JP3943716B2 - 液体吐出ヘッドおよび液体吐出装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱エネルギー等による気泡の発生によって、所望の液体を吐出する液体吐出ヘッドに関し、特に、気泡の発生を利用して変位する可動分離膜を用いる液体吐出ヘッドに関する。
【０００２】
なお、本発明における「記録」とは、文字や図形等のように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、パターン等のように意味を持たない画像を付与することをも意味するものである。
【０００３】
【従来の技術】
熱等のエネルギーをインクに与えることで、インクに急峻な体積変化（気泡の発生）を伴う状態変化を生じさせ、この状態変化に基づく作用力によって吐出口からインクを吐出し、これを被記録媒体上に付着させて画像形成を行なうインクジェット記録方法、いわゆるバブルジェット記録方法が従来から知られている。このバブルジェット記録方法を用いる記録装置には、特公昭６１−５９９１１号公報や特公昭６１−５９９１４号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発熱体（電気熱変換体）とが一般的に設けられている。
【０００４】
上記のような記録方法によれば、品位の高い画像を高速、低騒音で記録することができるとともに、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等の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。
【０００５】
他方、従来の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は、前述の発熱体による直接加熱気泡形成では、良好な吐出が行われない場合もある。
【０００６】
これに対して、本願出願人は、特開昭５５−８１１７２号公報に、発泡液と吐出液とを分離する可撓性膜を介して、発泡液を熱エネルギーによって発泡させて吐出液を吐出する方法を提案している。この方法における可撓性膜と発泡液との構成は可撓性膜がノズルの一部に設けられているものであるが、それに対して、ヘッド全体を上下に分離する大きな膜を用いる構成が特開昭５９−２６２７０号公報に開示されている。この大きな膜は、液路を形成する２つの板材によって挟持されることによって２つの液路内の液体が互いに混合されないことを目的として設けられたものである。
【０００７】
他方、発泡液自体に特徴を持たせ、発泡特性を考慮したものとして、吐出液よりも低沸点の液体を用いる特開平５−２２９１２２号公報に開示されているものや、導電性を有する液体を発泡液として用いる特開平４−３２９１４８号公報に開示されているものがある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者達は、可動分離膜の変位領域に関して従来にはない新たな課題を見出した。つまり、本発明の液体吐出ヘッドにおける分離膜は、第１の液流路壁と第２の液流路壁に挟持されており、各ノズル当りの可動面積は液流路壁によって規制される。すなわち、第１と第２の液流路壁は、膜の変位を規制し、ヘッド特性に大きな影響を与えていることを確認したのである。
【０００９】
これは結果的に吐出効率に影響を与え、膜自体の復帰メカニズムにも影響を与える。そこで本発明者達は、液流路壁でなく、膜自体が変位を規制し、膜の変位をスムーズにすることで、常に信頼性の高い吐出性能を持ち続けることが重要であるという結論に至った。
【００１０】
そこで、本発明者達は、分離膜の分離機能による効果を生かしながら、供給液体の種類に関わらず吐出安定性及び耐久性に優れた液体吐出ヘッドを提供すべく鋭意研究を行った。その結果、本発明者達は実質的に伸びない分離膜に着眼し、その分離膜に凹部を設け、凹部の変位量がすなわち吐出液の吐出量に相当することを見い出した。つまり、吐出量が分離膜の凹部の変位量に応じるため、凹部の変位量を規定することで供給液体の種類に関係なく安定した吐出が得られることが判明した。また、分離膜の凹部の変位量を、その凹部が最大変位時に伸縮することのないように規定すれば、分離膜の耐久性が向上することが判明した。さらには、凹部に変位の為のエネルギーが付与されないときには自己復元力を発揮させれば、吐出液のリフィルも向上することが判明した。
【００１１】
また、別の観点からすれば、多種多様の液体が吐出液として使用される場合、液流路に連通した吐出口から、熱などのエネルギーで吐出される吐出量は、液体の種類によってばらつく。このばらつきは、高粘度液体になるほど大きくなる傾向にある。しかし、一つの液体吐出ヘッドにおいて供給液体の種類に応じて吐出エネルギーを可変することで吐出量を安定させる方法は複雑になるため、実用化が難しい。したがって、供給液体の種類に関係なく安定した吐出が得られる簡単な構造のヘッドを提供することも重要である。
【００１２】
本発明は、このような鋭意研究の結果生まれたもので、液滴吐出のために吐出効率を向上させることができ、更に吐出安定性に優れ、ノズルの高密度化に対応しやすく、吐出液滴の体積、あるいは、吐出速度を安定及び高める画期的な液体吐出ヘッドを提供するものである。
【００１３】
本発明は、吐出口に連通する吐出液用の第１液流路と、発泡液を供給あるいは移動可能に備えるとともに気泡発生領域を含む第２の液流路と、第１及び第２の液流路を分離する可動分離膜とを備えた液体吐出ヘッドを用いて第１の液流路における吐出液の流れ方向に関して吐出口よりも上流側に可動分離膜の変位領域を有する液体吐出ヘッドにおいて、吐出効率及び吐出安定性を向上でき、ノズルの高密度化にも対応しやすいものである。
【００１４】
本発明の第１の目的は、可動性膜により吐出液と発泡液とを分離する構成において、発泡の圧力によって生じた力で可動性膜を変位させて吐出液に圧力を伝達する際に、可動分離膜の変位を安定させることにより、吐出効率、吐出安定性及びリフィル効率に優れた液体吐出ヘッドを提供することにある。
【００１５】
また本発明の第２の目的は、上述した構成によって、ノズルの高密度化に対応し得る液体吐出ヘッドを提供することにある。
【００１６】
また本発明の第３の目的は、上述した構成によって、発熱体上に堆積する堆積物の量を低減するとともに、吐出液に対して熱的影響を与えず、効率よく液体を吐出することができる液体吐出ヘッドを提供することにある。
【００１７】
また本発明の第４の目的は、吐出液の粘度や材質組成にかかわらず、選択自由度が広い液体吐出ヘッドを提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するためための手段】
上記目的を達成するために本発明は、液体を吐出する吐出口に連通する第１の液流路と、液体に気泡を発生させる気泡発生領域を具備する第２の液流路と、前記第１の液流路と前記第２の液流路とを互いに常に分離し、前記気泡発生領域と面する部分に凹部を有する可動分離膜とを少なくとも有し、前記凹部の支点は変位をしない角部を有すると共に、前記凹部の角部と前記凹部の底部との間に変曲部を有し、前記凹部の変曲部の膜厚は前記凹部の底部の膜厚より薄いことを特徴とする。
【００１９】
（作用）
上述のように構成された本発明においては、気泡発生領域における気泡の発生及び気泡の成長に伴って、気泡発生領域上に設けられた凹部を有した可動分離膜が第１の液流路側に変位するが、その際、凹部の支点を変位しない角部にしたことで、凹部の初期状態及び最大変位時の形状は常に一定となるため、安定した吐出が得られる。また凹部は、最大変位後、変位しない角部の自己復元力と消泡により速やかに初期状態に戻るため、吐出液のリフィルが向上する。
【００２０】
また、凹部の角部と底部の間に変曲部を有し、凹部の変曲部の膜厚を前記凹部の底部の膜厚より薄くしたことにより、凹部の変形を容易にし、気泡の発生による圧力を第１の液流路の吐出口側に導きやすくなる。それにより、第１の液流路内の液体が気泡の発生によって吐出口から効率よく吐出される。
【００２１】
また、分離膜を用いた液体吐出ヘッドは、第１の液流路と第２の液流路を可動分離膜の上下各々に形成するための流路壁により可動分離膜が挟み込まれる構成であるため、一般にノズルの高密度化が進むと可動分離膜の流路壁間に存在する部分が狭くなり変位しくくなるが、その部分に凹部を設け、凹部の変曲部を他の膜厚より薄くしたことによって凹部の変形が容易になる。すなわち、本発明の構成によればノズルの高密度化に十分対応し得る液体吐出ヘッドを提供することが可能になる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２３】
図１は、本発明の液体吐出ヘッドの実施の形態を説明するための流路方向の断面図である。図２は図１に示した可動分離膜の凹部周辺の拡大断面図である。図３は図１及び図２の液体吐出ヘッドの部分破断斜視図である。
【００２４】
本形態は図１に示すように、吐出口１に連通した第１の液流路３内に、第１の共通液室１４３から供給される第１の液体が満たされており、また、気泡発生領域７を有する第２の液流路４に発熱体２によって熱エネルギーを与えられることにより発泡する発泡用の液体が満たされている。第１の液流路３と第２の液流路４との間には、第１の液流路３と第２の液流路４とを互いに分離する可動分離膜５が設けられている。可動分離膜５の気泡発生領域７と面する部分には凹部８が設けられ、その凹部８の支点には角部８ａが設けられており、第１の液流路３にたるみが形成される。また、可動分離膜５とオリフィスプレート９とは互いに密着固定され、ここでもそれぞれの液流路内の液体が混ざり合うことはない。なお、第２の液流路４のうち、発熱体２の投影領域近辺が気泡発生領域７である。
【００２５】
図２に示すように、可動分離膜５の凹部８において角部８ａと底部８ｂの間に変曲部８ｃを有し、変曲部８ｃの膜厚（Ｗ８ｃ）は、底部８ｂの膜厚（Ｗ８ｂ）よりも薄くなっている。なお、この明細書及び図面に記載する「変曲部」とは、可動分離膜の凹部において最大変位時に最も変形する部分をいうこととする。
【００２６】
図３に示すように発熱体２は素子基板１０に複数個並んで設けられており、この素子基板１０上に第２の液流路４が各発熱体２に対応して複数配設されている。また、可動分離膜５を支持する支持部材１１が、各々の第２の液流路４を区画形成する壁を兼ねている。可動分離膜５には複数の凹部８が、各発熱体２の投影領域近辺である気泡発生領域７に面して形成されている。そして第１の液流路３は各々の凹部８を含むようにして複数配設されている。但し、図３では各々の第１の液流路３を区画形成する壁２８が置かれる位置を点線で示している。
【００２７】
本発明においては、可動分離膜５の動きに着眼したものであって、可動分離膜５自体に凹部８を設け、発熱体２表面に生じる気泡の成長により、可動分離膜５の凹部８を第１の液流路３側に変位するようにした。
【００２８】
図１及び図２の（ａ）に示す初期状態においては、第１の液流路３内の液体が毛細管力によって吐出口１近傍まで引き込まれている。なお、本形態においては、吐出口１が発熱体２の第１の液流路３への投影領域に対し、第１の液流路３の液体流れ方向に関して下流側に位置している。
【００２９】
この状態において、発熱体２（本形態においては、４０μｍ×１０５μｍの形状を有する発熱抵抗体）に熱エネルギーが与えられると、発熱体２が急速に加熱され、気泡発生領域７の第２の液体に接触する表面は第２の液体を加熱発泡させる（図１及び図２の（ｂ））。この加熱発泡により生じる気泡６は、米国特許第４，７２３，１２９号に記載されているような膜沸騰現象に基づく気泡であり、発熱体表面全域に一斉にきわめて高い圧力を伴って発生するものである。このときに発生する圧力は、圧力波となって第２の液流路４内の第２の液体を伝搬し、可動分離膜５に作用して、それにより、可動分離膜５の凹部８が他より薄い変曲部８ｃを起点として変形し、第１の液流路３内の第２の液体の吐出が開始される。但し、凹部８の支点に形成された角部８ａは、変形に関与しない。
【００３０】
発熱体２の表面全体に発生した気泡６が急速に成長していくと、膜状となる（図１及び図２の（ｃ））。発生初期のきわめて高い圧力による気泡６の膨張は、可動分離膜５の凹部８をさらに変形せしめ、それにより、吐出口１からの第１の液流路３内の第１の液体の吐出が進む。
【００３１】
その後、さらに気泡６が成長すると、可動分離膜５の角部８ａ付近をのぞいた凹部８全体が第１の液流路３内に入り込むまで変形が進む（図１及び図２の（ｄ））。以上のような初期状態から最大変位時までの凹部８の変位は凹部８の他より薄い変曲部８ｃによって容易に行なわれるため、気泡の発生による圧力を効率良く吐出口側へ導くことができ、吐出効率を向上させることができる。
【００３２】
その後、気泡６が収縮すると、可動分離膜５の凹部８は変位前の位置に戻り始める（図１及び図２の（ｅ））。
【００３３】
その後可動分離膜５の凹部８は、気泡の収縮とともに、変位しない角部８ａがもたらす自己復元力により、速やかに図１及び図２の（ｆ）に示す初期状態に戻るため、第１の液流路３内のリフィルが促進される。
【００３４】
また、消泡に伴い、可動分離膜５の凹部８が第２の液流路４内に変位するため、第２の液流路４内の空間は狭くなり、発泡液の充填量は少量になり、リフィルは速やかに完了する。
【００３５】
また、凹部８の角部８ａが、発泡による変位直後のリバウンドを抑制する働きがあるため、凹部８は変位後直ちに初期状態に戻るので、高速駆動が可能となる。
【００３６】
図４は本発明の液体吐出ヘッドの、可動分離膜５の凹部８を拡大した流路方向の断面図で、（ａ）が初期状態、（ｂ）が最大変位時の状態を示す。また図５は、可動分離膜５の凹部８の支点に角部がなく最大変位時の形状が異なる比較例で、（ａ）が初期状態、（ｂ）が凹部の最大変位時の状態を示す。また、図６は本発明の液体吐出ヘッドの、発熱体と水平方向の流路断面図である。
【００３７】
図５に示したように、凹部の支点２６に角部がなく、最大変位時、同図（ｂ）のように凹部の底部２７が反転した形状になる場合、凹部は支点２６を変曲点として変形する。
【００３８】
これに対し凹部の支点が角部８ａを有する場合、図４（ａ）に示した初期状態で、角部８ａが初期形状を常に一定の形状に規制する効果がある。また、最大変位時の図４（ｂ）の状態では、変形が局部に集中せず、角部近傍の広い面積におよぶため、最大変位時の形状も常に一定である。つまり角部８ａが初期状態及び最大変位時の形状を規制するので、非常に安定した吐出が得られる。角部８ａの変位支配領域については、図６からも理解される。
【００３９】
さらに、凹部の角部８ａと底部８ｃの間に他より薄い変曲部８ｃを設けたことにより、凹部の変形が容易となり、気泡の発生による圧力を効率良く吐出口側に導くことができ、吐出効率を向上させることができる。また、分離膜を用いた液体吐出ヘッドは、第１の液流路と第２の液流路を可動分離膜の上下各々に形成するための流路壁により可動分離膜が挟み込まれる構成であるため、一般にノズルの高密度化が進むと可動分離膜の流路壁間に存在する部分が狭くなり変位しにくくなるが、凹部が変形しやすくなったことで、ノズルの高密度化に十分対応し得る液体吐出ヘッドを提供することができる。
【００４０】
さらに、本形態の構成によれば、吐出液と発泡液とを別液体とし、吐出液を吐出させることができる。このため、従来、熱を加えても発泡が十分に行われにくく吐出力が不十分であったポリエチレングリコール等の高粘度の液体であっても、この液体を第１の液流路１０３に供給し、発泡液に発泡が良好に行われる液体（エタノール：水＝４：６の混合液１〜２ｃｐ程度等）を第２の液流路１０４に供給することで良好に吐出させることができる。
【００４１】
また、発泡液として、熱を受けても発熱体の表面にコゲ等の堆積物を生じさせない液体を選択することにより、発泡を安定化させ、良好な吐出を行うことができる。
【００４２】
さらに、本発明の液体吐出ヘッドの構造においては上述した形態にて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。
【００４３】
また、加熱に弱い液体を用いた場合においても、この液体を第１の液流路１０３に吐出液として供給し、第２の液流路１０４に熱的に変質しにくく良好に発泡を生じさせ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、しかも上述したように高吐出効率、高吐出力で吐出させることができる。
【００４４】
以下に、液体に熱を与えるための発熱体１０２が設けられた素子基板１１０の構成について説明する。
【００４５】
図７は、本発明の液体吐出ヘッドの一構成例を示す縦断面図であり、（ａ）は後述する保護膜がある装置を示す図、（ｂ）は保護膜がない装置を示す図である。
【００４６】
図７に示すように、素子基板１１０上に、第２の液流路１０４と、凹部１０８を有した分離壁となる可動分離膜１０５と、可動部材１３１と、第１の液流路１０３と、第１の液流路１０３を構成する溝が設けられている溝付部材１３２とが設けられている。
【００４７】
素子基板１１０には、シリコン等の基体１１０ｆ上に、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１１０ｅが成膜されており、その上に０．０１〜０．２μｍ厚の発熱体を構成するハフニュウムボライド（ＨｆＢ₂ ）、チッ化タンタル（ＴａＮ）、タンタルアルミ（ＴａＡｌ）等の電気抵抗層１１０ｄと、０．２〜１．０μｍ厚のアルミニウム等の配線電極１１０ｃとがパターニングされている。この２つの配線電極１１０ｃから電気抵抗層１１０ｄに電圧を印加し、電気抵抗層１１０ｄに電流を流して発熱させる。配線電極１１０ｃ間の電気抵抗層１１０ｄ上には、酸化シリコンやチッ化シリコン等の保護層１１０ｂが０．１〜０．２μｍ厚で形成され、さらにその上に、０．１〜０．６μｍ厚のタンタル等の耐キャビテーション層１１０ａが成膜されており、インク等各種の液体から電気抵抗層１１０ｄを保護している。
【００４８】
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１１０ａとして用いられる。
【００４９】
また、液体、液流路構成、抵抗材料の組み合わせにより上述の保護層を必要としない構成でもよく、その例を図７（ｂ）に示す。
【００５０】
このような保護層を必要としない抵抗層の材料としては、イリジュウム＝タンタル＝アルミ合金等が挙げられる。特に、本発明において、発泡のための液体を吐出液と分離して発泡に適したものにできるため、このように保護層がない場合に有利である。
【００５１】
このように、上述した形態における発熱体１０２の構成としては、配線電極１１０ｃ間の電気抵抗層１１０ｄ（発熱部）だけででもよく、また電気抵抗層１１０ｄを保護する保護層を含むものでもよい。
【００５２】
本形態においては、発熱体１０２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、本発明は、これに限られることなく、吐出液を吐出させるのに十分な気泡を発泡液に生じさせるものであればよい。例えば、発熱部としてレーザ等の光を受けることで発熱するような光熱変換体や高周波を受けることで発熱するような発熱部を有する発熱体でもよい。
【００５３】
なお、前述の素子基板１１０には、発熱部を構成する電気抵抗層１１０ｄとこの電気抵抗層１１０ｄに電気信号を供給するための配線電極１１０ｃと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。
【００５４】
また、上述したような素子基板１１０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、電気抵抗層１１０ｄに配線電極１１０ｃを介して矩形パルスを印加し、配線電極１１０ｃ間の電気抵抗層１１０ｄを急峻に発熱させればよい。
【００５５】
図８は、図７に示した電気抵抗層１１０ｄに印加する電圧波形を示す図である。
【００５６】
上述した形態における液体吐出ヘッドにおいては、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、本発明における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。
【００５７】
上述したように本発明においては、可動分離膜１０５の凹部に膜厚の薄い部分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させることができる。発泡液として前述のような性質の液体を用いればよく、具体的には、メタノール、エタノール、ｎ−プロパノール、イソプロパノール、ｎ−ヘキサン、ｎ−ヘプタン、ｎ−オクタン、トルエン、キシレン、二塩化メチレン、トリクレン、フレオンＴＦ、フレオンＢＦ、エチルエーテル、ジオキサン、シクロヘキサン、酢酸メチル、酢酸エチル、アセトン、メチルエチルケトン、水等およびこれらの混合物が挙げられる。
【００５８】
吐出液としては、発泡性の有無、熱的性質に関係なく様々な液体を用いることができる。また、従来、吐出が困難であった発泡性が低い液体、熱によって変質、劣化しやすい液体や高粘度液体等であっても利用することができる。
【００５９】
ただし、吐出液の性質として吐出液自身、または発泡液との反応によって、吐出や発泡また可動分離膜や可動部材の動作等を妨げるような液体でないことが望まれる。
【００６０】
記録用の吐出液体としては、高粘度インク等をも利用することができる。
【００６１】
その他の吐出液体としては、熱に弱い医薬品や香水等の液体を利用することもできる。
【００６２】
発泡液と吐出液に以下で示すような組成の液体を組み合わせて吐出させて記録を行った。その結果、従来の液体吐出装置では吐出が困難であった十数ｃｐ粘度の液体はもちろん１５０ｃｐという非常に高い粘度の液体で良好に吐出することができ、高画質な記録物を得ることができた。

ところで、前述したような従来吐出されにくいとされていた液体の場合には、吐出速度が低いために、吐出方向性のバラツキが助長され記録紙上のドットの着弾精度が悪く、また吐出不安定による吐出量のバラツキが生じこれらのことで、高品位画像が得にくかった。しかし、上述した実施例における構成においては、気泡の発生を発泡液を用いることで充分に、しかも安定して行うことができる。このことで、液滴の着弾精度向上とインク吐出量の安定化を図ることができ、記録画像品位を著しく向上することができた。
【００６３】
次に、本発明の液体吐出ヘッドの製造工程について説明する。
【００６４】
大まかには、素子基板上に第２の液流路の壁を形成し、その上に可動分離膜を取り付け、さらにその上に第１の液流路を構成する溝等が設けられた溝付部材を取り付ける。もしくは、第２の液流路の壁を形成した後、この壁の上に可動分離膜が取り付けられた溝付部材を接合することでヘッドの製造を行った。
【００６５】
さらに、第２の液流路の作製方法について詳しく説明する。
【００６６】
まず、素子基板（シリコンウエハ）上に、半導体と同様の製造装置を用いてハフニュウムボライドやチッ化タンタル等からなる発熱体を有する電気熱変換用素子を形成し、その後、次工程における感光性樹脂との密着性の向上を目的として素子基板の表面に洗浄を施した。さらに、密着性を向上させるには、素子基板表面に紫外線−オゾン等による表面改質を行った後、例えばシランカップリング剤（日本ユニカ製：Ａ１８９）をエチルアルコールで１重量％に希釈した液を上記改質表面上にスピンコートすればよい。
【００６７】
次に、表面洗浄を行い、密着性を向上させた基板上に、紫外線感光性樹脂フィルム（東京応化製：ドライフィルム オーディルＳＹ−３１８）をラミネートした。
【００６８】
次に、ドライフィルム上にフォトマスクを配し、このフォトマスクを介してドライフィルムのうち、第２の流路壁として残す部分に紫外線を照射した。この露光工程は、キヤノン（株）製：ＭＰＡ−６００を用いて行い、約６００ｍＪ／ｃｍ² の露光量で行った。
【００６９】
次に、ドライフィルムを、キシレンとブチルセルソルブアセテートとの混合液からなる現像液（東京応化製：ＢＭＲＣ−３）で現像し、未露光部分を溶解させ、露光して硬化した部分を第２の液流路の壁部分として形成した。さらに、素子基板表面に残った残渣を酸素プラズマアッシング装置（アルカンテック社製：ＭＡＳ−８００）で約９０秒間処理して取り除き、引き続き、１５０℃で２時間、さらに紫外線照射１００ｍＪ／ｃｍ² を行って露光部分を完全に硬化させた。
【００７０】
以上の方法により、上記シリコン基板から分割、作製される複数のヒータボード（素子基板）に対し、一様に第２の液流路を精度よく形成することができる。すなわち、シリコン基板を、厚さ０．０５ｍｍのダイヤモンドブレードを取り付けたダイシングマシン（東京精密製：ＡＷＤ−４０００）で各々のヒータボード１に切断、分離した。分離されたヒータボードを接着剤（東レ製：ＳＥ４４００）でアルミベースプレート上に固定した。
【００７１】
次いで、予めアルミベースプレート上に接合しておいたプリント基板と、ヒータボードとを直径０．０５ｍｍのアルミワイヤで接続した。
【００７２】
次に、このようにして得られたヒータボードに、上述の方法で溝付部材と可動分離膜との接合体を位置決め接合した。すなわち、可動分離膜を有する溝付部材とヒータボードとを位置決めし、押さえバネにより係合、固定した後、インク・発泡液用供給部材をアルミベースプレート上に接合固定し、アルミワイヤ間、溝付部材とヒータボードとインク・発泡液用供給部材との隙間をシリコーンシーラント（東芝シリコーン製：ＴＳＥ３９９）で封止して完成させた。
【００７３】
以上の製法で、第２の液流路を形成することにより、各ヒータボードのヒータに対して位置ズレのない精度の良い流路を得ることができる。特に、溝付部材と可動分離膜とをあらかじめ、先の工程で接合しておくことで、第１の液流路と可動部材の位置精度を高めることができる。そして、これらの高精度・製造技術によって、吐出安定化が図られ印字品位が向上し、また、ウエハ上に一括で形成することが可能なため、多量に低コストで製造することが可能である。
【００７４】
なお、本実施形態においては、第２の液流路を形成するために紫外線硬化型のドライフィルムを用いたが、紫外域、特に２４８ｎｍ付近に吸収帯域をもつ樹脂を用い、ラミネート後、硬化させ、エキシマレーザで第２の液流路となる部分の樹脂を直接除去することによっても得ることが可能である。
【００７５】
また、第１の液流路等は、吐出口を有するオリフィスプレートと第１の液流路を構成する溝と、複数の第１の液流路に共通に連通し第１の液体をそれぞれの液流に供給するための第１の共通液室を構成する凹部を有する溝付天板を、上述した基板と可動分離膜の結合体に接合することで形成した。可動分離膜は、この溝付天板と第２の液流路壁とで挟持されることで固定される。なお、可動分離膜は基板側に固定されるだけでなく、上述したように、溝付天板に固定された後、基板と位置決め固定しても良い。
【００７６】
可動分離膜１０５の材質としては、前述したポリイミドの他、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、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、シリコンゴム、ポリサルフォン、フッ素樹脂などの近年のエンジニアリングプラスチックに代表される耐熱性、耐溶剤性、成型性が良好で、薄膜化が可能な樹脂、およびその化合物、または、耐久性、耐熱性、耐溶剤性に優れた、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、りん青銅の金属、およびその化合物、またはシリコン及びシリコン化合物が望ましい。
【００７７】
図９は、可動分離膜の作製工程を説明するための図である。
【００７８】
まず、図９（ａ）に示すように、可動分離膜となる市販の薄膜２４と、凹部を形成するためのオス型２５とメス型２６とを用意し、図９（ｂ）に示すようにメス型２６に薄膜２４を押し当て、熱により塑性変形することで凹部を有した可動分離膜を作製した。
【００７９】
（その他の実施の形態）
図１０は本発明の可動分離膜のその他の実施の形態を説明するための流路方向の断面図である。図１０（ａ）は凹部が半楕円状、図１０（ｂ）は凹部がＶ字状の分離膜を示しており、それぞれ角部８ａと底部８ｂの間に膜厚の薄い変曲部８ｃが設けられている。また、図１０の（ｃ）〜（ｅ）は凹部が台形状の分離膜を示し、図１０（ｃ）では湾曲した切欠き部により膜厚の薄い部分を設け、図１０（ｄ）では立ち上がり部全体を他より膜厚の薄い部分にしており、図１０（ｅ）では立ち上がり部全体と底部の一部を他より膜厚の薄い部分にしている。これらの形状によっても、可動分離膜の凹部の変形を容易にし、気泡の発生による圧力を効率良く吐出口側へ導くことができ、吐出効率を向上させることができる。
【００８０】
図１１は本発明の可動分離膜のその他の実施の形態を説明するために流路方向と直交する方向で切断した断面図である。この図に示す流路方向と直交する方向の断面において、角部８ａと底部８ｂの間に膜厚の薄い変曲部８ｃを設けることにより、上述と同様の効果を得ることができる。
【００８１】
図１２は上記の液体吐出ヘッドを装着して適用可能な液体吐出装置であるインクジェット記録装置の一例を示す概略斜視図である。図１２において、符号６０１は上述した形態の液体吐出ヘッドとインクタンクとが一体となった、あるいはインクタンクが着脱可能なインクジェットヘッドカートリッジを示す。このヘッドカートリッジ６０１は、駆動モータ６０２の正逆回転に連動して駆動力伝達ギア６０３および６０４を介して回転するリードスクリュー６０５の螺旋溝６０６に対して係合するキャリッジ６０７上に搭載されており、上記駆動モータ６０２の動力によってキャリッジ６０７とともにガイド６０８に沿って矢印ａおよびｂ方向に往復移動される。図示しない記録媒体供給装置によってプラテン６０９上を搬送されるプリント用紙（被記録材）Ｐの紙押さえ板６１０は、キャリッジ移動方向にわたってプリント用紙Ｐをプラテンローラ６０９に対して押圧する。
【００８２】
上記リードスクリュー６０５の一端の近傍には、フォトカプラ６１１および６１２が配設されている。これらはキャリッジ６０７のレバー６０７ａのこの域での存在を確認して駆動モータ６０２の回転方向切り換え等を行うためのホームポジション検知手段である。同図において、符号６１３は上述の液体吐出ヘッドの吐出口のある前面を覆うキャップ部材６１４を支持する支持部材を示している。また、符号６１５はキャップ部材６１４の内部にヘッド６０１から空吐出等されて溜まったインクを吸引するインク吸引手段を示している。この吸引手段６１５によりキャップ内開口部を介してヘッド６０１の吸引回復が行われる。符号６１７はクリーニングブレードを示し、符号６１８はブレード６１７を前後方向（上記キャリッジ６０７の移動方向に直交する方向）に移動可能にする移動部材を示しており、ブレード６１７および移動部材６１８は本体支持体６１９に支持されている。上記ブレード６１７はこの形態に限らず、他の周知のクリーニングブレードであってもよい。符号６２０は吸引回復操作にあたって、吸引を開始するためのレバーであり、キャリッジ６０７と係合するカム６２１の移動に伴って移動し、駆動モータ６０２からの駆動力がクラッチ切り換え等の公知の伝達手段で移動制御される。上記ヘッド６０１に設けられた発熱体２０２に信号を付与したり、前述した各機構の駆動制御を司ったりするインクジェット記録制御部は装置本体側に設けられており、ここには図示しない。
【００８３】
上述の構成を有するインクジェット記録装置６００は、図示しない被記録材供給装置によりプラテン６０９上を搬送されるプリント用紙Ｐに対し、ヘッド６０１は用紙Ｐの全幅にわたって往復移動しながら記録を行う。
【００８４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明では、吐出液が供給される第１の液流路と吐出されない発泡液が供給される第２の液流路とを分離する可動分離膜に凹部を気泡発生領域に対面するようにして設け、凹部の支点を変位しない角部にしたことにより、凹部の初期状態及び最大変位時の形状は常に一定となるため、安定した吐出が得られる。さらに、可動分離膜の凹部は、気泡の収縮とともに、変位しない角部がもたらす自己復元力により速やかに初期状態に戻るため、吐出液のリフィルが向上する。
【００８５】
また、可動分離膜の凹部の角部と底部の間に膜厚の薄い部分を設けることにより、可動分離膜の変形を容易にすることができ、第１の液流路内の液体を気泡の発生に伴って吐出口から効率よく吐出することができる。さらに、凹部が変形しやすくなれば、ノズルの高密度化に十分対応し得る液体吐出ヘッドを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の液体吐出ヘッドの実施の形態を説明するための流路方向の断面図である。
【図２】図１に示した可動分離膜の凹部周辺の拡大断面図である。
【図３】図１及び図２の液体吐出ヘッドの部分破断斜視図である。
【図４】本発明の液体吐出ヘッドの、可動分離膜の凹部を拡大した流路方向の断面図で、（ａ）が初期状態、（ｂ）が最大変位時の状態を示す図である。
【図５】本発明の液体吐出ヘッドに比べ、可動分離膜の凹部の支点に角部がなく最大変位時の形状が異なる比較例で、（ａ）が初期状態、（ｂ）が凹部の最大変位時の状態を示す図である。
【図６】本発明の液体吐出ヘッドの、発熱体と水平方向の流路断面図である。
【図７】本発明の液体吐出ヘッドの一構成例を示す断面図であり、（ａ）は後述する保護膜があるヘッドを示す図、（ｂ）は保護膜がないヘッドを示す図である。
【図８】図７に示した電気抵抗層に印加する電圧波形を示す図である。
【図９】本発明の液体吐出ヘッドの可動分離膜の作製工程を説明するための図である。
【図１０】本発明の液体吐出ヘッドの可動分離膜のその他の実施の形態を説明するための流路方向の断面図である。
【図１１】本発明の液体吐出ヘッドの可動分離膜のその他の実施の形態を説明するために流路と直交する方向で切断した断面図である。
【図１２】本発明の液体吐出ヘッドを装着して適用可能な液体吐出装置であるインクジェット記録装置の一例を示す概略斜視図である。
【符号の説明】
１，１０１ 吐出口
２，１０２ 発熱体
３，１０３ 第１の液流路
４，１０４ 第２の液流路
５，１０５ 可動分離膜
６，１０６ 気泡
７，１０７ 気泡発生領域
８，１０８ 凹部
８ａ 角部
８ｂ 底部
８ｃ 変曲部
１０ 素子基板
１１ 支持部材
２４ 市販の薄膜
２５ オス型
２６ メス型
２８ 液流路の壁
１１０ａ 耐キャビテーション膜
１１０ｂ 保護層
１１０ｃ 配線電極
１１０ｄ 電気抵抗層
１１０ｅ シリコン酸化膜またはチッ化シリコン膜
１４３ 第１の共通液室
１４４ 第２の共通液室
Ｗ８ｂ 底部の膜厚
Ｗ８ｃ 変曲部の膜厚
６００ インクジェット記録装置
６０１ インクジェットヘッドカートリッジ
６０２ 駆動モータ
６０３、６０４ 駆動力伝達ギア
６０５ リードスクリュー
６０６ 螺旋溝
６０７ キャリッジ
６０７ａ レバー
６０８ ガイド
６０９ プラテン
６１０ 紙押さえ板
６１１、６１２ フォトカプラ
６１３ 支持部材
６１４ キャップ部材
６１５ インク吸引手段
６１７ クリーニングブレード
６１８ 移動部材
６１９ 本体支持体
６２０ レバー
６２１ カム
Ｐ プリント用紙

Claims (7)

1. 液体を吐出する吐出口に連通する第１の液流路と、
   液体に気泡を発生させる気泡発生領域を具備する第２の液流路と、
   前記第１の液流路と前記第２の液流路とを互いに常に分離し、前記気泡発生領域と面する部分に凹部を有する可動分離膜とを少なくとも有し、
   前記凹部の支点は変位をしない角部を有すると共に、前記凹部の角部と前記凹部の底部との間に変曲部を有し、前記凹部の変曲部の膜厚は前記凹部の底部の膜厚より薄いことを特徴とする液体吐出ヘッド。
2. 請求項１に記載の液体吐出ヘッドにおいて、
   前記気泡発生領域の前記可動分離膜に対向する位置に、前記気泡を発生させるための熱を発生する発熱体を有することを特徴とする液体吐出ヘッド。
3. 請求項２に記載の液体吐出ヘッドにおいて、
   前記気泡は、前記発熱体から発生する熱によって液体に膜沸騰現象を生じさせることにより発生する気泡であることを特徴とする液体吐出ヘッド。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドにおいて、
   前記第１の液流路に供給される液体と、前記第２の液流路に供給される液体とは互いに異なる液体であることを特徴とする液体吐出ヘッド。
5. 請求項４に記載の液体吐出ヘッドにおいて、
   前記第２の液流路に供給される液体は、前記第１の液流路に供給される液体に比べて、低粘度性、発泡性、熱安定性のうち少なくとも１つの性質において優れている液体であることを特徴とする液体吐出ヘッド。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドと、該液体吐出ヘッドから吐出された液体を受ける被記録媒体を搬送する被記録媒体搬送手段とを備えた液体吐出装置。
7. 前記液体吐出ヘッドからインクを吐出し、被記録媒体にインクを付着させることで記録を行う請求項６に記載に記載の液体吐出装置。

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