubble generation area.
[0018]
The present invention considers the growth component on the downstream side of the bubble in consideration of the energy given by the bubble itself to the ejection amount. By efficiently converting the growth component on the downstream side of the bubble in the ejection direction, the ejection efficiency and the ejection speed are improved. Is disclosed.
[0019]
In view of the foregoing prior invention, the present inventors consider the conditions of the liquid to be used instead of forming a structural phase separation state by substantially distinguishing the displacement region of the movable member from the bubble generation region. This has led to the finding that an unstable phase state due to structural variations can be solved, or that the structural design conditions can be relaxed.
[0020]
The present invention has been made based on this finding, and the main objects of the present invention are as follows.
[0021]
A first object of the present invention is to ensure the separation state in a head by a characteristic difference between a liquid supplied to a foaming region and a liquid that does not pass through a foaming region. To further expand the advantages of using these two liquids.
[0022]
A second object of the present invention is to provide a technique capable of performing clear, high-quality recording with water resistance by appropriately selecting a combination of the above two types of liquids.
[0023]
Further, a third object of the present invention is to provide a technique capable of adding gloss to a recorded image.
[0024]
[Means for Solving the Problems]
A typical embodiment of the present invention for achieving the above object is as follows.
[0025]
The liquid discharging method according to one embodiment of the present invention includes:
A first region to which a first liquid is supplied, a first region to which a first liquid is supplied, a bubble generation region to which a second liquid is generated, and a bubble to be generated in the second liquid; A movable member having a fulcrum portion upstream of the free end and displaceable between a first position arranged in the first region and a second position away from the bubble generation region in the first region. A liquid ejection head that displaces the movable member from the first position to the second position in accordance with the generation of bubbles in the bubble generation region and guides the bubbles toward the discharge port by the movable member. A liquid discharging method for discharging at least the first liquid,
Wherein the first liquid and the second liquid are:One is hydrophilic, the other is hydrophobic,Liquids that are incompatible with each other
It is characterized by the following.
[0026]
The liquid ejection head according to one embodiment of the present invention includes:
A first region to which a first liquid is supplied, a first region to which a first liquid is supplied, a bubble generation region to which a second liquid is generated, and a bubble to be generated in the second liquid; A movable member having a fulcrum portion upstream of the free end and displaceable between a first position arranged in the first region and a second position away from the bubble generation region in the first region. A liquid ejection device having a configuration in which the movable member is displaced from the first position to the second position in accordance with the generation of bubbles in the bubble generation region, and the movable member guides the bubbles toward the discharge port. Head
Liquid supply means for supplying a first liquid and a second liquid to each of the first area and the bubble generation area, wherein the first liquid and the second liquid supplied from the liquid supply meansOne is hydrophilic and the other is hydrophobic,Incompatible with each other
It is characterized by the following.
[0027]
Further, the liquid discharging method according to one embodiment of the present invention includes:
A first region to which a first liquid is supplied, a first region to which a first liquid is supplied, a bubble generation region to which a second liquid is generated, and a bubble to be generated in the second liquid; A movable member having a fulcrum portion upstream of the free end and displaceable between a first position arranged in the first region and a second position away from the bubble generation region in the first region. A liquid ejection head that displaces the movable member from the first position to the second position in accordance with the generation of bubbles in the bubble generation region and guides the bubbles toward the discharge port by the movable member. A liquid discharging method for discharging at least the first liquid,
The first region and the bubble generation region are in a substantially sealed relationship with each other in a state where the movable member is present at the first position, and the first liquid and the second liquid areOne is hydrophilic and the other is hydrophobic,Liquids that are incompatible with each other
It is characterized by the following.
[0028]
The liquid ejection head according to one embodiment of the present invention includes:
A first region to which a first liquid is supplied, a first region to which a first liquid is supplied, a bubble generation region to which a second liquid is generated, and a bubble to be generated in the second liquid; A movable member having a fulcrum portion upstream of the free end and displaceable between a first position arranged in the first region and a second position away from the bubble generation region in the first region. A liquid ejection device having a configuration in which the movable member is displaced from the first position to the second position in accordance with the generation of bubbles in the bubble generation region, and the movable member guides the bubbles toward the discharge port. Head
The first region and the bubble generation region are in a substantially sealed relationship with each other in a state where the movable member is present at the first position, and the first liquid and the second liquid areOne is hydrophilic and the other is hydrophobic,Liquids that are incompatible with each other
It is characterized by the following.
[0029]
Ink jet recording method as one embodiment of the present invention,
A first region to which a first liquid is supplied, a first region to which a first liquid is supplied, a bubble generation region to provide a second liquid, and generate bubbles in the second liquid; and a bubble generation region facing the bubble generation region. A movable member having a fulcrum portion upstream of the free end and displaceable between a first position arranged in the first region and a second position moving away from the bubble generation region in the first region. A liquid ejection head that displaces the movable member from the first position to the second position in accordance with the generation of bubbles in the bubble generation region and guides the bubbles toward the discharge port by the movable member. An ink jet recording method for ejecting at least a first liquid,
The first region and the bubble generation region are in a substantially sealed relationship with each other in a state where the movable member is present at the first position, and the first liquid and the second liquid areOne is hydrophilic and the other is hydrophobic,The liquids are incompatible with each other, and the first liquid is an ink containing a coloring material.
[0030]
An ink jet recording head as one embodiment of the present invention,
A first region to which a first liquid is supplied, a first region to which a first liquid is supplied, a bubble generation region to which a second liquid is generated, and a bubble to be generated in the second liquid; A movable member having a fulcrum portion upstream of the free end and displaceable between a first position arranged in the first region and a second position away from the bubble generation region in the first region. An ink jet recording apparatus having a configuration in which the movable member is displaced from the first position to the second position in accordance with the generation of bubbles in the bubble generation region, and the movable member guides the bubbles toward the discharge port. Head
The first region and the bubble generation region are in a substantially sealed relationship with each other in a state where the movable member is present at the first position, and the first liquid and the second liquid areOne is hydrophilic and the other is hydrophobic,The liquids are incompatible with each other, and the first liquid is an ink containing a coloring material.
[0031]
Combination of a first liquid and a second liquidAs the firstOne of the liquid and the second liquid is hydrophilicsexAnd the other is hydrophobicsexCombinations that are inkInclude.
[0032]
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the advantage which uses these two liquids can be exhibited more effectively by keeping two liquids which do not mix mutually mutually in the same head, ensuring the separation property. It becomes. Further, by appropriately selecting a combination of these liquids, occurrence of bleeding can be more effectively prevented, and clear and high-quality recording can be performed. Further, according to this configuration, it is possible to more effectively prevent the ejection openings of the head from being thickened and fixed. Also, gloss can be added to the recorded image.
[0033]
Further, according to the present invention, even if the second liquid slightly remains in the first area, which is the first liquid storage area, after the liquid ejection with the free end displacement of the movable member as described later, the first liquid remains. Since the first liquid and the second liquid are not compatible with each other, the first liquid and the second liquid aggregate with each other due to the collecting ability of each of the first liquid and the second liquid, and the second liquid remaining in the first region becomes the second liquid in the bubble generation region. And automatically returns to the separated state of the first liquid and the second liquid. Therefore, the second liquid remaining in the first region hardly affects the components of the droplet for ejecting the next liquid, and the quality of the discharged droplet can be stabilized.
[0034]
In addition, according to the present invention, a synergistic effect between the generated bubble and the movable member displaced by the bubble can be obtained, and the liquid in the vicinity of the discharge port can be efficiently discharged. The discharge efficiency can be improved as compared with the above. For example, in the most preferred embodiment of the present invention, a dramatic improvement in the discharge efficiency of twice or more could be achieved.
[0035]
According to the characteristic structure of the present invention, it is possible to prevent non-ejection even when the apparatus is left for a long time at low temperature or low humidity, and to perform recovery processing such as preliminary ejection and suction recovery even if non-ejection occurs. There is also an advantage that it is possible to immediately return to a normal state by performing only a small amount.
[0036]
In addition, according to the configuration of the present invention in which the refill characteristics are improved, the response at the time of continuous ejection, the stable growth of bubbles, and the stabilization of liquid droplets are achieved, thereby enabling high-speed recording and high-quality recording by high-speed liquid ejection. I was able to.
[0037]
Other effects of the present invention will be understood from the following description.
[0038]
The terms “upstream” and “downstream” used in the description of the present invention refer to the flow direction of a liquid from a liquid supply source to a discharge port via a bubble generation region (or a movable member), or a direction in this configuration. Is expressed as an expression.
[0039]
In addition, the term “downstream side” regarding the bubble itself mainly represents a portion on the side of the discharge port of the bubble which is assumed to directly act on the discharge of the droplet. More specifically, it means a bubble that is generated on the downstream side with respect to the flow direction or the structural direction with respect to the center of the bubble, or on the downstream side of the area center of the heating element.
[0040]
Further, “substantially sealed” used in the description of the present invention means a state where bubbles do not slip through gaps (slits) around the movable member before the movable member is displaced when the bubbles grow. .
[0041]
Further, the “separation wall” in the present invention means a wall (may include a movable member) interposed so as to separate a bubble generation region and a region directly communicating with the discharge port in a broad sense. This means that the flow path including the generation area is separated from the liquid flow path that directly communicates with the discharge port, and that the liquid in each area is prevented from being mixed.
[0042]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0043]
First, the function of the movable member used in the present invention will be described with reference to the drawings. That is, an example will be described in which the ejection force and the ejection efficiency are improved by controlling the direction of pressure propagation based on bubbles and the direction of growth of bubbles for ejecting liquid. The description in each of the following examples is based on the premise that the liquid supply tank, the liquid flow path to the movable member displacement area and the bubble generation area are separated from each other.
[0044]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a liquid discharge head using a movable member, which is cut in a liquid flow direction.
[0045]
In this liquid ejection head, a heating element 2 (a heating resistor having a shape of 40 μm × 105 μm in this example) for applying thermal energy to a liquid is provided on an element substrate 1 as an ejection energy generating element for ejecting the liquid. A liquid flow path 10 is arranged on the element substrate corresponding to the heating element 2. The liquid flow path 10 communicates with the discharge port 18, and also communicates with a common liquid chamber 13 for supplying liquid to the plurality of liquid flow paths 10, and has an amount of liquid corresponding to the liquid discharged from the discharge port. From the common liquid chamber 13.
[0046]
A plate-shaped movable member 31 made of an elastic material such as metal and having a flat portion is provided on the element substrate of the liquid flow path 10 so as to face the heating element 2. It is provided in a beam shape. One end of this movable member was formed by patterning a photosensitive resin or the like on the wall of the liquid flow path 10 or on the element substrate.Base (support member)Etc. are fixed. Thereby, the movable member is held and forms a fulcrum (fulcrum portion) 33.
[0047]
The movable member 31 has a fulcrum (fulcrum portion; fixed end) 33 on the upstream side of a large flow flowing from the common liquid chamber 13 through the movable member 31 to the ejection port 18 by the liquid ejection operation. The heating element 2 is disposed at a position facing the heating element 2 at a distance of about 15 μm so as to cover the heating element 2 so as to have a free end (free end portion) 32 on the downstream side. The space between the heating element and the movable member is a bubble generation area. Note that the types, shapes, and arrangements of the heating element and the movable member are not limited thereto, and may be any shape and arrangement that can control the growth of bubbles and the propagation of pressure as described later. In the above-described liquid flow path 10, a portion directly communicating with the discharge port 18 with the movable member 31 as a boundary is referred to as a first liquid flow path 14, and a bubble generation area 11 and a second liquid flow path 16 having a liquid supply path 12.
[0048]
By causing the heating element 2 to generate heat, heat is applied to the liquid in the bubble generation area 11 between the movable member 31 and the heating element 2, and the liquid is described in US Pat. No. 4,723,129. Generates bubbles based on the film boiling phenomenon. The pressure and the bubbles based on the generation of the bubbles act on the movable member preferentially, and the movable member 31 is displaced so as to largely open toward the discharge port side around the fulcrum 33 as shown in FIGS. 1B and 1C. I do. Depending on the displacement or the displaced state of the movable member 31, the propagation of pressure based on the generation of bubbles and the growth of the bubbles themselves are guided to the ejection port side.
[0049]
Here, one of the basic ejection principles when the above-described movable member is used will be described below. One of the most important principles in this ejection method is that the movable member arranged to face the bubble is at a position after a displacement from the first position in the steady state based on the pressure of the bubble or the bubble itself. 2, and the movable member 31 that is displaced guides the pressure accompanying the generation of bubbles and the bubbles themselves to the downstream side where the discharge port 18 is arranged.
[0050]
This principle will be described in more detail by comparing FIG. 2 schematically showing a conventional liquid flow path structure without using a movable member with FIG. 3 using a movable member. Here, the propagation direction of the pressure toward the discharge port is indicated by VA, and the propagation direction of the pressure toward the upstream side is indicated by VB.
[0051]
In the conventional head as shown in FIG. 2, there is no configuration that regulates the direction of pressure propagation by the generated air bubbles 40. For this reason, the pressure propagation direction of the bubble 40 was perpendicular to the bubble surface as indicated by V1 to V8, and was directed in various directions. Among them, those having a component in the pressure propagation direction in the VA direction which has the most influence on the liquid ejection are V1 to V4, that is, components of the pressure propagation in a portion closer to the ejection port than almost half the position of the bubble. This is an important part that directly contributes to ejection efficiency, liquid ejection force, ejection speed, and the like. Further, V1 works efficiently because it is closest to the ejection direction VA, while V4 has relatively little direction component toward VA.
[0052]
On the other hand, when the movable member shown in FIG. 3 is used, the pressure propagation directions V1 to V4 of the bubbles in which the movable member 31 is oriented in various directions as in FIG. (The outlet side), and converts the pressure into the VA pressure propagation direction, whereby the pressure of the bubbles 40 directly and efficiently contributes to the ejection. Then, the growth direction of the bubble itself is guided in the downstream direction similarly to the pressure propagation directions V1 to V4, and the bubble grows larger in the downstream than in the upstream. As described above, by controlling the growth direction itself of the bubble by the movable member and controlling the pressure propagation direction of the bubble, a fundamental improvement in the discharge efficiency, the discharge force, the discharge speed, and the like can be achieved.
[0053]
Next, returning to FIG. 1, the ejection operation of the liquid ejection head using the movable member will be described in detail.
[0054]
FIG. 1A shows a state before energy such as electric energy is applied to the heating element 2 and a state before the heating element generates heat. What is important here is that the movable member 31 is provided at a position facing at least a downstream portion of the bubble generated by the heat generated by the heating element. That is, on the liquid flow path structure, at least downstream of the area center 3 of the heating element (from a line passing through the area center 3 of the heating element and orthogonal to the length direction of the flow path, so that the downstream side of the bubble acts on the movable member. The movable member 31 is arranged to the position (downstream).
[0055]
FIG. 1B shows a state in which electric energy or the like is applied to the heating element 2, the heating element 2 generates heat, and the generated heat heats a part of the liquid filling the bubble generation region 11, causing bubbles accompanying film boiling. This is the state that has been generated.
[0056]
At this time, the movable member 31 is displaced from the first position to the second position by the pressure based on the generation of the bubble 40 so as to guide the pressure propagation direction of the bubble 40 toward the discharge port. What is important here is that, as described above, the free end 32 of the movable member 31 is arranged on the downstream side (discharge port side), and the fulcrum 33 is arranged on the upstream side (common liquid chamber side). That is, at least a part of the movable member faces a downstream portion of the heating element, that is, a downstream portion of the bubble.
[0057]
FIG. 1C shows a state in which the bubble 40 has further grown, but the movable member 31 is further displaced in accordance with the pressure accompanying the generation of the bubble 40. The generated bubble grows greatly from the upstream to the downstream, and grows greatly beyond the first position (dotted line position) of the movable member. As described above, the movable member 31 is gradually displaced in accordance with the growth of the bubble 40, so that the pressure propagation direction of the bubble 40 and the direction in which the sedimentary movement is easy, that is, the growth direction of the bubble to the free end side, It is also considered that the uniform heading can enhance the ejection efficiency. The movable member hardly hinders the transmission of bubbles and bubbling pressure toward the discharge port, and efficiently controls the direction of pressure propagation and the direction of bubble growth according to the magnitude of the propagating pressure. Can be.
[0058]
FIG. 1D shows a state where the bubble 40 contracts and disappears due to a decrease in the internal pressure of the bubble after the above-mentioned film boiling.
[0059]
The movable member 31 that has been displaced to the second position returns to the initial position (first position) in FIG. 1A by the negative pressure due to the contraction of the bubble and the restoring force due to the spring property of the movable member itself. Further, at the time of defoaming, in order to compensate for the contracted volume of the bubbles in the bubble generation region 11 and to compensate for the volume of the discharged liquid, the flow rate V from the upstream side (B), that is, from the respective sides of the common liquid chambers._D1, V_D2And the liquid flows in from the discharge port side like Vc of the flow.
[0060]
The operation of the movable member and the discharge operation of the liquid accompanying the generation of bubbles have been described above. The refilling of the liquid in the liquid discharge head using the movable member will be described in detail below.
[0061]
The liquid supply mechanism using a movable member will be described in more detail with reference to FIG.
[0062]
When the bubble 40 enters the defoaming process after passing through the state of the maximum volume after FIG. 1C, a volume of liquid that supplements the defoamed volume is supplied to the discharge port 18 of the first liquid flow path 14 in the bubble generation region. And from the common liquid chamber side 13 of the second liquid flow path 16. In the conventional liquid flow path structure without the movable member 31, the amount of the liquid flowing from the discharge port side to the defoaming position and the amount of the liquid flowing from the common liquid chamber are the same as the part closer to the discharge port than the bubble generation area. This is due to the magnitude of the flow resistance with the part close to the chamber (based on the flow path resistance and the inertia of the liquid).
[0063]
Therefore, when the flow resistance on the side close to the discharge port is small, a large amount of liquid flows from the discharge port side to the defoaming position, and the retreat amount of the meniscus increases. In particular, as the flow resistance on the side close to the discharge port is reduced to increase the discharge efficiency in order to increase the discharge efficiency, the meniscus retreat at the time of defoaming becomes larger, the refill time becomes longer, and high-speed printing is hindered. Was supposed to be.
[0064]
On the other hand, in the present example, since the movable member 31 is provided, when the volume W of the bubble is W1 on the upper side of the first position of the movable member 31 and W2 is on the side of the bubble generation region 11, the movable member has When returning to the original position, the retraction of the meniscus stops, and the liquid supply for the remaining W2 volume is made mainly by the liquid supply from the flow VD2 in the second flow path 16. Thus, while the amount corresponding to about half of the volume of the bubble W has conventionally been the meniscus retreat amount, it has become possible to suppress the meniscus retreat amount to a smaller amount of about half of W1.
[0065]
Further, the supply of the liquid for the volume of W2 is forcibly performed mainly from the upstream side (VD2) of the second liquid flow path along the surface of the movable member 31 on the heating element side using the pressure at the time of defoaming. To refill faster.
[0066]
What is characteristic here is that when performing refilling using the pressure at the time of defoaming with the conventional head, the vibration of the meniscus increased and led to deterioration of the image quality, but in the high-speed refilling of this example In other words, since the flow of liquid on the discharge port side between the region of the first liquid flow path 14 on the discharge port side and the bubble generation region 11 is suppressed by the movable member, the vibration of the meniscus can be extremely reduced.
[0067]
In the case where the movable member is used in this manner, by forcibly refilling the foaming area via the liquid supply path 12 of the second flow path 16 and achieving the high-speed refill by suppressing the meniscus retreat and vibration described above, When used in the field of stable ejection, high-speed repetitive ejection, and printing, improvement in image quality and high-speed printing can be realized.
[0068]
The configuration using the movable member further has the following effective functions. That is, the propagation of the pressure to the upstream side (back wave) due to the generation of bubbles is suppressed. Of the bubbles generated on the heating element 2, most of the pressure due to the bubbles on the common liquid chamber 13 side (upstream side) is a force (back wave) for pushing back the liquid toward the upstream side. This back wave caused the pressure on the upstream side, the amount of liquid movement due thereto, and the inertial force accompanying the liquid movement, which reduced the refill of the liquid into the liquid flow path and hindered high-speed driving. . When a movable member is used, the refill supply property is further improved by first suppressing these effects on the upstream side by the movable member 31.
[0069]
Next, further characteristic structures and effects when the movable member is used will be described below.
[0070]
The second liquid flow path 16 has a liquid supply path 12 having an inner wall upstream of the heating element 2 and connected to the heating element 2 substantially flat (the heating element surface is not greatly reduced). In such a case, the supply of the liquid to the bubble generation region 11 and the surface of the heating element 2 is performed along the surface of the movable member 31 on the side close to the bubble generation region 11._D2It is performed as follows. Therefore, stagnation of the liquid on the surface of the heating element 2 is suppressed, and deposition of gas dissolved in the liquid and so-called residual air bubbles which cannot be defoamed are easily removed. The heat storage does not become too high. Therefore, more stable generation of bubbles can be repeated at high speed. In this example, the liquid supply path 12 having a substantially flat inner wall has been described. However, the liquid supply path is not limited to this, and may be any liquid supply path that is smoothly connected to the surface of the heating element and has a smooth inner wall. Any shape that does not cause stagnation of the liquid on the heating element or large turbulence in the supply of the liquid may be used.
[0071]
Further, the supply of the liquid to the bubble generation region is performed through the side (slit 35) of the movable member._D1Some are done from. However, as shown in FIG. 1, a large movable member is used so as to cover the entire bubble generation region (cover the heating element surface) as shown in FIG. Is returned to the position, the flow resistance of the liquid between the bubble generation region 11 and the region close to the discharge port of the first liquid flow path 14 is increased._D1The flow of the liquid from to the bubble generation region 11 is hindered. However, in the head structure using the movable member, the flow V for supplying the liquid to the bubble generation region_D1Therefore, the liquid supply performance is extremely high, and even if a structure is required to improve the discharge efficiency such that the movable member 31 covers the bubble generation region 11, the liquid supply performance does not deteriorate.
[0072]
By the way, regarding the positions of the free end 32 and the fulcrum 33 of the movable member 31, the free end is relatively downstream from the fulcrum. With such a configuration, it is possible to efficiently realize functions and effects such as guiding the pressure propagation direction and growth direction of bubbles to the ejection port side during the above-described foaming. Further, this positional relationship achieves not only a function and an effect on the ejection but also an effect that the flow resistance to the liquid flowing through the liquid flow path 10 can be reduced and the refill can be performed at a high speed even when the liquid is supplied. This is because the liquid flow path 10 (first liquid flow path 13, second liquid flow path 13, second liquid flow path 13) is used when the meniscus receded by the discharge returns to the discharge port 18 by capillary force or when liquid is supplied to the defoaming. Flow V (including flow path 12)_D1, V_D2This is because the free end and the fulcrum 33 are arranged so as not to go against each other.
[0073]
Supplementally, in FIG. 1, as described above, the free end 32 of the movable member 31 has the area center 3 (the area center (center) of the heating element) that divides the heating element 2 into an upstream area and a downstream area. , And extends to the heating element 2 so as to face a position downstream of a line perpendicular to the length direction of the liquid flow path). As a result, the movable member 31 receives a pressure or a bubble that greatly contributes to the discharge of the liquid generated downstream of the area center position 3 of the heating element, and can guide the pressure and the bubble to the discharge port side, thereby improving the discharge efficiency and the like. Discharge force can be fundamentally improved.
[0074]
In addition, many effects are obtained by utilizing the upstream side of the bubble. Further, the fact that the free end of the movable member 31 makes an instantaneous mechanical displacement is also considered to contribute effectively to the ejection of the liquid.
[0075]
FIG. 4 shows an example in which the liquid ejection force due to the mechanical displacement described above is further improved. FIG. 4 is a cross-sectional view of such a head structure. FIG. 4 shows an example in which the movable member extends such that the position of the free end of the movable member 31 is located further downstream of the heating element. Thus, the displacement speed of the movable member at the free end position can be increased, and the generation of the ejection force due to the displacement of the movable member can be further improved.
[0076]
Further, since the free end is closer to the ejection port side than in the previous example, the growth of bubbles can be concentrated on a more stable directional component, so that more excellent ejection can be performed.
[0077]
The movable member 31 is displaced at a displacement speed R1 in accordance with the bubble growth speed at the pressure center of the bubble, but the free end 32 farther from the fulcrum 33 than this position is displaced at a faster speed R2. . As a result, the free end 32 is mechanically acted on the liquid at a high speed to cause the liquid to move, thereby increasing the discharge efficiency.
[0078]
Further, the free end shape has a shape perpendicular to the liquid flow, so that the pressure of the bubble and the mechanical action of the movable member can more efficiently contribute to the ejection.
[0079]
The present invention can be configured by applying the ejection method using the movable member described above. The head used in the present invention basically has the configuration and characteristics of the head using the above-described movable member, the ejection principle, and the like. A first liquid which is divided into a liquid flow path and a second liquid flow path and is supplied to the first liquid flow path, and a second liquid which is supplied to the second liquid flow path and foams by heating And the configuration is divided.
[0080]
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of another example of the liquid ejection head of the present invention in the flow channel direction, and FIG. 6 is a partially cutaway perspective view of the liquid ejection head.
[0081]
In the liquid discharge head of this example, a second liquid flow path 16 for bubbling is provided on an element substrate 1 provided with a heating element 2 for applying thermal energy for generating bubbles in the liquid, and a discharge port is provided thereon. A first liquid flow path 14 directly communicating with 18 is provided.
[0082]
An upstream side of the first liquid flow path communicates with a first common liquid chamber 15 for supplying a discharge liquid to the plurality of first liquid flow paths, and an upstream side of the second liquid flow path has a plurality of first liquid flow paths. It communicates with a second common liquid chamber for supplying liquid to the two liquid flow path.
[0083]
A separation wall 30 made of a material having elasticity such as metal is provided between the first and second liquid flow paths, and the first liquid and the second liquid in the first liquid flow path are arranged. These are liquid-tightly divided so as not to mix with the second liquid in the flow path.
[0084]
The separation wall of the portion located in the projection space above the heating element in the plane direction (hereinafter, referred to as a discharge pressure generation region; the region A in FIG. 5 and the bubble generation region 11 in B) in FIG. The downstream end of the liquid flow) is a free end, and is a cantilever-shaped movable member 31 in which a fulcrum 33 is located on the common liquid chamber (15, 17) side. Since the movable member 31 is disposed so as to face the bubble generation region 11 (B), the movable member 31 operates so as to open toward the discharge port side on the first liquid flow path side by bubbling of the bubbling liquid (arrow in the drawing). direction). In FIG. 6 as well, a second liquid flow path is formed on the element substrate 1 on which a heating resistor as the heating element 2 and a wiring electrode 5 for applying an electric signal to the heating resistor are arranged. The separation wall 30 is arranged via the space. In order to prevent the mixing of the two liquids at the slit at the free end of the movable member, as described later, there is a method in which the width of this slit is set to an interval that forms a meniscus between the two liquids. This can be achieved by the properties of the first and second liquids. Further, the prevention of liquid mixture on the side of the movable member can also be achieved by a configuration in which the width of the second liquid flow path at the movable member installation position is smaller than the width of the movable member. Achieved by the properties of the second liquid.
[0085]
The relationship between the arrangement of the fulcrum 33 and the free end 32 of the movable member 31 and the arrangement with the heating element is the same as in the example described with reference to FIG.
[0086]
Further, the structure relationship between the liquid supply path 12 and the heating element 2 has been described in the previous example, but the structure relationship between the second liquid flow path 16 and the heating element 2 is the same in this example.
[0087]
Next, the operation of the liquid ejection head of this example will be described with reference to FIG. In driving the head, the head was operated using the first liquid supplied to the first liquid flow path 14 and the second liquid as the foaming liquid supplied to the second liquid flow path 16. The heat generated by the heating element 2 acts on the foaming liquid in the bubble generation region of the second liquid flow path, so that the foaming liquid is added to the foaming liquid in the same manner as described in the previous example, US Pat. No. 4,723,129. A bubble 40 is generated based on the film boiling phenomenon as described in (1).
[0088]
In this example, since there is no escape of the foaming pressure from three sides except for the upstream side of the bubble generation region, the pressure due to the bubble generation is concentrated and propagates to the movable member 31 arranged in the discharge pressure generation unit. Then, with the growth of bubbles, the movable member 31 is displaced from the state of FIG. 7A to the first liquid flow path side as shown in FIG. 7B. Due to the operation of the movable member, the first liquid flow path 14 and the second liquid flow path 16 are largely communicated with each other, and the pressure based on the generation of bubbles is mainly in the direction (A direction) on the discharge port side of the first liquid flow path. Transmitted. The liquid is discharged from the discharge port by the propagation of the pressure and the mechanical displacement of the movable member as described above.
[0089]
At this time, the portion of the first liquid discharged on the discharge port side in the first liquid flow path 14 and the first liquid flow of the second liquid in the second liquid flow path 16 The portions moved to the side of the path 14 are not mixed with each other, but form one droplet and are discharged from the discharge port.
[0090]
As a combination of the first liquid and the second liquid, they are not mixed with each otherHas characteristics,Make one of these hydrophobic and the other hydrophilicCombinations are used.
[0091]
Examples of combinations of these liquids include the following combinations. (1) An aqueous ink is used as the first liquid, and a non-polar solvent (for example, cyclohexane, xylene or the like) or a mixture of a water repellent (such as silicone oil) and a non-polar solvent is used as the second liquid.
(2) An oil-based ink is used as the first liquid, and an aqueous liquid is used as the second liquid.
[0092]
As the aqueous liquid, water or a mixture of water and a water-soluble organic solvent can be used. As the water-soluble organic solvent, for example, those used in the preparation of ordinary inkjet recording inks can be suitably used, and specific examples thereof include amides such as dimethylformamide and dimethylacetamide; ketones such as acetone; Ethers such as tetrahydrofuran and dioxane; polyalkylene glycols such as polyethylene glycol and polypropylene glycol; ethylene glycol, propylene glycol, butylene glycol, triethylene glycol, 1,2,6-hexanetriol, thiodiglycol, hexylene glycol, Alkylene glycols such as diethylene glycol; polyvalent alcohols such as ethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monomethyl ether, and triethylene glycol monomethyl ether; Monoalkyl alcohols such as ethanol and isopropyl alcohol; glycerin; N-methyl-2-pyrrolidone; 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone; triethanolamine; sulfolane; dimethyl sulfoxide And cyclohexanol. These can be used alone or in combination of two or more thereof. The content of the water-soluble organic solvent is appropriately selected according to the properties required for the liquid and the like, but may be, for example, 1 to 80% by weight.
[0093]
The aqueous liquid may contain various additives such as a surfactant, a pH adjuster, a preservative, an antioxidant, a solubilizing agent, and a dispersant, if necessary, alone or in combination of two or more. it can. Among these, it is preferable to use a surfactant that can also function as a surface tension modifier. Examples of the surfactant include anionic surfactants such as fatty acid salts, higher alcohol sulfates, alkylbenzene sulfonates, higher alcohol phosphates, and cationic surfactants such as aliphatic amines and quaternary ammonium salts. Higher alcohol ethylene oxide adduct, alkylphenol ethylene oxide adduct, fatty acid ethylene oxide adduct, polyhydric alcohol fatty acid ester ethylene oxide adduct, higher alkylamine ethylene oxide adduct, fatty acid amide ethylene oxide adduct, polypropylene glycol ethylene oxide adduct And nonionic surfactants such as fatty acid esters of polyhydric alcohols and fatty acid amides of alkanolamines, amino-type amphoteric surfactants, and betaine-type surfactants.
[0094]
An aqueous ink containing a coloring material can be obtained by dissolving or dispersing a dye, a pigment, a dispersible toner and the like in the above aqueous liquid. The amount of the coloring material is selected depending on the desired image density and the reactivity when the coloring material is used as a reaction element, but may be, for example, 0.1 to 20% by weight. it can. The coloring material may be one that is dispersed in an aqueous liquid by a water-soluble resin or the like.
[0095]
The physical properties of the aqueous liquid or the aqueous ink, such as viscosity and surface tension, can be adjusted by selecting the composition.
[0096]
Oil-based inks are used in various printing methods such as those in which an oil-soluble dye is dissolved in an oil-based solvent using xylene, cellosolve, or the like, and have the properties required as a first liquid. It can be used without any restrictions.
[0097]
Next, as the bubble shrinks, the movable member 31 returns to the position shown in FIG. 7A, and the first liquid flow path 14 supplies an amount of discharged liquid corresponding to the amount of discharged liquid from the upstream side. Is done. Also in this example, since the supply of the discharge liquid is in the direction in which the movable member closes as in the above-described example, the refill of the discharge liquid is not hindered by the movable member.
[0098]
This example is the same as the example described above with reference to FIG. 1 and the like regarding the operation and effect of the main parts related to the propagation of the foaming pressure due to the displacement of the movable member, the growth direction of the bubbles, the prevention of back waves, and the like. By adopting the two-channel configuration as in this example, there are further advantages as follows.
[0099]
That is, the first liquid and the second liquid are separated into different liquids, and droplets formed in a non-mixed state of these liquids are discharged by the pressure generated by the foaming of the second liquid. The thermal properties required for foaming are not required, and the design conditions for the first liquid can be greatly reduced. For example, even if a high-viscosity liquid is insufficiently foamed even when heat is applied and the ejection force is insufficient, this liquid is supplied to the first liquid flow path and foamed as the second liquid. Satisfactorily performed by supplying a liquid (e.g., based on a mixed liquid of ethanol: water = 4: 6 (viscosity of about 1 to 2 cP)) or a liquid having a low boiling point to the second liquid flow path. It can be ejected.
[0100]
In addition, by selecting a liquid that does not generate deposits such as kogation on the surface of the heating element even when it receives heat as the second liquid, foaming can be stabilized and good ejection can be performed.
[0101]
Further, in the head structure of the present invention, since the effects described above are also produced, it is possible to discharge a liquid such as a highly viscous liquid with a higher discharge efficiency and a higher discharge force.
[0102]
Further, even in the case of a liquid that is weak to heating, if this liquid is supplied to the first liquid flow path and a liquid that hardly thermally changes in quality and is well foamed in the second liquid flow path is supplied, the liquid is weak to heating. The liquid can be discharged with high discharge efficiency and high discharge force without causing thermal damage to the liquid.
[0103]
The examples of the liquid ejection head and the main part of the liquid ejection method according to the present invention have been described above. Hereinafter, configuration examples that can be preferably applied to these examples will be described with reference to the drawings.
[0104]
FIG. 8 is a cross-sectional view in the flow direction of one example of the liquid ejection head of the present invention.14A grooved member 50 provided with a groove for constituting (or the liquid flow path 10 in FIG. 1) is provided on the separation wall 30. In this example, the height of the flow path ceiling near the position of the free end 32 of the movable member is increased, so that the operation angle θ of the movable member can be made larger. The operating range of the movable member may be determined in consideration of the structure of the liquid flow path, durability and bubbling force of the movable member, but it is desirable that the movable member be operated up to an angle including the angle in the axial direction of the discharge port. Conceivable.
[0105]
Further, as shown in this figure, by setting the displacement height of the free end of the movable member higher than the diameter of the discharge port, more sufficient discharge force can be transmitted. Further, as shown in this figure, the height of the liquid flow path ceiling at the fulcrum 33 of the movable member is lower than the height of the liquid flow path ceiling at the free end 32 of the movable member. The escape of the pressure wave to the upstream side due to the displacement can be more effectively prevented.
[0106]
FIG. 9 is a diagram for explaining a modified example of the arrangement relationship between the second liquid flow path and the movable member, with reference to the arrangement relation between the movable member 31 and the second liquid flow path 16, and FIG. Is a view of the vicinity of the movable member 31 as viewed from above, and FIG. 4B is a view of the second liquid flow path 16 from which the movable member 31 is removed as viewed from above. FIG. 3C is a diagram schematically illustrating the arrangement relationship between the movable member 31 and the second liquid flow path 16 by overlapping these elements. In each of the figures, the lower part of the figure is the front side where the discharge ports are arranged.
[0107]
The second liquid flow path 16 of this example is located on the upstream side of the heating element 2 (the upstream side here is a large liquid flowing from the second common liquid chamber side to the discharge port through the heating element position, the movable member, and the first flow path). A chamber (foaming chamber) that has a constricted portion 19 at the upstream side in the flow and suppresses the pressure at the time of foaming from easily escaping to the upstream side of the second liquid flow path 16. It has a structure.
[0108]
Like a conventional head, a head in which a flow path for foaming and a flow path for discharging liquid are the same, and a narrow portion is provided so that pressure generated on the liquid chamber side from the heating element does not escape to the common liquid chamber side. In the case of (1), it is necessary to take into consideration the refilling of the liquid, and to adopt a configuration in which the cross-sectional area of the flow path in the constricted portion is not too small.
[0109]
However, in the case of this example, most of the liquid to be discharged is supplied as the first liquid into the first liquid flow path, and the second liquid (foaming liquid) in the second liquid flow path provided with the heating element is provided. Can be significantly reduced with respect to the first liquid, and in such a case, the amount of the foaming liquid filled in the bubble generation region 11 of the second liquid flow path can be reduced. Therefore, since the interval in the constricted portion 19 can be made extremely small as several μm to several tens of μm, it is possible to further suppress the pressure at the time of bubbling generated in the second liquid flow passage to the surroundings, and to concentrate and move It can be turned to the member side. Since this pressure can be used as the discharge force via the movable member 31, higher discharge efficiency and discharge force can be achieved. However, the shape of the first liquid flow path 16 is not limited to the above-described structure, and may be any shape as long as the pressure accompanying the generation of bubbles can be effectively transmitted to the movable member side.
[0110]
Note that, as shown in FIG. 9C, the side of the movable member 31 covers a part of the wall that constitutes the second liquid flow path. Can be prevented from falling. Accordingly, it is possible to ensure the separation property between the first liquid on the first liquid flow path side and the second liquid on the second liquid flow path side at the time of non-ejection. Further, according to this configuration, escape of bubbles from the slit can be suppressed, so that the discharge pressure and the discharge efficiency can be further increased. Further, the effect of the refill from the upstream side by the pressure at the time of the defoaming can be enhanced.
[0111]
In FIG. 7B and FIG. 8, the second liquid flow path is moved with the displacement of the movable member 31 toward the first liquid flow path 14.16A part of the air bubbles generated in the air bubble generation region extends to the first liquid flow path 14 side. By setting the height of the second flow path such that the air bubbles extend, The ejection force can be further improved as compared with the case where the bubble does not extend. In order for the bubbles to extend into the first liquid flow path 14 in this manner, it is desirable that the height of the second liquid flow path 16 be lower than the maximum bubble height. It is desirable to set it to μm to 30 μm. In this example, this height was 15 μm.
[0112]
FIG. 10 shows another shape of the movable member 31. Reference numeral 35 denotes a slit provided in the separation wall, and the movable member 31 is formed by the slit. (A) is a rectangular shape, (b) is a shape where the fulcrum side is narrow and the movable member is easy to operate, and (c) is a shape where the fulcrum side is wide and the movable member is This is a shape that improves the durability of the device. As shown in FIG. 9 (a), it is desirable that the shape of the movable member be narrow in an arc shape as shown in FIG. Any shape may be used as long as it has a shape that can easily operate without entering the flow path side and has excellent durability.
[0113]
In the above example, the plate-shaped movable member 31andAlthough the separation wall 5 having the movable member is made of nickel having a thickness of 5 μm, the material constituting the movable member and the separation wall is not limited thereto, and has a solvent resistance to a liquid contacting therewith. Any material may be used as long as it has elasticity to operate well as a movable member and can form a fine slit.
[0114]
As the material of the movable member, highly durable metals such as silver, nickel, gold, iron, titanium, aluminum, platinum, tantalum, stainless steel, phosphor bronze, and alloys thereof, or nitriles such as acrylonitrile, butadiene, styrene, etc. Resin having a group, resin having an amide group such as polyamide, resin having a carboxyl group such as polycarbonate, resin having an aldehyde group such as polyacetal, resin having a sulfone group such as polysulfone, and other resins such as liquid crystal polymers and compounds thereof Metals with high ink resistance, such as gold, tungsten, tantalum, nickel, stainless steel, titanium, alloys of these, and those with ink resistance coated on the surface, or resins having an amide group such as polyamide, polyacetal Has an aldehyde group such as Resins having a ketone group such as polyetheretherketone, resins having an imide group such as polyimide, resins having a hydroxyl group such as a phenol resin, resins having an ethyl group such as polyethylene, resins having an alkyl group such as polypropylene, A resin having an epoxy group such as an epoxy resin, a resin having an amino group such as a melamine resin, a resin having a methylol group such as a xylene resin and a compound thereof, and a ceramic such as silicon dioxide and a compound thereof are desirable.
[0115]
Examples of the material of the separation wall include polyethylene, polypropylene, polyamide, polyethylene terephthalate, melamine resin, phenol resin, epoxy resin, polybutadiene, polyurethane, polyetheretherketone, polyethersulfone, polyarylate, polyimide, polysulfone, and liquid crystal polymer (LCP). ) And other resins with good heat resistance, solvent resistance, and moldability represented by engineering plastics, and compounds thereof, or metals, alloys such as silicon dioxide, silicon nitride, nickel, gold, stainless steel, and the like. Compounds or those coated with titanium or gold on the surface are desirable.
[0116]
In addition, the thickness of the separation wall may be determined in consideration of the material, shape, and the like from the viewpoint that the strength as the separation wall can be achieved and the movable member operates satisfactorily. desirable.
[0117]
Although the width of the slit 35 for forming the movable member 31 is 2 μm in this example, the width of the slit can be appropriately changed within a range in which the effect of providing the movable member can be exerted. Is preferably 5 μm or less, more preferably 3 μm or less. In the present invention, the separation between the first liquid and the second liquid supplied to the first liquid flow path and the second liquid flow path partitioned by the movable member and the separation wall is determined by the characteristics of these liquids. Is selected, and the slit width is set to such a width that these liquids can form a meniscus, so that more reliable separation properties can be ensured.
[0118]
The movable member in the present invention has a thickness of the order of μm (t μm), and a movable member having a thickness of the order of cm is not intended. For a movable member having a thickness on the order of μm, when a slit width (Wμm) on the order of μm is targeted, it is desirable to consider manufacturing variations to some extent.
[0119]
When the thickness of the member facing the free end and / or the side end of the movable member forming the slit is equal to the thickness of the movable member (FIGS. 7 and 8 and the like), the relationship between the slit width and the thickness is taken into consideration in manufacturing variations. By setting the following range, the liquid mixture in a state where the two liquids are not ejected can be more stably suppressed. Although this is a limited condition, when a high-viscosity ink (5 cp, 10 cp, etc.) is used for the second liquid having a viscosity of 3 cp or less, W / t ≦ 1 is satisfied from a design viewpoint. By doing so, it became possible to suppress the mixing of the two liquids for a long time.
[0120]
The slit which gives the “substantially sealed state” of the present invention only by the structure of the head is more certain if it is on the order of several μm, but this condition is relaxed by utilizing the difference in liquid properties in the present invention. Is done.
[0121]
As described above, the movable member also functions as a part of the partition member for the first liquid and the second liquid. When the movable member moves along with the generation of bubbles, a part of the second liquid on the second liquid flow path side enters the first liquid flow path side, and the first liquid flow path side The formation of one ejection liquid in a non-mixed state of the first liquid and the second liquid is performed. The occupation ratio of these liquids in one ejection liquid for forming an image can be appropriately selected according to the configuration of the head and the like. However, the advantage that the thermal requirements necessary for foaming can be greatly reduced is effectively exhibited. It is preferable that the ratio of the first liquid be larger within a range where the object of the present invention can be achieved. For example, it is preferable to set the occupation ratio between the first liquid and the second liquid to be in the range of 50:50 to 95: 5. Note that the concentration of the coloring material may be set based on the occupation ratio of the first liquid and the second liquid.
[0122]
The occupation ratio of the first liquid and the second liquid can be adjusted, for example, by changing the driving conditions of the heating element disposed in the bubble generation region. This adjusting method will be described by taking as an example a case where a first liquid and a second liquid using an aqueous liquid are mixed and discharged, but this method is also applicable to the method of the present invention in which two liquids are mixed and discharged. This can be suitably applied, for example, when expressing density gradation.
[0123]
Next, the positional relationship between the heating element and the movable member in the head will be described with reference to the drawings. However, the shapes, dimensions, and numbers of the movable member and the heating element are not limited to the following. By the optimal arrangement of the heating element and the movable member, the pressure at the time of foaming by the heating element can be effectively used as the discharge pressure.
[0124]
By giving energy such as heat to the ink, a state change accompanied by a steep volume change (generation of air bubbles) is caused in the ink, and the ink is discharged from the discharge port by an action force based on this state change, and this is recorded. In the related art of an ink jet recording method for forming an image by adhering onto a medium, that is, a so-called bubble jet recording method, as shown in FIG. 11, the heating element area and the ink ejection amount are in a proportional relationship, but contribute to ink ejection. It can be seen that a non-foaming effective area S exists. In addition, from the appearance of the kogation on the heating element, it can be seen that the non-foaming effective area S exists around the heating element. From these results, it is considered that about 4 μm width around the heating element is not involved in foaming.
[0125]
Therefore, in order to effectively use the foaming pressure, it is effective to dispose the movable member so that the movable region of the movable member covers the area just above the effective foaming area about 4 μm or more from the periphery of the heating element. It can be said. In this example, the effective foaming region is at least about 4 μm inward from the periphery of the heating element, but the present invention is not limited to this type depending on the type of heating element and the forming method.
[0126]
FIG. 12 is a schematic diagram viewed from above when a movable member 301 (FIG. 12A) and a movable member 302 (FIG. 13B) having different total movable areas are arranged on a heating element 2 of 58 × 150 μm. Show.
[0127]
The size of the movable member 301 is 53 × 145 μm, which is smaller than the area of the heating element 2, but approximately the same as the effective foaming area of the heating element 2, and is arranged so as to cover the effective foaming area. . On the other hand, the size of the movable member 302 is 53 × 220 μm, which is larger than the area of the heating element 2 (when the width is the same, the dimension between the fulcrum and the movable tip is longer than the length of the heating element). It is arranged so as to cover the effective foaming area in the same manner as described above. An experiment was conducted on the durability and discharge efficiency of the two types of

movable members

301 and 302. As a result, regarding the durability of the movable members, (a) the movable member 301 was 1 × 10⁷Damage was observed at the fulcrum portion of the movable member 301 when the pulse was applied. (B) The movable member 302 is 3 × 10⁸No damage was seen when the pulse was applied. In addition, it was confirmed that the kinetic energy based on the discharge amount and the discharge speed with respect to the input energy was improved by about 1.5 to 2.5 times.
[0128]
From the above results, from the viewpoint of both durability and discharge efficiency, it is better that the movable member is provided so as to cover directly above the effective foaming area, and the area of the movable member is larger than the area of the heating element. You can see that.
[0129]
FIG. 13 shows the relationship between the distance from the edge of the heating element to the fulcrum of the movable member and the amount of displacement of the movable member. FIG. 14 is a cross-sectional view showing the positional relationship between the heating element 2 and the movable member 31 as viewed from the side. The heating element 2 used was 40 × 105 μm. It can be seen that the greater the distance l from the edge of the heating element 2 to the fulcrum 33 of the movable member 31, the greater the displacement. Therefore, it is desirable to determine the optimal displacement amount and determine the position of the fulcrum of the movable member according to the required ink ejection amount, the ejection liquid flow path structure, and the shape of the heating element.
[0130]
When the fulcrum of the movable member is located immediately above the effective foaming area of the heating element, the foaming pressure is directly applied to the fulcrum in addition to the stress caused by the displacement of the movable member, so that the durability of the movable member is reduced. According to the experiment of the present inventor, when the fulcrum is provided just above the effective foaming area, 1 × 10⁶It has been found that the movable wall is damaged by the pulse, and the durability is reduced. Therefore, by arranging the fulcrum of the movable member just above the effective foaming area of the heating element, the practicability increases even with a movable member having a shape or material whose durability is not so high. However, even when there is a fulcrum just above the effective foaming area, it can be used favorably if the shape and material are selected. With this configuration, a liquid ejection head having high ejection efficiency and excellent durability can be obtained.
[0131]
Hereinafter, a configuration of an element substrate provided with a heating element for applying heat to liquid will be described.
[0132]
FIG. 15 is a longitudinal sectional view of the liquid discharge head of the present invention. FIG. 15A shows a head having a protective film described later, and FIG. 15B shows a head without the protective film.
[0133]
On the element substrate 1, a second liquid flow path 16, a separation wall 30, a first liquid flow path 14, and a grooved member 50 having grooves forming the first liquid flow path are arranged.
[0134]
The element substrate 1 is made of silicon or the like.BaseA silicon oxide film or a silicon nitride film 106 for insulating and storing heat is formed on the substrate 107, and hafnium boride (HfB) constituting a heating element is formed thereon.₂), A tantalum nitride (TaN), tantalum aluminum (TaAl) or other electric resistance layer 105 (0.01 to 0.2 μm thick) and a wiring electrode of aluminum or the like (0.2 to 1.0 μm thick) in FIG. Is patterned as follows. A voltage is applied to the resistance layer 105 from the two wiring electrodes 104, and a current flows through the resistance layer to generate heat. On the resistance layer between the wiring electrodes, a protective layer such as silicon oxide or silicon nitride103Is formed in a thickness of 0.1 to 2.0 μm, and a cavitation-resistant layer such as tantalum is further formed thereon.102(Having a thickness of 0.1 to 0.6 μm), which protects the resistance layer 105 from various liquids such as ink.
[0135]
In particular, the pressure and shock waves generated when bubbles are generated and defoamed are extremely strong, and the durability of a hard and brittle oxide film is significantly reduced. Therefore, a metal material such as tantalum (Ta) is used as the anti-cavitation layer. .
[0136]
Also, depending on the combination of the liquid, the liquid flow path configuration, and the resistance material,Anti-cavitation layerConfiguration that does not requireOften,An example is shown in FIG. like thisAnti-cavitation layerAs a material of the resistance layer that does not require, there is an iridium-tantalum-aluminum alloy or the like.
[0137]
As described above, the configuration of the heating element in each of the above-described examples may be only the above-described resistance layer (heating section) between the electrodes, or may include a protection layer for protecting the resistance layer.
[0138]
In this example, a heating element having a heating section composed of a resistance layer that generates heat in response to an electric signal was used as the heating element. However, the present invention is not limited to this. What is necessary is just to produce | generate in the 2nd liquid as a liquid. For example, a light-to-heat converter that generates heat by receiving light from a laser or the like, or a heat generator that has a heat generating portion that generates heat by receiving a high frequency may be used as the heat generating portion.
[0139]
The above-described element substrate 1 includes, in addition to the electrothermal transducer including the resistance layer 105 constituting the above-described heat generating portion and the wiring electrode 104 for supplying an electric signal to the resistance layer, the electrothermal transducer. Functional elements such as a transistor, a diode, a latch, and a shift register for selectively driving the conversion element may be integrally formed by a semiconductor manufacturing process.
[0140]
In addition, in order to drive the heat generating portion of the electrothermal transducer provided on the element substrate 1 as described above and discharge the liquid, the above-described configuration is shown in FIG. By applying such a rectangular pulse, the resistance layer 105 between the wiring electrodes is heated rapidly. In each of the above-described heads, the heating element is driven by applying a voltage of 24 V, a pulse width of 7 μsec, a current of 150 mA, and an electric signal of 6 kHz, and the liquid ink is ejected from the ejection port by the above-described operation. I let it. However, the condition of the drive signal is not limited to this, and any drive signal that can appropriately foam the foaming liquid may be used.
[0141]
Hereinafter, a description will be given of an example of the structure of a liquid ejection head that can satisfactorily separate and introduce different liquids into the first and second common liquid chambers, reduce the number of components, and reduce costs.
[0142]
FIG. 17 is a schematic diagram showing the structure of such a liquid ejection head, in which the same reference numerals are used for the same components as in the previous example, and a detailed description is omitted here.
[0143]
In this example, the grooved member 50 communicates in common with the orifice plate 51 having the discharge port 18, the plurality of grooves forming the plurality of first liquid flow paths 14, and the plurality of liquid flow paths 14, Each first liquid flow path14And a concave portion forming a first common liquid chamber 15 for supplying the first liquid to the first common liquid chamber.
[0144]
By joining the separation wall 30 to the lower portion of the grooved member 50, a plurality of first liquid flow paths 14 can be formed. Such a grooved member 50 has a first liquid supply path 20 that reaches the inside of the first common liquid chamber 15 from above. In addition, the grooved member 50 has a second liquid supply passage 21 that penetrates the separation wall 30 from the upper portion thereof and reaches the inside of the second common liquid chamber 17.
[0145]
The first liquid is supplied to the first common liquid chamber 15 and then to the first liquid flow path 14 through the first liquid supply path 20, as shown by the arrow C in FIG. The foaming liquid) is supplied to the second common liquid chamber 17 and then to the second liquid flow path 16 via the second liquid supply path 21 as shown by an arrow D in FIG.
[0146]
In the present example, the second liquid supply path 21 is disposed in parallel with the first liquid supply path 20, but is not limited thereto, and the separation wall 30 disposed outside the first common liquid chamber 15. May be arranged as long as it is formed so as to penetrate through and communicate with the second common liquid chamber 17.
[0147]
Further, the thickness (diameter) of the second liquid supply passage 21 is determined in consideration of the supply amount of the second liquid. The shape of the second liquid supply path 21 does not need to be round, but may be rectangular or the like.
[0148]
The second common liquid chamber 17 can be formed by partitioning the grooved member 50 by the separation wall 30. As a forming method, as shown in an exploded perspective view of this example shown in FIG. 18, a common liquid chamber frame and a second liquid path wall are formed on an element substrate with a dry film, and a grooved member 50 in which a separation wall is fixed. The second common liquid chamber 17 and the second liquid flow path 16 may be formed by bonding the combined body of the element and the separation wall 30 to the element substrate 1.
[0149]
In the present example, as described above, an electrothermal conversion element as a heating element that generates heat for generating bubbles due to film boiling with respect to a foaming liquid is provided on a support 70 formed of a metal such as aluminum. A plurality of element substrates 1 are provided.
[0150]
On the element substrate 1, a plurality of grooves constituting the liquid flow path 16 formed by the second liquid path wall and a plurality of the foaming liquid flow paths are communicated, and the foaming liquid is supplied to each of the foaming liquid paths. Forming a second common liquid chamber (common foaming liquid chamber) 17 and a separation wall 30 provided with the movable wall 31 described above.
[0151]
Reference numeral 50 is a grooved member. The grooved member is joined to the separation wall 30 so as to communicate with a groove forming the discharge liquid flow path (first liquid flow path) 14 and the discharge liquid flow path. For forming a first common liquid chamber (common discharge liquid chamber) 15 for supplying the first liquid, and a first supply path (discharge liquid supply path) for supplying the first liquid to the first common liquid chamber. ) 20 and a second supply path (foaming liquid supply path) 21 for supplying the second liquid (foaming liquid) to the second common liquid chamber 17. The second supply path 21 is connected to a communication path that communicates with the second common liquid chamber 17 through the separation wall 30 disposed outside the first common liquid chamber 15, and is connected to the second communication path 21 by the communication path. The second liquid can be supplied to the second common liquid chamber 15 without mixing with the first liquid.
[0152]
The arrangement relationship between the element substrate 1, the separation wall 30, and the grooved top plate 50 is such that a movable member 31 is arranged corresponding to the heating element of the element substrate 1, and a liquid flow path corresponding to the movable member 31. 14 are arranged. Further, in this example, an example is shown in which one second supply path is provided in the grooved member, but a plurality of second supply paths may be provided according to the supply amount. Furthermore, the flow path cross-sectional area of the supply path 20 and the foaming liquid supply path 21 may be determined in proportion to the supply amount. By optimizing the cross-sectional area of the flow path, it is possible to further reduce the size of the components constituting the grooved member 50 and the like.
[0153]
As described above, according to this example, the second supply path that supplies the second liquid to the second liquid flow path and the first supply path that supplies the first liquid to the first liquid flow path are the same. By using the grooved top plate as the grooved member, the number of parts can be reduced, and the process can be shortened and the cost can be reduced.
[0154]
Further, the supply of the second liquid to the second common liquid chamber communicating with the second liquid flow path is performed by the second liquid flow path in a direction penetrating a separation wall separating the first liquid and the second liquid. Therefore, the bonding step of the separation wall, the grooved member, and the heating element forming substrate only needs to be performed once, so that the ease of manufacturing is improved, the bonding accuracy is improved, and excellent discharge can be performed.
[0155]
In addition, since the second liquid penetrates through the separation wall and is supplied to the second liquid common liquid chamber, the supply of the second liquid to the second liquid flow path is ensured, and a sufficient supply amount can be ensured, so that stable discharge can be achieved. Becomes possible.
[0156]
As described in the previous example, in the present invention, the configuration having the movable member as described above makes it possible to discharge a liquid at a higher discharge force and a higher discharge efficiency than a conventional liquid discharge head and at a higher speed.
[0157]
Next, a liquid discharge head cartridge equipped with the liquid discharge head according to the above example will be schematically described.
[0158]
FIG. 19 is a schematic exploded perspective view of a liquid ejection head cartridge including the above-described liquid ejection head. The liquid ejection head cartridge is mainly composed of a liquid ejection head unit 200 and a liquid container 80.
[0159]
The liquid discharge head unit 200 includes the element substrate 1, the separation wall 30, the grooved member 50, the pressing spring 78, the liquid supply member 90, the support 70, and the like. As described above, the element substrate 1 is provided with a plurality of heating resistors for applying heat to the foaming liquid in a row, and a functional element for selectively driving the heating resistors. Are provided. A foaming liquid passage is formed between the element substrate 1 and the above-described separation wall 30 having a movable wall, and the foaming liquid flows. By joining the separation wall 30 and the grooved top plate 50, a discharge flow path (not shown) through which the liquid flows is formed.
[0160]
The pressing spring 78 is a member that applies a biasing force in the direction of the element substrate 1 to the grooved member 50, and the biasing force causes the element substrate 1, the separation wall 30, the grooved member 50, and a support 70 described later. Good integration.
[0161]
The support 70 is for supporting the element substrate 1 and the like. On the support 70, a circuit board 71 for connecting to the element substrate 1 and supplying an electric signal and a device side are connected. And a contact pad 72 for exchanging electric signals with the device side.
[0162]
The liquid container 90 contains therein two kinds of liquids to be supplied to the liquid discharge head. Outside the liquid container 90, a positioning portion 94 for arranging a connection member for connecting the liquid ejection head and the liquid container and a fixed shaft 95 for fixing the connection portion are provided. The first liquid supplied to the first liquid flow path is supplied from the supply path 92 of the liquid container to the supply path 81 of the liquid supply member 80 via the supply path 84 of the connection member, and is supplied to each of the members. Roads 83, 71,20To the first common liquid chamber. Similarly, the second liquid (foaming liquid) is also supplied from the supply path 93 of the liquid container to the supply path 82 of the liquid supply member 80 via the supply path of the connection member, and the

supply paths

84, 71,21Is supplied to the second liquid chamber via
[0163]
The liquid container may be refilled with liquid after consumption of each liquid and used. For this purpose, it is desirable to provide a liquid inlet in the liquid container. Further, the liquid ejection head and the liquid container may be integrated or may be separable.
[0164]
FIG. 20 shows a schematic configuration of a liquid ejection apparatus equipped with the above-described liquid ejection head. The carriage HC has a head cartridge in which a liquid tank unit 90 for separately storing the first liquid and the second liquid and a liquid ejection head unit 200 are mounted, and is conveyed by a recording medium conveying unit. Reciprocate in the width direction of the recording medium 150 such as recording paper.
[0165]
When a drive signal is supplied from a drive signal supply unit (not shown) to the liquid discharge unit on the carriage, the first liquid and the second liquid are mixed from the liquid discharge head to the recording medium in accordance with this signal. It is discharged in the state where it was.
[0166]
Further, in the liquid ejection apparatus of the present embodiment, a motor 111 as a drive source for driving the recording medium transporting means and the carriage, a gear 112 for transmitting power from the drive source to the carriage,113, carriage shaft 85, etc.have. With this recording apparatus and the liquid ejection method performed by this recording apparatus, a recorded matter of a good image could be obtained by ejecting liquid to various recording media.
[0167]
FIG. 21 is a block diagram of the entire apparatus for operating ink discharge recording to which the liquid discharge method and the liquid discharge head of the present invention are applied.
[0168]
The recording device receives print information from the host computer 300 as a control signal. The print information is temporarily stored in the input interface 301 inside the printing apparatus, and at the same time, is converted into data that can be processed in the printing apparatus, and is input to the CPU 302 also serving as a head drive signal supply unit. The CPU 302 processes the data input to the CPU 302 using a peripheral unit such as the RAM 304 based on the control program stored in the ROM 303, and converts the data into print data (image data).
[0169]
Further, the CPU 302 generates drive data for driving a drive motor for moving the recording paper and the recording head in synchronization with the image data in order to record the image data at an appropriate position on the recording paper. The image data and the motor drive data are transmitted to the head 200 and the drive motor 306 via the head driver 307 and the motor driver 305, respectively, and driven at controlled timing to form an image.
[0170]
Examples of the recording medium applicable to the recording apparatus described above include various types of paper and OHP sheets, plastic materials used for compact discs and decorative plates, fabrics, metal materials such as aluminum and copper, cowhide, pigskin, and artificial leather. Leather materials such as leather, wood such as wood and plywood, bamboo materials, ceramic materials such as tiles, and three-dimensional structures such as sponges can be used.
[0171]
As the above-mentioned recording device, a printer device for recording on various types of paper and OHP sheets, a recording device for plastics for recording on plastic materials such as compact discs, a recording device for metal for recording on metal plates, leather A recording device for leather that records on wood, a recording device for wood that records on wood, a recording device for ceramic that records on ceramic materials, a recording device that records on a three-dimensional network structure such as a sponge, or a fabric It also includes a textile printing device that performs recording.
[0172]
Further, as a discharge liquid used in these liquid discharge devices, a liquid which has at least the structure of the present invention and which is adapted to each recording medium and recording conditions may be used.
[0173]
Next, an example of an ink jet recording system that performs recording on a recording medium using the liquid ejection head of the present invention as a recording head will be described.
[0174]
FIG. 22 is a schematic diagram for explaining the configuration of an ink jet recording system using the above-described liquid ejection head 201 of the present invention. The liquid ejection head in this example is a recording medium227Is a full-line type head having a plurality of ejection openings arranged at intervals of 360 dpi in a length corresponding to the printable width of four colors of yellow (Y), magenta (M), cyan (C), and black (Bk). Are fixedly supported in parallel with each other by a holder 202 at predetermined intervals in the X direction.
[0175]
A signal is supplied to each of these heads from a head driver 307 constituting a drive signal supply unit, and based on this signal,Each head 201a-dIs performed.
[0176]
To each head, ink of four colors of Y, M, C, and Bk as a first liquid is supplied from ink containers 204a to 204d, respectively. Reference numeral 204e denotes a foaming liquid container storing a second liquid (foaming liquid), and the foaming liquid is supplied to each head from this container.
[0177]
Below each head, head caps 203a to 203d in which an ink absorbing member such as a sponge is disposed are provided, and the head can be maintained by covering the ejection openings of each head during non-printing. Can be.
[0178]
Reference numeral 206 denotes a transport belt that constitutes a transport unit for transporting various types of recording media as described in the above examples. The transport belt 206 isRoller 211 etc.It is routed to a predetermined path by various rollers, and is driven by a driving roller connected to a motor driver 305.
[0179]
In the ink jet recording system of this example, a pre-processing device 251 and a post-processing device 252 for performing various processes on a recording medium before and after recording are provided upstream and downstream of the recording medium transport path, respectively.
[0180]
The pre-processing and post-processing differ depending on the type of recording medium on which recording is performed and the type of ink, but for example, for recording media such as metals, plastics, and ceramics, the pre-processing is performed as pre-processing. By irradiating ultraviolet rays and ozone to activate the surface, the adhesion of the ink can be improved. Further, in a recording medium such as plastic which easily generates static electricity, dust easily adheres to the surface due to the static electricity, and good recording may be hindered by the dust. For this reason, it is preferable to remove dust from the recording medium by removing static electricity from the recording medium by using an ionizer device as pretreatment. When a cloth is used as the recording medium, the cloth is selected from an alkaline substance, a water-soluble substance, a synthetic polymer, a water-soluble metal salt, urea, and thiourea from the viewpoint of preventing bleeding and improving the first-arrival rate. What is necessary is just to perform the process which gives a substance as preprocessing. The pre-processing is not limited to these, and may be a process of setting the temperature of the recording medium to a temperature suitable for recording.
[0181]
Post-processing, on the other hand, includes a fixing process for promoting the fixing of the ink to the recording medium to which the ink has been applied by heat treatment, ultraviolet irradiation, and the like, and a process for cleaning the processing agent applied in the pre-processing and remaining unreacted. Is what you do.
[0182]
In this example, a full-line head is used as the head. However, the present invention is not limited to this, and a small head as described above is conveyed in the width direction of the recording medium to perform recording. Is also good.
[0183]
【Example】
Example 1 and Comparative Example 1
Dimethyl silicone oil containing a component represented by the following general formula:
[0184]
Embedded image

Was added to 97 parts of cyclohexane as a nonpolar solvent to prepare a second liquid as a foaming liquid to be supplied to the second liquid flow path.
[0185]
Next, a water-based ink was prepared by the usual method using the following components, and this was used as a first liquid to be supplied to the first liquid flow path.
[0186]
[Table 1]

An apparatus having a head having the configuration shown in FIG. 5 in which the first liquid and the second liquid are combined and the volume ratio of the first liquid and the second liquid in one ejection is 90:10. Liquid ejection recording was performed to obtain a print sample in which a large number of 1 cm × 1 cm solid printing portions were formed on plain paper.
[0187]
When the obtained recorded image was analyzed, it was found that each dot was structured such that the first liquid droplet was overlaid with the second liquid droplet, that is, the first liquid dot was the second liquid droplet. Was observed to be coated.
Comparative Example 1
Using only the aqueous ink used in Example 1, that is, supplying the aqueous ink to both the first liquid flow path and the second liquid flow path, and performing the same liquid ejection recording as in Example 1, A print sample was obtained.
Evaluation test example 1
The following items were evaluated for the recorded images on the print samples obtained in Example 1 and Comparative Example 1.
1) Water resistance
The print sample was tilted at an angle of 45 ° with the image side up, and 1 ml of water was dropped from the top of the surface, and the water drop was dropped on the image side, and it was observed whether or not the coloring material had flowed out. As a result, almost no outflow of the color material of Example 1 was observed in the print sample, and good water resistance was obtained. On the other hand, in the print sample of Comparative Example 1, the outflow of the coloring material was observed.
2) Image gloss
When the degree of gloss was visually evaluated, the print sample of Example 1 showed an improvement in gloss compared to the print sample of Comparative Example 1.
3) Scratch resistance
Example 1 As Example 1, a print sample having improved scratch resistance was obtained in the same manner except that a pigment was used instead of food black 2 as a coloring material. When the print sample was rubbed five times with an eraser on the print surface and the degree of image displacement was evaluated, there was no problem. However, in the print sample of Comparative Example 1, the print became thin.
Example 2
A first liquid (aqueous ink) to be supplied to the first liquid channel was prepared using the following components.
[0188]
[Table 2]

*) A dispersion toner prepared by mixing and preparing 10 parts by weight of MCF88 (trade name, Mitsubishi Chemical Corporation), 10 parts by weight of a styrene acrylic copolymer resin (molecular weight: 8,000, Hoshi Kagaku) and 80 parts by weight of water.
Using the aqueous ink as the first liquid and cyclohexane as the second liquid, liquid ejection recording was performed by the same apparatus as in Example 1. At that time, the condition of the electrical pulse signal applied to the heating element according to the recording information was changed variously, and the volume of the discharged liquid in one discharge was measured. Further, as a control, the same liquid ejection recording was performed using only the first liquid, that is, supplying the aqueous ink to both the first liquid flow path and the second liquid flow path. As a result, under the same pulse conditions, a capacity increase of about 10% was obtained when the aqueous ink and cyclohexane were used, as compared with the case where only the aqueous ink was used. Then, when comparing pulse signals that can obtain the same ejection amount, it was found that the magnitude of the pulse signal was smaller when the aqueous ink and cyclohexane were used than when the aqueous ink was used.
[0189]
【The invention's effect】
The present invention ensures these separated states in the head by the characteristic difference between the liquid supplied to the foaming area and the liquid that does not pass through the foaming area or is in the displacement area of the movable member. The functional separation of liquids can be further defined, further expanding the benefits of using these two liquids.
[0190]
Discharge method and head having a first region and a second region in a substantially closed relationship for performing discharge with displacement of a movable member having a free end, wherein a first liquid is a discharge liquid and a second liquid is a foaming liquid according to the present invention. Can significantly reduce the consumption of the second liquid, prevent a change in the characteristics of the discharged liquid, and stabilize proper droplet discharge for a long period of time.
[0191]
The present invention can also form a droplet in which the second liquid is added in addition to the first liquid, and the effect of each of the first and second liquids on the recording medium (paper or liquid receiving layer) to which the droplet adheres. Each can be demonstrated.
[0192]
Further, by appropriately selecting a combination of two kinds of liquids, clear, high-quality recording having water resistance can be performed. In addition, it is possible to more effectively prevent the ejection openings of the head from increasing the viscosity and sticking. In addition, gloss can be added to the recorded image.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic sectional view showing an example of a liquid ejection head using a movable member.
FIG. 2 is a schematic diagram showing pressure propagation from bubbles in a conventional head.
FIG. 3 is a schematic diagram showing pressure propagation from bubbles in a head using a movable member.
FIG. 4 is a cross-sectional view of another example of a liquid ejection head using a movable member.
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of an example of the liquid ejection head of the present invention.
FIG. 6 is a partially cutaway perspective view of an example of the liquid ejection head of the present invention.
FIG. 7 is a view for explaining the operation of the movable member.
FIG. 8 is a diagram for explaining a structure of a movable member and a first liquid flow path.
FIG. 9 is a view for explaining a structure of a movable member and a liquid flow path.
FIG. 10 is a view for explaining another shape of the movable member.
FIG. 11 is a diagram illustrating a relationship between a heating element area and an ink ejection amount.
FIG. 12 is a diagram showing an arrangement relationship between a movable member and a heating element.
FIG. 13 is a diagram illustrating a relationship between a distance between an edge of a heating element and a fulcrum and a displacement amount of a movable member.
FIG. 14 is a diagram for explaining an arrangement relationship between a heating element and a movable member.
FIG. 15 is a longitudinal sectional view of another example of the liquid ejection head of the present invention.
FIG. 16 is a schematic diagram showing a shape of a driving pulse.
FIG. 17 is a cross-sectional view illustrating an example of a supply path of the liquid ejection head of the present invention.
FIG. 18 is an exploded perspective view of an example of the head of the present invention.
FIG. 19 is an exploded perspective view of the liquid ejection head cartridge.
FIG. 20 is a schematic configuration diagram of a liquid ejection device.
FIG. 21 is a device block diagram.
FIG. 22 is a diagram illustrating a liquid ejection recording system.
FIG. 23 is a view for explaining a liquid flow path structure of a conventional liquid discharge head.
[Explanation of symbols]
1 element substrate
2 Heating element
3 Area center
10 Liquid flow path
11 Bubble generation area
12 Supply path
13 Common liquid chamber
14 First liquid flow path
15 1st common liquid chamber
16 Second liquid flow path
17 Second common liquid chamber
18 Discharge port
19 Stenosis
20 1st supply path
21 Second supply path
22 First liquid flow path wall
23 Second liquid flow path wall
24 convex
30 Separation wall
31 Movable members
32 free end
33 fulcrum
34 support members
35 slit
36 Bubble generation area front wall
37 Bubble generation area side wall
40 bubbles
45 droplets
50 grooved member
51 Orifice plate
70 Support
78 Spring
80 Supply member

Claims

A first region to which a first liquid is supplied, a first region to which a first liquid is supplied, a bubble generation region to which a second liquid is generated, and a bubble to be generated in the second liquid; A movable member having a fulcrum portion upstream of the free end and displaceable between a first position arranged in the first region and a second position away from the bubble generation region in the first region. A liquid ejection head that displaces the movable member from the first position to the second position in accordance with the generation of air bubbles in the air bubble generation region and guides the air bubbles toward the discharge port by the movable member. A liquid discharging method for discharging at least the first liquid,
A liquid discharging method, wherein one of the first liquid and the second liquid is hydrophilic and the other is hydrophobic, and the liquids are incompatible with each other.

The liquid supplied to the second liquid flow path is superior to the liquid supplied to the first liquid flow path in at least one property of low viscosity, foaming property and prevention of generation of deposits. The liquid discharging method according to claim 1, wherein the liquid is a liquid.

A first region to which a first liquid is supplied, a first region to which a first liquid is supplied, a bubble generation region to which a second liquid is generated, and a bubble to be generated in the second liquid; A movable member having a fulcrum portion upstream of the free end and displaceable between a first position arranged in the first region and a second position away from the bubble generation region in the first region. A liquid ejection device having a configuration in which the movable member is displaced from the first position to the second position in accordance with the generation of bubbles in the bubble generation region, and the movable member guides the bubbles toward a discharge port. Head
A liquid supply unit that supplies a first liquid and a second liquid to each of the first region and the bubble generation region, wherein the first liquid and the second liquid supplied from the liquid supply unit are : A liquid ejection head characterized in that one is hydrophilic and the other is hydrophobic and is incompatible with each other.

A first region to which a first liquid is supplied, a first region to which a first liquid is supplied, a bubble generation region to provide a second liquid, and generate bubbles in the second liquid; and a bubble generation region facing the bubble generation region. A movable member having a fulcrum portion upstream of the free end and displaceable between a first position arranged in the first region and a second position moving away from the bubble generation region in the first region. A liquid ejection head that displaces the movable member from the first position to the second position in accordance with the generation of bubbles in the bubble generation region and guides the bubbles toward the discharge port by the movable member. A liquid discharging method for discharging at least a first liquid, wherein the first region and the bubble generation region are in a substantially sealed relationship with each other in a state where the movable member exists at the first position;
A liquid discharging method, wherein the first liquid and the second liquid are liquids , one of which is hydrophilic and the other is hydrophobic, and are incompatible with each other.

A first region to which a first liquid is supplied, a first region to which a first liquid is supplied, a bubble generation region to which a second liquid is generated, and a bubble to be generated in the second liquid; A movable member having a fulcrum portion upstream of the free end and displaceable between a first position arranged in the first region and a second position away from the bubble generation region in the first region. A liquid ejection device having a configuration in which the movable member is displaced from the first position to the second position in accordance with the generation of bubbles in the bubble generation region, and the movable member guides the bubbles toward a discharge port. Head
The first region and the bubble generation region are in a substantially sealed relationship with each other in a state where the movable member is present at the first position, and the first liquid and the second liquid are one of which is hydrophilic, A liquid discharge head characterized in that the other liquids are hydrophobic and are incompatible with each other.

A first region to which a first liquid is supplied, a first region to which a first liquid is supplied, a bubble generation region to provide a second liquid, and generate bubbles in the second liquid; and a bubble generation region facing the bubble generation region. A movable member having a fulcrum portion upstream of the free end and displaceable between a first position arranged in the first region and a second position moving away from the bubble generation region in the first region. A liquid ejection head that displaces the movable member from the first position to the second position in accordance with the generation of bubbles in the bubble generation region and guides the bubbles toward the discharge port by the movable member. An ink jet recording method for discharging at least a first liquid, wherein the first region and the bubble generation region are in a substantially sealed relationship with each other in a state where the movable member is present at the first position. the first liquid and the second liquid is either hydrophilic And the other is hydrophobic, liquid incompatibility with each other, the first liquid is an ink jet recording method wherein the ink is an ink containing a coloring material.

A first region to which a first liquid is supplied, a first region to which a first liquid is supplied, a bubble generation region to provide a second liquid, and generate bubbles in the second liquid; and a bubble generation region facing the bubble generation region. A movable member having a fulcrum portion upstream of the free end and displaceable between a first position arranged in the first region and a second position moving away from the bubble generation region in the first region. An ink jet recording apparatus having a configuration in which the movable member is displaced from the first position to the second position in accordance with the generation of bubbles in the bubble generation region, and the movable member guides the bubbles toward the discharge port. In the head, the first region and the bubble generation region are substantially in a sealed relationship with each other in a state where the movable member is present at the first position, and the first liquid and the second liquid are one of in but hydrophilic, the other hydrophobic, compatibility it together A liquid jet recording head of the first liquid, characterized in that the ink containing a coloring material.