JP7341785B2 - 液体吐出ヘッド、液体吐出装置、液体吐出モジュール及び液体吐出ヘッドの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、液体吐出ヘッド、液体吐出装置及び液体吐出モジュール及び液体吐出ヘッドの製造方法に関する。

特許文献１には、吐出媒体となる液体と発泡媒体となる液体を界面で接触させ、熱エネルギの付与によって発泡媒体内に生成された泡の成長に伴って吐出媒体を吐出させる液体吐出ユニットが開示されている。特許文献１によれば、吐出媒体を吐出した後に、吐出媒体と発泡媒体を加圧して液流路に流れを形成することにより、吐出媒体と発泡媒体の界面を液流路内で安定させる方法が説明されている。

特開平６－３０５１４３号公報

特許文献１のような液体吐出ユニットにおいて、良好な吐出動作を高い周波数で繰り返し行うためには、吐出動作に伴って消費される吐出媒体は、短時間で吐出口にリフィルされることが求められる。即ち、液流路において吐出媒体の流抵抗は小さく抑えることが求められる。そして、このような吐出媒体の流抵抗は、液流路における吐出媒体と発泡媒体それぞれの流入口の位置や吐出口までの流動経路のような、液流路の構造に影響を受ける。

しかしながら、特許文献１には、吐出口の近傍における液流路内の流れについての記載はあるものの、吐出口に到るまでの吐出媒体と発泡媒体の流動経路についての明確な記載がない。このため、吐出媒体の粘度や流動経路の流抵抗によっては、吐出動作の後のリフィルが間に合わず、良好な吐出動作を高い周波数で行うことが困難になる場合がある。

本発明は、上記問題点を解消するためになされたものである。よってその目的とするところは、吐出媒体と発泡媒体とを流動させながら吐出媒体を吐出させる構成において、良好な吐出動作を高い周波数で行うことが可能な流路構造を有する液体吐出ヘッドを提供することである。

そのために本発明は、基板と流路形成部材とを積層することによって形成され、第１の液体と第２の液体を所定の方向に流動させるための液流路と、前記第１の液体を前記液流路に流入させるための第１の流入口と、前記第２の液体を前記液流路に流入させるための第２の流入口と、前記基板に配され前記第１の液体を加圧するための圧力発生素子と、前記流路形成部材に形成され、前記圧力発生素子によって加圧された前記第１の液体より受けた圧力によって前記第２の液体を前記所定の方向と交差する方向に吐出させるための吐出口と、を備える液体吐出ヘッドにおいて、前記第２の流入口から、前記第２の液体が前記吐出口より吐出が可能な位置まで前記第２の液体が流動する長さは、前記第１の流入口から、前記圧力発生素子が前記第１の液体を加圧可能な位置まで前記第１の液体が流動する長さよりも短く、且つ、前記第２の流入口は、前記所定の方向において前記第１の流入口と前記吐出口の間の位置に設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、良好な吐出動作を高い周波数で行うことが可能な流路構造を有する液体吐出ヘッドを提供することが可能となる。

吐出ヘッドの斜視図である。 液体吐出装置の制御構成を説明するためのブロック図である。 液体吐出モジュールにおける素子基板の断面斜視図である。 第１の実施形態の液流路及び圧力室の構成を説明するための図である。 粘度比と水相厚比の関係、及び圧力室の高さと流速の関係を示す図である。 吐出動作の過渡状態を模式的に示す図である。 第２の実施形態の液流路及び圧力室の構成を説明するための図である。 第３の実施形態の液流路及び圧力室の構成を説明するための図である。 第４の実施形態の液流路及び圧力室の構成を説明するための図である。 第５の実施形態の液流路及び圧力室の構成を説明するための図である。 第６の実施形態の液流路及び圧力室の構成を説明するための図である。 第７の実施形態の液流路及び圧力室の構成を説明するための図である。 第８の実施形態の液流路及び圧力室の構成を説明するための図である。 第９の実施形態の液流路及び圧力室の構成を説明するための図である。 比較例の液流路及び圧力室の構成を説明するための図である。 液流路の製造工程の一例を説明する図である。 液流路の製造工程の一例を説明する図である。

（第１の実施形態）
（液体吐出ヘッドの構成）
図１は、本実施形態で使用可能な液体吐出ヘッド１の斜視図である。本実施形態の液体吐出ヘッド１は、複数の液体吐出モジュール１００がｘ方向に配列されて構成される。個々の液体吐出モジュール１００は、複数の吐出素子が配列された素子基板１０と、個々の吐出素子に電力と吐出信号を供給するためのフレキシブル配線基板４０とを有している。フレキシブル配線基板４０のそれぞれは、電力供給端子と吐出信号入力端子が配された電気配線基板９０に共通して接続されている。液体吐出モジュール１００は、液体吐出ヘッド１に対し簡易的に着脱することができる。よって、液体吐出ヘッド１には、これを分解することなく、任意の液体吐出モジュール１００を外部から容易に取りつけたり取り外したりすることができる。

このように、液体吐出モジュール１００を長手方向に複数配列（複数個が配列）させて構成される液体吐出ヘッド１であれば、何れかの吐出素子に吐出不良が生じた場合であっても、吐出不良が生じた液体吐出モジュールのみを交換すればよい。よって、液体吐出ヘッド１の製造工程における歩留まりを向上させるとともに、ヘッド交換時のコストを抑えることができる。

（液体吐出装置の構成）
図２は、本実施形態に使用可能な液体吐出装置２の制御構成を示すブロック図である。ＣＰＵ５００は、ＲＯＭ５０１に記憶されているプログラムに従いＲＡＭ５０２をワークエリアとして使用しながら、液体吐出装置２の全体を制御する。ＣＰＵ５００は、例えば、外部に接続されたホスト装置６００より受信した吐出データに、ＲＯＭ５０１に記憶されているプログラム及びパラメータに従って所定のデータ処理を施し、液体吐出ヘッド１が吐出可能な吐出信号を生成する。そして、この吐出信号に従って液体吐出ヘッド１を駆動しながら、搬送モータ５０３を駆動して液体の付与対象媒体を所定の方向に搬送することにより、液体吐出ヘッド１から吐出された液体を付与対象媒体に付着させる。

液体循環ユニット５０４は、液体吐出ヘッド１に液体を循環させながら供給し、液体吐出ヘッド１における液体の流動制御を行うためのユニットである。液体循環ユニット５０４は、液体を貯留するサブタンク、サブタンクと液体吐出ヘッド１の間で液体を循環させる流路や、複数のポンプ、吐出ヘッド１内を流れる液体の流量を調整するための流量調整ユニットなどを備えている。そして、ＣＰＵ５００の指示の下、液体吐出ヘッド１において液体が所定の流量で流れるように、上記複数の機構を制御する。

（素子基板の構成）
図３は、個々の液体吐出モジュール１００に備えられた本実施形態の素子基板１０の断面斜視図である。素子基板１０は、シリコン（Ｓｉ）基板１５上にオリフィスプレート１４（流路形成部材）が積層されて構成されている。図３では、ｘ方向に配列された吐出口１１は、同種類の液体（例えば共通のサブタンクや供給口から供給される液体）を吐出する。ここではオリフィスプレート１４が液流路１３内の各構造を含む例で示しているが、液流路１３内の各構造は別の部材（流路壁部材）で形成し、その上に吐出口１１が形成されたオリフィスプレート１４が設けられた構成であってもよい。

シリコン基板１５上の、個々の吐出口１１に対応する位置には圧力発生素子１２（図３では不図示）が配されている。吐出口１１と圧力発生素子１２とは、対向する位置に設けられている。吐出信号に応じて電圧が印加されると、圧力発生素子１２は、液体を流動方向（ｙ方向）と交差するｚ方向へ加圧し、圧力発生素子１２と対向する吐出口１１から、液体が液滴として吐出される。圧力発生素子１２への電力や駆動信号は、シリコン基板１５上に配された端子７を介して、フレキシブル配線基板４０（図１参照）より供給される。

オリフィスプレート１４には、ｙ方向に延在し、吐出口１１の夫々に個別に接続する複数の液流路１３が形成されている。また、ｘ方向に配列する複数の液流路１３は、第１の共通供給流路２３、第１の共通回収流路２４、第２の共通供給流路２８及び第２の共通回収流路２９と、共通して接続されている。第１の共通供給流路２３、第１の共通回収流路２４、第２の共通供給流路２８及び第２の共通回収流路２９における液体の流れは、図２で説明した液体循環ユニット５０４によって制御されている。具体的には、第１の共通供給流路２３から液流路１３に流入した第１の液体が第１の共通回収流路２４に向かい、第２の共通供給流路２８から液流路１３に流入した第２の液体が第２の共通回収流路２９に向かうように制御されている。

図３では、このようなｘ方向に配列する吐出口１１及び液流路１３と、これらに共通してインクを供給したり回収したりする第１、第２の共通供給流路２３、２８、及び第１、第２の共通回収流路２４、２９の組が、ｙ方向に２列配置された例を示している。

（液流路及びの構成）
図４（ａ）～（ｄ）は、図３に示す素子基板１０に形成された１つの液流路１３及び圧力室１８の構成を詳しく説明するための図である。図４（ａ）は吐出口１１の側（＋ｚ方向側）から見た透視図、図４（ｂ）は図４（ａ）に示すＩＶｂ－ＩＶｂの断面図である。また、図４（ｃ）は素子基板１０の断面斜視図、更に、図４（ｄ）は、図４（ｂ）における吐出口１１近傍の拡大図である。

液流路１３の底部に相当するシリコン基板１５には、液流路１３とほぼ同じ幅を有する第１の流入口２０、第２の流入口２１、第１の流出口２５、第２の流出口２６が、＋ｙ方向においてこの順に形成されている。第１の流入口２０、第２の流入口２１、第１の流出口２５、第２の流出口２６は、図３に示す第１の共通供給流路２３、第２の共通供給流路２８、第１の共通回収流路２４及び第２の共通回収流路２９にそれぞれ接続されている。

液流路１３の一部であって、吐出口１１と圧力発生素子１２を含む領域である圧力室１８は、ｙ方向において第２の流入口２１と第１の流出口２５のほぼ中央に配されている。第１の流入口２０、第２の流入口２１、圧力室１８、第１の流出口２５及び第２の流出口２６のうち、第２の流入口２１以外はｙ方向に延在する同一線上に配され、第２の流入口２１のみが上記同一線から－ｘ方向にずれた位置に配されている。

第２の流入口２１から供給された第２の液体３２が液流路１３に流入する位置には、液流路１３を上下方向（±ｚ方向）に分断する第１の構造体１７が設けられている。第１の流入口２０より液流路１３に流入された第１の液体３１は、液流路１３内を＋ｙ方向に進み、第１の構造体１７の－ｚ方向側の流路（以下、下側流路と称す）を進行する。一方、液流路１３に－ｘ方向側から合流する第２の液体３２は、第１の構造体１７の＋ｚ方向側の流路（以下、上側流路と称す）によって流動方向が＋ｙ方向に変更される。第１の構造体１７の上側流路と下側流路をそれぞれ＋ｙ方向に進行する第１の液体と３１と第２の液体３２は、第１の構造体１７の端部の位置で互いに接触し界面を形成し、平行流の状態で圧力室１８に到達する。圧力室１８を通過した後、第１の液体３１は第１の流出口２５より流出され、第２の液体３２は第２の流出口２６より流出される。

圧力室１８の中では、圧力発生素子１２は第１の液体３１と接触し、吐出口１１の近傍では大気に曝された第２の液体３２がメニスカスを形成している。圧力室１８の中では、圧力発生素子１２と、第１の液体３１と、第２の液体３２と、吐出口１１とが、この順で並ぶように、第１の液体３１と第２の液体３２とが流れている。即ち、圧力発生素子１２がある側が下方、吐出口１１がある側が上方とすると、第１の液体３１上に第２の液体３２が流れている。そして、第１の液体３１及び第２の液体３２は、下方の圧力発生素子１２によって加圧され、下方から上方に向けて吐出される。尚、この上下の方向が、圧力室１８及び液流路１３の高さ方向である。

本実施形態では、第１の液体３１と第２の液体３２が、図４（ｄ）に示すように圧力室の中で互いに接触しながら沿う平行流として流れるように、第１の液体３１の流量と第２の液体の流量を、第１の液体３１の物性及び第２の液体３２の物性に応じて調整する。

（層流となっている平行流の形成条件）
まず、管内において液体が層流となる条件について説明する。一般に、流れを評価する指標として、粘性力と界面張力の比を表すレイノルズ数Ｒｅが知られている。

ここで、液体の密度をρ、流速をｕ、代表長さをｄ、粘度をη、表面張力をγとすると、レイノルズ数Ｒｅは（式１）で表すことが出来る。
Ｒｅ＝ρｕｄ／η ・・・（式１）

ここで、レイノルズ数Ｒｅが小さいほど、層流が形成されやすいことが知られている。具体的には、例えばレイノルズ数Ｒｅが２２００程度より小さいと円管内の流れは層流となり、レイノルズ数Ｒｅが２２００程度より大きいと円管内の流れは乱流となることが知られている。

流れが層流になるということは、流線が流れの進行方向に対して互いに平行となり交わらないことになる。従って、接触する２つの液体がそれぞれ層流であれば、２つの液体の界面が安定して形成された平行流を形成することができる。

ここで、一般的なインクジェット記録ヘッドについて考えると、液流路（圧力室）における吐出口近傍の流路高さ（圧力室の高さ）Ｈ［μｍ］は１０～１００μｍ程度である。よって、インクジェット記録ヘッドの液流路に水（密度ρ＝１．０×１０３ｋｇ/ｍ³、粘度η＝１．０ｃＰ）を流速１００ｍｍ／ｓで流した場合、レイノルズ数はＲｅ＝ρｕｄ／η≒０．１～１．０＜＜２２００となり、層流が形成されるとみなすことができる。

なお、図４に示すように、本実施形態の液流路１３や圧力室１８の断面が矩形であったとしても、液体吐出ヘッドでは液流路１３や圧力室１８の高さや幅は十分小さい。この為、液流路１３や圧力室１８は円管と同等に、即ち液流路や圧力室１８の高さを円管の直径として扱うことができる。

（層流状態の平行流の理論的な形成条件）
次に、図４（ｄ）を参照しながら、液流路１３及び圧力室１８の中で２種類の液体の界面が安定している平行流を形成する条件について説明する。まず、シリコン基板１５からオリフィスプレート１４の吐出口面までの距離をＨ［μｍ］、吐出口面から第１の液体３１と第２の液体３２の界面までの距離（第２の液体の相厚）をｈ₂［μｍ］とする。また、界面からシリコン基板１５までの距離（第１の液体の相厚）をｈ₁［μｍ］とする。即ち、Ｈ＝ｈ₁＋ｈ₂となる。

ここで、液流路１３及び圧力室１８内の境界条件として、液流路１３及び圧力室１８の壁面における液体の速度はゼロとする。また、第１の液体３１と第２の液体３２の界面の速度とせん弾応力は、連続性を有するものと仮定する。この仮定において、第１の液体３１と第２の液体３２が２層の平行な定常流を形成しているとすると、平行流区間では（式２）に示す４次方程式が成立する。

なお、（式２）において、η₁は第１の液体の粘度、η₂は第２の液体の粘度、Ｑ₁は第１の液体の流量、Ｑ₂は第２の液体の流量をそれぞれ示している。即ち、上記４次方程式（式２）の成立範囲で、第１の液体と第２の液体は、それぞれの流量と粘度に応じた位置関係となるように流動し、界面が安定した平行流が形成される。本実施形態では、この第１の液体と第２の液体の平行流を、液流路１３内、少なくとも圧力室１８内で形成することが好ましい。このような平行流が形成された場合、第１の液体と第２の液体はその界面において分子拡散による混合が起こるのみであり、実質的に交じり合うことなくｙ方向に平行に流れる。

例えば、水と油のような不混和性溶媒を第１の液体と第２の液体として用いる場合であっても、（式２）が満足されれば、互いに不混和であることとは関係なく安定した平行流が形成される。また、水と油の場合であっても、前述したように、圧力室内の流れが多少乱流状態であって界面が乱れたとしても、少なくとも圧力発生素子上を主に第１の液体が流動し、吐出口内を主に第２の液体が流動していることが好ましい。

図５（ａ）は、（式２）に基づいて、粘度比η_r＝η₂/η₁と第１の液体の相厚比ｈ_r＝ｈ₁/（ｈ₁＋ｈ₂）の関係を、流量比Ｑ_r＝Ｑ₂/Ｑ₁を複数段階に異ならせた場合について示した図である。尚、第１の液体は水に限定されないが、「第１の液体の相厚比」を以下「水相厚比」と称する。横軸は粘度比η_r＝η₂/η₁、縦軸は水相厚比ｈ_r＝ｈ₁/（ｈ₁＋ｈ₂）をそれぞれ示している。流量比Ｑ_rが大きくなるほど、水相厚比ｈ_rは小さくなっている。また、いずれの流量比Ｑ_rについても、粘度比η_rが大きくなるほど水相厚比ｈ_rは小さくなっている。即ち、液流路１３（圧力室）における水相厚比ｈ_r（第１の液体と第２の液体の界面位置）は、第１の液体と第２の液体の粘度比η_r及び流量比Ｑ_rを制御することによって所定の値に調整することができる。その上で、図によれば、粘度比η_rと流量比Ｑ_rとを比較した場合、流量比Ｑ_rの方が粘度比η_rよりも水相厚比ｈ_rに大きく影響することがわかる。

ここで、図５（ａ）に示す状態Ａ、状態Ｂ、状態Ｃは、それぞれ以下の状態を示す。
状態Ａ）粘度比η_r＝１及び流量比Ｑ_r＝１の場合で水相厚比ｈ_r＝０．５０
状態Ｂ）粘度比η_r＝１０及び流量比Ｑ_r＝１の場合で水相厚比ｈ_r＝０．３９
状態Ｃ）粘度比η_r＝１０及び流量比Ｑ_r＝１０の場合で水相厚比ｈ_r＝０．１２

図５（ｂ）は、液流路１３（圧力室）の高さ方向（ｚ方向）における流速分布を上記状態Ａ、Ｂ、Ｃのそれぞれについて示した図である。横軸は状態Ａの流速最大値を１（基準）として規格化した規格化値Ｕｘを示している。縦軸は、液流路１３（圧力室）の高さＨを１（基準）とした場合の底面からの高さを示している。夫々の状態を示す曲線においては、第１の液体と第２の液体の界面位置をマーカーで示している。状態Ａの界面位置が状態Ｂや状態Ｃの界面位置よりも高いなど、界面位置が状態によって変化することがわかる。これは、異なる粘度を有する２種類の液体がそれぞれ層流となって（全体としても層流で）管内を平行に流れる場合、これら２つの液体の界面は、これら液体の粘度差に起因する圧力差と界面張力に起因するラプラス圧が釣り合う位置に形成されるためである。

（吐出動作の過渡状態）
次に、平行流が形成された液流路１３及び圧力室１８における吐出動作の過渡状態について説明する。図６（ａ）～（ｅ）は、流路（圧力室）高さがＨ［μｍ］＝２０μｍ、オリフィスプレートの厚みがＴ＝６μｍである液流路１３に、粘度比がη_r＝４の第１の液体と第２の液体で平行流を形成した状態で吐出動作を行った場合の過渡状態を模式的に示す図である。

図６（ａ）は、圧力発生素子１２に電圧が印加される前の状態を示している。ここでは、共に流動する第１の液体のＱ₁と第２の液体のＱ₂を調整することにより、水相厚比がη_r＝０．５７（即ち第１の液体の水相厚がｈ₁［μｍ］＝６μｍ）となる位置で界面位置が安定した状態を示している。

図６（ｂ）は、圧力発生素子１２に電圧が印加され始めた状態を示している。本実施形態の圧力発生素子１２は電気熱変換体（ヒータ）である。即ち、圧力発生素子１２は、吐出信号に応じて電圧パルスが印加されることにより急激に発熱し、接触する第１の液体中に膜沸騰を生じさせる。図では、膜沸騰によって泡１６が生成された状態を示している。泡１６が生成された分、第１の液体３１と第２の液体３２の界面はｚ方向（圧力室の高さ方向）に移動し、第２の液体３２は吐出口１１よりｚ方向に押し出されている。

図６（ｃ）は、膜沸騰によって発生した泡１６の体積が増大し、第２の液体３２は吐出口１１より更にｚ方向に押し出された状態となっている。

図６（ｄ）は、泡１６が大気に連通した状態を示している。本実施形態においては泡１６が最大に成長した後の収縮段階において、吐出口１１から圧力発生素子１２側に移動した気液界面と泡１６とが連通する。

図６（ｅ）は、液滴３０が吐出された状態を示している。図６（ｄ）のように泡１６が大気に連通したタイミングにおいて既に吐出口１１より突出している液体は、その慣性力によって液流路１３から離脱し、液滴３０となってｚ方向へ飛翔する。一方、液流路１３においては、吐出によって消費された分の液体が、液流路１３の毛細管力によって吐出口１１の両側から供給され、吐出口１１には再びメニスカスが形成される。そして、再び図６（ａ）に示すような、ｙ方向に流動する第１の液体と第２の液体の平行流が形成される。

このように、本実施形態においては、第１の液体３１と第２の液体３２が平行流として流動している状態で、図６（ａ）～（ｅ）に示す吐出動作を行う。再度図２を参照しながら具体的に説明すると、ＣＰＵ５００は、液体循環ユニット５０４を用いて、第１の液体の流量及び第２の液体の流量を一定に保ちつつこれら液体を吐出ヘッド１内で循環させる。そして、そのような制御を持続しながら、ＣＰＵ５００は、吐出データに従って吐出ヘッド１に配された個々の圧力発生素子１２に電圧を印加する。なお、吐出される液体の量によっては、第１の液体の流量及び第２の液体の流量は常に一定とは限られない場合もある。

なお、液体が流動している状態で吐出動作を行う場合、液体の流動が吐出性能に影響を与えることが懸念されることがある。しかし、一般的なインクジェット記録ヘッドにおいて、液滴の吐出速度は数ｍ/ｓ～十数ｍ/ｓのオーダーであり、数ｍｍ/ｓ～数ｍ/ｓのオーダーである液流路内の流動速度に比べて遥かに大きい。よって、第１の液体と第２の液体が数ｍｍ/ｓ～数ｍ/ｓで流動した状態で吐出動作が行われても、吐出性能が影響を受けるおそれは少ない。

図６（ａ）～（ｅ）では泡１６と大気とが圧力室１８内で連通する構成を示したが、例えば、泡１６が吐出口１１の外側（大気側）で大気と連通しても良く、また、泡１６が大気と連通することなく消泡する形態であっても良い。 図６（ａ）～（ｅ）で説明したような吐出動作は、液体を流動させた状態で行うこともできるし、液体を一時的に停止させた状態で行うこともできる。

例えば、液体が流動している状態で吐出動作を行う場合、液体の流動が吐出性能に影響を与えることが懸念される。しかし、一般的なインクジェット記録ヘッドにおいて、液滴の吐出速度は数ｍ/ｓ～十数ｍ/ｓのオーダーであり、数ｍｍ/ｓ～数ｍ/ｓのオーダーである液流路（圧力室）内の流動速度に比べて遥かに大きい。よって、第１の液体３１と第２の液体３２が数ｍｍ/ｓ～数ｍ/ｓで流動した状態で吐出動作が行われても、吐出性能が影響を受けるおそれは少ない。

一方、液体が停止している状態で吐出動作を行う場合、吐出動作に伴って第１の液体３１と第２の液体３２の界面位置が変動してしまうことが懸念される。但し、第１の液体３１と第２の液体３２の界面は、液体の流動を停止することによって直ちに拡散の影響されるわけではない。流動を停止しても、その停止期間が吐出動作を行う程度の短期間であれば、第１の液体３１と第２の液体３２の界面は維持され、その状態で吐出動作を行うことができる。

いずれにせよ、第１の液体３１と第２の液体３２の界面が安定した位置に保持されていれば、流動の有無によらず吐出動作は安定した状態で行うことができる。

（本実施形態の液流路構造の効果）
ここで、再び図４（ａ）～（ｄ）を参照し、図１５（ａ）～（ｃ）に示す比較例と比較しながら、本実施形態の液流路１３の構造の効果について説明する。まず、比較例について説明する。

比較例において、図１５（ａ）は１つの液流路１３の側断面図、図１５（ｂ）及び（ｃ）は、図１５（ａ）に示す２つの断面線のそれぞれに対応する断面透視図である。液流路１３の底部に相当するシリコン基板１５には、液流路１３とほぼ同じ幅を有する第２の流入口２１、第１の流入口２０、第１の流出口２５、第２の流出口２６が、ｙ方向に延在する同一線上この順に形成されている。

一般に、シリコン基板の側に、液流路とほぼ同じ幅を有する複数の流入口が、液流路が延在する方向に配置された構成において、最も下流側の流入口より流入された液体がシリコン基板に接した状態で流動する。即ち、図１５で示す比較例では、下流側に配された第１の流入口２０より流入された第１の液体３１がシリコン基板１５に接するように流動し、上流側に配された第２の流入口２１より流入された第２の液体３２がオリフィスプレート１４に接するように流動する。言い換えると、図１５で示す液流路１３においては、圧力発生素子１２に接触するように流動させるべき第１の液体３１は、第２の液体３２よりも下流側の流入口より流入させる必要がある。

一方で、吐出媒体である第２の液体３２は、第１の液体よりも高い粘度を有することが一般である。また、吐出媒体である第２の液体３２は、吐出動作に伴って消費された分の液体が、短時間でリフィルされることが求められる。このような状況において、相対的に粘度の高い第２の液体３２の流抵抗は、相対的に粘度の低い第１の液体３１の流抵抗よりも小さく抑えることが求められる。そして、そのためには、第２の液体３２が液流路１３に流入してから吐出口１１まで流動する長さを、第１の液体３１が液流路１３に流入してから吐出口１１まで流動する長さよりも短くすることが好ましい。

ここで、本実施形態の図４で示す流路構成と、図１５に示す比較例の構成とを比較すると、比較例では第２の流入口２１から吐出口１１までの流動長さが第１の流入口２０から吐出口１１までの流動長さよりも長くなっている。これに対し、図４で示す本実施形態の流路構成では、第１の構造物１７が設けられることにより、第２の流入口２１から吐出口１１までの流動長さが第１の流入口２０から吐出口１１までの流動長さよりも短くなっている。即ち、粘度の高い第２の液体３２の流抵抗を比較例よりも小さく抑えることができる。その結果、本実施形態の流路構成では、吐出動作に伴って消費される第２の液体３２を比較例よりも短い時間でリフィル可能とし、良好な吐出動作を高い周波数で行うことができる。

（第２の実施形態）
図７（ａ）～（ｃ）は、第２の実施形態の液流路１３の構造を示す図である。図７（ａ）は吐出口１１の側（＋ｚ方向側）から見た透視図、図７（ｂ）は図７（ａ）に示すＶＩＩｂ－ＶＩＩｂの断面図である。また、図７（ｃ）は素子基板１０の断面斜視図である。

本実施形態において、第１の実施形態と異なる点は、第２の流入口２１に加え第２の流出口２６も液流路１３から－ｘ方向にずれた位置に配している点である。また、圧力室１８を通過した第１の液体３１と第２の液体３２とを分流するための第２の構造体１９が設けられている点である。圧力室１８を通過し＋ｙ方向に進行する第２の液体３２は、第２の構造体１９の上側流路によって流動方向が－ｘ方向に変更され、第２の流出口２６より流出される。一方、圧力室１８を通過した第１の液体３１は、第２の構造体１９の下側流路を＋ｙ方向に進行し、第１の流出口２５より流出される。

このような本実施形態によれば、液流路１３における第２の液体３２の流動長さを第１の実施形態よりも更に短くすることができる。即ち、粘度の高い第２の液体３２の流抵抗を第１の実施形態よりも更に小さく抑え、良好な吐出動作を更に高い周波数で行うことができる。

（第３の実施形態）
図８（ａ）及び（ｂ）は、第３の実施形態における液流路１３の構造を示す図である。図８（ａ）は吐出口１１の側（＋ｚ方向側）から見た透視図、図８（ｂ）は図８（ａ）に示すＶＩＩＩｂ－ＶＩＩＩｂの断面図である。

本実施形態において、第２の実施形態と異なる点は、第２の流入口２１と第２の流出口２６が、液流路１３に対し±ｘ方向の両側に配されている点である。２つの第２の流入口２１ａ及び２１ｂから流入された第２の液体３２は、第１の構造体１７の上側流路によって流動方向が＋ｙ方向に変更される。一方、第１の流入口２０より液流路１３に流入された第１の液体３１は、第１の構造体１７の下側流路を流動する。第１の液体３１と第２の液体３２は、第１の構造体１７の上側流路と下側流路をそれぞれ＋ｙ方向に流動し、第１の構造体１７の下流側の端部で互いに接触し、界面を形成し、平行流の状態で圧力室１８に到達する。

圧力室１８を通過し＋ｙ方向に流動する第２の液体３２は、第２の構造体１９の上側流路によって流動方向が＋ｘ方向又は－ｘ方向に変更され、第２の流出口２６ａ又は２６ｂを介して流出される。一方、圧力室１８を通過した第１の液体３１は、第２の構造体１９の下側流路を＋ｙ方向に進行し、第１の流出口２５をより流出される。

このような本実施形態によれば、相対的に粘度の高い第２の液体３２の液流路１３に対する流入及び流出を、２つの流入口２１ａ及び２１ｂ、と２つの流出口２６ａ及び２６ｂによって行うことができる。よって、第１、第２の実施形態に比べ、吐出動作に伴って消費された第２の液体３２を更に短い時間でのリフィル可能とし、良好な吐出動作を高い周波数で行うことができる。

（第４の実施形態）
図９（ａ）～（ｃ）は、第４の実施形態における液流路１３の構造を示す図である。図９（ａ）は吐出口１１の側（＋ｚ方向側）から見た透視図、図９（ｂ）は素子基板１０の断面斜視図、図９（ｃ）は、図９（ａ）におけるＩＸｃ－ＩＸｃの断面拡大図である。

液流路１３の底部に相当するシリコン基板１５には、第１の流入口２０、第２の流入口２１、第２の流出口２６、第１の流出口２５が、＋ｙ方向においてこの順に形成されている。但し、第１の流入口２０、第２の流入口２１、圧力室１８、第２の流出口２６及び第１の流出口２５のうち、第２の流入口２１と第２の流出口２６は、ｙ方向に延在する同一線上から－ｘ方向にずれた位置に配されている。吐出口１１と連通し圧力発生素子１２を含む圧力室１８は、ｙ方向において第２の流入口２１と第２の流出口２６のほぼ中央に配されている。

このような構成の下、第１の流入口２０から液流路１３に供給された第１の液体３１は、ｙ方向（破線矢印で示す）に流動し、圧力室１８を通過した後、第１の流出口２５から流出される。一方、第２の流入口２１を介して供給された第２の液体３２は、液流路１３に対し、－ｘ方向側より供給され、第１の液体３１と衝突することによって流れの向きを変え、＋ｙ方向に流動する（実線矢印で示す）。本実施形態では、上記実施形態で説明したような構造体を設けていないため、第１の液体３１と第２の液体３２は、上下（±ｚ方向）に重なる層は形成せず、図９（ｂ）に示すような、左右（±ｘ方向）に並ぶ層を形成する。そして、このような左右に並ぶ平行流の状態で圧力室１８を通過した後、第２の液体３２は、流れの向きを－ｘ方向に変えて第２の流出口２６から流出される。

本実施形態において、圧力発生素子１２と吐出口１１はｘ方向にずれて配置されている。そして、圧力発生素子１２の側（＋ｘ側）は主に第１の液体３１が流動し、吐出口１１の側（－ｘ側）は主に第２の液体３２が流動する。圧力発生素子１２に電圧を印加すると、圧力発生素子１２に接する第１の液体３１中に膜沸騰による泡が発生し、界面を介して加圧された第２の液体が吐出口１１から吐出される。

このような本実施形態においても、液流路１３において、相対的に粘度の高い第２の液体３２の流動長さを相対的に粘度の低い第１の液体３１の流動長さよりも短くすることができる。即ち、粘度の高い第２の液体３２の流抵抗を小さく抑えることができ、吐出動作に伴って消費される第２の液体３２を短い時間でリフィル可能とし、良好な吐出動作を高い周波数で行うことができる。

（重力の影響）
ここで、界面に対する重力の影響について簡単に説明する。例えば図の＋ｚ方向を重力に逆らう方向とした場合、第１～第３の実施形態で形成される平行流の界面は重力に対し垂直な面であ、本実施形態で形成される平行流の界面は重力に対し平行な面である。即ち、本実施形態では、安定した界面を形成するための条件が上記実施形態と異なることが予想される。しかしながら、以下に説明する理由により、重力が界面に与える影響は極めて小さいと言える。

一般に、重力と表面張力（界面張力）の比を表す無次元数のボンド数Ｂｏは、下式によって定義される。
Ｂｏ＝（ΔρｇＬ²）／γ

ここで、Δρは密度差、ｇは重力加速度、Ｌは代表長さ、γは表面張力である。密度差Δρ＝０．０４ｇ／ｃｍ³、表面張力γ＝３０ｍＮ/ｍとした場合、代表長さＬ＝１０～１００μｍにおいて、界面張力は、重力の１００００倍以上となる。即ち、界面の向きによらず、重力が界面に与える影響は極めて小さいと言える。このため、本実施形態においても、第１の実施形態で説明した（式２）が成立するように第１の液体と第２の液体の流量を調整すれば、安定した界面を有する左右（±ｘ方向）に並ぶ平行流を形成することができる。

（第５の実施形態）
図１０（ａ）及び（ｂ）は、第５の実施形態における液流路１３の構造を示す図である。図１０（ａ）は吐出口１１の側（＋ｚ方向側）から見た透視図、図１０（ｂ）は図１０（ａ）におけるＸｂ－Ｘｂの断面拡大図である。

液流路１３の底部に相当するシリコン基板１５には、第１の流入口２０、第２の流入口２１、第２の流出口２６、第１の流出口２５が、＋ｙ方向においてこの順に形成されている。吐出口１１と連通し圧力発生素子１２を含む圧力室１８は、ｙ方向において第２の流入口２１と第２の流出口２６のほぼ中央に配されている。第１～第４の実施形態では、液流路１３は、ｙ方向に延びる同一線上に並ぶ流入口や流出口とほぼ同じ幅（ｘ方向の大きさ）を有していたが、本実施形態の液流路１３は、同一線上に並ぶ流入口や流出口よりも大きな幅を有するものとする。

図１０（ａ）に示すように、第１の流入口２０から流入した第１の液体３１は、破線矢印に沿って流動し、第１の流出口２５より流出される。第２の流入口２１から流入した第２の液体３２は、実線矢印に沿って移動し、第２の流出口２６より流出される。ｙ方向において第２の流入口２１と第２の流出口２６の間は、第１の液体３１と第２の液体３２が共に流動するが、第１の液体３１は、第２の液体３２の流動経路を迂回するように第２の液体３２と流路壁の間を流れる。そして、吐出口１１と圧力発生素子１２が配されている圧力室１８においては、図１０（ｂ）に示すように、第１の液体３１、第２の液体３２、第１の液体３１、がこの順でｘ方向に並ぶ平行流が形成される。

図１０（ｂ）に示すように、シリコン基板１５上において、第１の液体３１が流動する両側の位置には、圧力発生素子１２がそれぞれ配されている。一方、第２の液体３２が流動する位置のオリフィスプレート１４には吐出口１１が形成され、大気に曝された第２の液体３２がメニスカスを形成している。この状態で２つの圧力発生素子１２を同時に駆動すると、それぞれの圧力発生素子１２に接する第１の液体３１中に膜沸騰による泡が発生し、両側の界面を介して加圧された第２の液体が吐出口１１から吐出される。本実施形態においては、圧力発生素子１２が吐出口１１に対して対称に配置されていることから、吐出液滴３０をｘ方向において対称的な形状で吐出させることができる。

このような本実施形態においても、液流路１３において、相対的に粘度の高い第２の液体３２の流動長さを相対的に粘度の低い第１の液体３１の流動長さよりも短くすることができる。即ち、粘度の高い第２の液体３２の流抵抗を小さく抑えることができ、吐出動作に伴って消費される第２の液体３２を短い時間でリフィル可能とし、良好な吐出動作を高い周波数で行うことができる。

（第６の実施形態）
図１１（ａ）～（ｄ）は、第６の実施形態における液流路１３の構造を示す図である。図１１（ａ）は１つの液流路１３の側断面図である。図１１（ｂ）は図１１（ａ）に示すＸＩｂ－ＸＩｂにおける断面透視図、図１１（ｃ）は図１１（ａ）に示すＸＩｃ－ＸＩｃにおける断面透視図、図１１（ｄ）は図１１（ａ）に示すＸＩｄ－ＸＩｄにおける断面透視図である。

本実施形態において、第１の流入口２０、第１の流出口２５及び第２の流出口２６は、ｙ方向に延在する同一線上に配されている。このうち、第１の流出口２５及び第２の流出口２６は、圧力室１８に対し１対１で対応付けられているが、第１の流入口２０は、ｘ方向に延在し複数の液流路１３に連通する第１の共通液室５１に接続している。第１の流入口２０より第１の共通液室５１に流入した第１の液体３１は、構造体５０の－ｚ方向側の流路（下側流路）をｙ方向に流動して圧力室１８に到達する。

一方、第２の流入口２１は、ｘ方向に並ぶ２つの液流路１３の間に配置され、複数の液流路１３に連通する第２の共通液室５２に接続している。第２の流入口２１より第２の共通液室５２に流入した第２の液体３２は、±ｘ方向の両側に分かれて構造体５０の＋ｚ方向側の流路（上側流路）を進み、更に＋ｙ方向に流れの向きが変えられた後、圧力室１８に到達する。

本実施形態において、構造体５０の下側流路で第１の液体３２が流れる方向（＋ｙ方向）と、構造体５０の上側流路で第２の液体３２が流れる方向（±ｘ方向）は互いに交差する。しかし、第２の液体３２は構造体５０の上側流路において進行方向がｙ方向に変えられる。このため、構造体５０の＋ｙ方向側の端部において、第１の液体３１と第２の液体３２は共に＋ｙ方向に進行する状態で合流し、界面を形成し、平行流の状態で圧力室１８に到達する。

圧力室１８において、圧力発生素子１２は第１の液体３１と接触し、吐出口１１では大気に曝された第２の液体３２がメニスカスを形成する。そして、圧力発生素子１２に電圧を印加すると、圧力発生素子１２に接する第１の液体３１中に膜沸騰による泡が発生し、界面を介して加圧された第２の液体が吐出口１１から＋ｚ方向に吐出される。吐出口１１より吐出されずに圧力室１８を通過した液体のうち、第１の液体３１は第１の流出口２５より流出され、第２の液体３２は第２の流出口２６より流出される。

以上説明した本実施形態においても、第２の流入口２１から吐出口１１までの流動長さを、第１の流入口２１から吐出口１１までの流動長さをよりも短くすることができる。即ち、粘度の高い第２の液体３２の流抵抗を小さく抑え、良好な吐出動作を高い周波数で行うことが可能となる。

（第７の実施形態）
図１２（ａ）～（ｄ）は、第７の実施形態における液流路１３の構造を示す図である。図１２（ａ）は１つの液流路１３の側断面図である。図１２（ｂ）は図１２（ａ）に示すＸＩＩｂ－ＸＩＩｂにおける断面透視図、図１２（ｃ）は図１２（ａ）に示すＸＩＩｃ－ＸＩＩｃにおける断面透視図、図１２（ｄ）は図１２（ａ）に示すＸＩＩｄ－ＸＩＩｄにおける断面透視図である。

本実施形態の液流路１３において、第６の実施形態で説明した液流路１３と異なる点は、第２の共通液室５２が設けられていないことである。即ち、第２の流入口２１と圧力室１８は１対１で対応付けられている。第２の流入口２１より流入した第２の液体３２は、構造体５０の上側流路によって、進行方向が＋ｘ方向から＋ｙ方向に変更される。そして、構造体５０の＋ｙ方向側の端部において、第１の液体３１と第２の液体３２は共に＋ｙ方向に進行する状態で合流し、界面を形成し、平行流の状態で圧力室１８に到達する。

以上説明した本実施形態においても、第２の流入口２１から吐出口１１までの流動長さを、第１の流入口２１から吐出口１１までの流動長さをよりも短くすることができる。即ち、粘度の高い第２の液体３２の流抵抗を小さく抑え、良好な吐出動作を高い周波数で行うことが可能となる。

（第８の実施形態）
図１３（ａ）～（ｄ）は、第８の実施形態における液流路１３の構造を示す図である。図１３（ａ）は１つの液流路１３の側断面図である。図１３（ｂ）は図１３（ａ）に示すＸＩＩＩｂ－ＸＩＩＩｂにおける断面透視図、図１３（ｃ）は図１３（ａ）に示すＸＩＩＩｃ－ＸＩＩＩｃにおける断面透視図、図１３（ｄ）は図１３（ａ）に示すＸＩＩＩｄ－ＸＩＩＩｄにおける断面透視図である。

本実施形態において、第１の流入口２０、第２の流入口２１、第１の流出口２５及び第２の流出口２６は、圧力室１８に対し１対１で対応付けられ、ｙ方向に延在する同一線上に配されている。第１の流入口２０より流入した第１の液体３１はｙ方向に進行するが、構造体５０に遮られ、構造体５０即ち第２の液体３２の流動経路を迂回して移動する。

一方、第２の流入口２１より流入した第２の液体３２は、構造体５０とオリフィスプレート１４によって進行方向が＋ｚ方向から＋ｙ方向に変えられ、構造体５０の一部である合流壁５０ａの上側流路に沿って流動する。そして、合流壁５０ａの下側を流動する第１の液体３１と合流壁５０ａの上側を流動する第２の液体３２は、合流壁５０ａの端部において、共に＋ｙ方向に進行する状態で合流し、界面を形成し、平行流の状態で圧力室１８に到達する。

以上説明した本実施形態においても、第２の流入口２１から吐出口１１までの流動長さを、第１の流入口２１から吐出口１１までの流動長さをよりも短くすることができる。即ち、粘度の高い第２の液体３２の流抵抗を小さく抑え、良好な吐出動作を高い周波数で行うことが可能となる。

（第９の実施形態）
図１４（ａ）～（ｅ）は、第９の実施形態における液流路１３の構造を示す図である。図１４（ａ）は１つの液流路１３の側断面図である。図１４（ｂ）は図１４（ａ）に示すＸＩＶｂ－ＸＩＶｂにおける断面透視図、図１４（ｃ）は図１４（ａ）に示すＸＩＶｃ－ＸＩＶｃにおける断面透視図である。図１４（ｄ）は図１４（ａ）に示すＸＩＶｄ－ＸＩＶｄにおける断面透視図、図１４（ｅ）は図１４（ａ）に示すＸＩＶｅ－ＸＩＶｅにおける断面透視図である。

本実施形態の液流路１３において、第２の流入口２１、第１の流出口２５及び第２の流出口２６は、ｙ方向に延在する同一線上に配され、圧力室１８に対し１対１で対応付けられている。第１の流入口２０は、ｘ方向に並ぶ２つの液流路１３の間に配置され、ｘ方向に延在し複数の液流路１３に連通する第１の共通液室５１に接続されている。第１の流入口２０より第１の共通液室５１に流入した第１の液体３１は、構造体５０の一部である２つの柱状構造体５０ｂの間をｙ方向に進行する。

一方、第２の流入口２１より流入した第２の液体３２は、柱状構造体５０ｂの内側空間を＋ｚ方向に進行する。その後、第２の液体３２は、柱状構造体５０ｂの底部隙間から＋ｙ方向に流出し、同じく＋ｙ方向に流動する第１の液体３１と合流し界面を形成し、二つの層がｘ方向に並んだ平行流を形成する（図１４（ｂ）参照）。このような平行流は、その後凸部構造体５０ｃに突き当たり、進行方向が＋ｘ方向又は－ｘ方向に変更され、柱状構造体５０ｂと凸部構造体５０ｃの間に進入する。そして、オリフィスプレート１４に突き当たると、第１の液体３１の層と第２の液体３２の層がｚ方向に並んだ平行流となり、その状態で圧力室１８に到達する（図１４（ａ）参照）。

以上説明した本実施形態においても、第２の流入口２１から吐出口１１までの流動長さを、第１の流入口２１から吐出口１１までの流動長さをよりも短くすることができる。即ち、粘度の高い第２の液体３２の流抵抗を小さく抑え、良好な吐出動作を高い周波数で行うことが可能となる。

（液流路の製造方法）
以下に、図面を用いて、液流路１３の製造方法を２つの例を挙げて説明する。

（第１の製造方法）
図１６（ａ）～（ｊ）は、液流路１３の製造工程の一例を説明する図である。ここでは、図４（ａ）～（ｄ）で示した第１の実施形態の液流路１３の製造工程の例を示している。まず、φ２００ｍｍのシリコン基板１５を用意し、圧力発生素子１２としての発熱抵抗体や配線（不図示）を形成する。次に、シリコン基板１５に第１の流入口２０、第２の流入口２１、第１の流出口２５及び第２の流出口２６となる貫通口を形成する（図１６（ａ））。

次に、シリコン基板１５の上にドライフイルム化した厚さ５μｍの第１のネガレジスト６１を積層し（図１６（ｂ））、露光処理により流路のパターニングを行う。これにより、露光された第１のネガレジスト６２を得る（図１６（ｃ））。第１のネガレジストとしては、例えば日本化薬製ＳＵ－８ ３０００が挙げられる。

次に、露光後の第１のネガレジスト６２の上に、第１のネガレジスト６１よりも感度が高く、ドライフイルム化された厚さ５μｍの第２のネガレジスト６３を積層する（図１６（ｄ））。そして、第１の構造体１７（図４参照）を含む流路パターンを形成するための露光処理を行う。これにより、露光された第２のネガレジスト６４を得る（図１６（ｅ））。

次に、露光後の第２のネガレジスト６４の上に、第２のネガレジスト６３よりも感度が高く、ドライフイルム化された厚さ５μｍの第３のネガレジスト６５を積層する（図１６（ｆ））。そして、第１の構造体１７（図４参照）を含む流路パターンを形成するための露光処理を行う。これにより、露光された第３のネガレジスト６６を得る（図１６（ｇ））。

更に、露光後の第３のネガレジスト６６の上に、第３のネガレジスト６５よりも感度が高く、ドライフイルム化された厚さ５μｍの第４のネガレジスト６７を積層する（図１６（ｈ））。そして、吐出口１１（図４参照）を形成するための露光処理を行う。これにより、露光された第４のネガレジスト６８を得る（図１６（ｉ））。

最後に、第１～第４の露光後のネガレジスト６２、６４、６６、６８の現像処理を一括して行う。これにより、図１６（ｊ）に示すような第１の実施形態の液流路構造が完成する。

（第２の製造方法）
図１７（ａ）～（ｊ）は、液流路１３の製造工程の別例を説明する図である。ここでも、図４（ａ）～（ｄ）で示した第１の実施形態の液流路１３の製造工程を示している。

まず、φ２００ｍｍのシリコン基板１５を用意し、圧力発生素子１２としての発熱抵抗体や配線（不図示）を形成する。次に、シリコン基板１５に第１の流入口２０、第２の流入口２１、第１の流出口２５及び第２の流出口２６となる貫通口を形成する（図１７（ａ））。

次に、シリコン基板１５の上にドライフイルム化した厚さ５μｍのポジレジスト６０を積層し、露光処理及び現像処理により流路パターンのパターニングを行う（図１７（ｂ））。使用するポジレジストとしては、例えば東京応化製ポジレジストＯＤＵＲ－１０１０Ａが挙げられる。

次に、ポジレジスト６０の上にドライフイルム化した厚さ５μｍの第２のネガレジスト６３を積層し（図１７（ｃ））、露光処理により第１の構造体１７（図４参照）を含む流路パターンのパターニングを行う。これにより、露光された第２のネガレジスト６４を得る（図１７（ｄ））。第２のネガレジストとしては、例えば日本化薬製ＳＵ－８ ３０００が挙げられる。

次に、露光後の第２のネガレジスト６４の上に、第２のネガレジスト６３よりも感度が高く、ドライフイルム化された厚さ５μｍの第３のネガレジスト６５を積層する（図１７（ｅ））。そして、第１の構造体１７（図４参照）を含む流路パターンを形成するための露光処理を行う。これにより、露光された第３のネガレジスト６６を得る（図１７（ｆ））。

更に、露光後の第３のネガレジスト６６の上に、第３のネガレジスト６５よりも感度が高く、ドライフイルム化された厚さ５μｍの第４のネガレジスト６７を積層する（図１７８（ｇ））。そして、吐出口１１（図４参照）を形成するための露光処理を行う。これにより、露光された第４のネガレジスト６８を得る（図１７（ｈ））。

次に、第２～第４の露光後のネガレジスト６２、６４、６６、６８の現像処理を一括して行う。これにより、図１７（ｉ）に示すような構造物を得る。最後に基板面全体に露光光を当て、ポジレジスト層６０を除去することによって、図１７（ｊ）に示すような第１の実施形態の液流路構造が完成する。

以上説明した２つの製造方法において、図１６（ａ）～（ｊ）で示した第１の製造方法では、４層のネガレジスト積層工程の後、４層のネガレジストを一括して現像して液流路構造を完成させている。一方、図１７（ａ）～（ｊ）で示した第２の製造方法では、１層のポジレジスト積層工程と３層のネガレジスト積層工程を行い、３層のネガレジストを一括して現像した後にポジレジスト層６０を除去している。どちらの方法においても、ネガレジスト層の積層と露光を複数回繰り返したのちに、これら複数のネガレジスト層の現像を一括して行っている。このような方法は、製造時間を短縮できるとともに、素子基板１０の平坦性を向上させる上で好ましい。但し、複数のネガレジスト層の現像は、必ずしも一括して行わなくてもよい。各ネガレジスト層の現像は、露光後のネガレジスト層を１層形成するごとに行ってもよい。

なお、ネガレジスト層の感度は、上述したように、未露光の第４のネガレジスト６７が最も高く、次いで未露光の第３のネガレジスト６５、未露光の第２のネガレジスト６３、未露光の第１のネガレジスト６１、の順に低くすることが好ましい。このようにすれば、感度の低いネガレジストから順に露光及び積層していくことで、高感度のレジストが硬化しても低感度のレジストは硬化しない状況を作り、所望のパターニングを行うことができる。このような観点で言えば、ポジレジストを１層入れる第２の製造方法は、ポジレジストを除去するという工程が追加されるものの、各ネガレジストの感度を調整する上で好ましい。

（第１の液体と第２の液体の具体例）
以下、上記実施形態で採用可能な発泡媒体（第１の液体）と吐出媒体（第２の液体、第３の液体）について、具体例を挙げて詳しく説明する。

上記実施形態の発泡媒体（第１の液体３１）としては、電気熱変換体が発熱した際に発泡媒体中に膜沸騰が生じ、生成された気泡が急激に増大すること、即ち熱エネルギを効率的に発泡エネルギに変換可能な高い臨界圧力を有することが求められる。このような媒体としては、特に水が好適である。水は、分子量が１８と小さいにも関わらず高い沸点（１００℃）と高い表面張力（１００℃で５８．８５ｄｙｎｅ／ｃｍ）を有し、約２２ＭＰａと大きな臨界圧力を有する。即ち、膜沸騰時における発泡圧力も非常に大きい。一般に、膜沸騰を利用してインクを吐出する方式のインクジェット記録装置においても、染料や顔料のような色材を水に含有させたインクを好適に用いている。

但し、発泡媒体は水に限定されるものではない。臨界圧力が２ＭＰａ以上であれば（好ましくは５ＭＰａ以上であれば）、発泡媒体としての機能を果すことはできる。水以外の発泡媒体の例としては、例えばメチルアルコールやエチルアルコールが挙げられ、水にこれら液体を混合させたものを発泡媒体として用いることもできる。また、上述のように染料や顔料などの色材や、その他の添加剤などを水に含有させたものも用いることができる。

一方、上記実施形態の吐出媒体（第２の液体３２）については、発泡媒体のように膜沸騰を生じさせるための物性は要求されない。また、電気熱変換体（ヒータ）上にコゲが付着すると、ヒータ表面の平滑性が損なわれたり熱伝導率が低下したりして発泡効率の低下が懸念されるが、吐出媒体はヒータに直に接触しないので、含有する成分が焦げるおそれも少ない。即ち、吐出媒体においては、従来のサーマルヘッドのインクに比べ膜沸騰を生じさせたりコゲを回避したりするための物性条件が緩和され、含有成分の自由度が増し、結果として吐出後の用途に適した成分をより積極的に含有させることが可能となる。

例えば、ヒータ上で焦げ易いことを理由に従来は使用されていなかった顔料を、上記実施形態では吐出媒体に積極的に含有させることができる。また、臨界圧力が非常に小さな水性インク以外の液体も、上記実施形態では吐出媒体として使用することができる。更に、紫外線硬化型インク、導電性インク、ＥＢ（電子線）硬化型インク、磁性インク、ソリッド型インクなど、従来のサーマルヘッドでは対応困難であった特別な機能を有する様々なインクを、吐出媒体として用いることが可能となる。また、吐出媒体として血液や培養液中の細胞などを用いれば、上記実施形態の液体吐出ヘッドを画像形成以外の様々な用途に利用することもできる。バイオチップ作製や電子回路印刷などの用途にも有効である。

特に、第１の液体（発泡媒体）を水又は水に類似した液体、第２の液体と第３の液体（吐出媒体）を水よりも粘度の高い顔料インクとし、第２、第３の液体のみを吐出させる形態は、上記実施形態の有効な用途の１つである。このような場合も、図５（ａ）で示したように、流量比Ｑ_r＝Ｑ₂/Ｑ₁をなるべく小さくして水相厚比ｈ_rを抑えることが有効である。尚、吐出媒体としての液体については制限がないので、第１の液体で挙げたような液体と同じ液体を用いることもできる。例えば上記液体がいずれも水を多く含有したインクであっても、例えば使用の形態といった状況に応じて、一方のインクを第１の液体、他方のインクを第２の液体として用いることができる。

（吐出液滴を混合液とする例）
次に、吐出液滴３０に、第１の液体３１と第２の液体３２、或いは更に第３の液体３３を所定の割合で混合した状態で吐出する場合について説明する。例えば、第１の液体３１と第２の液体３２を異なる色のインクとした場合、双方の液体の粘度及び流量に基づいて算出したレイノルズ数が所定の値より小さい関係を満たしていれば、これらインクは液流路１３及び圧力室１８の中で混色することなく層流となる。即ち、液流路及び圧力室の中における第１の液体３１と第２の液体３２の流量比Ｑ_rを制御することにより、水相厚比ｈ_rひいては吐出液滴３０における第１の液体３１と第２の液体３２の混合比を所望の割合に調整することができる。

例えば、第１の液体をクリアインク、第２の液体をシアンインク（或はマゼンタインク）とすれば、流量比Ｑ_rを制御することにより様々な色材濃度のライトシアンインク（或はライトマゼンタインク）を吐出することができる。また、第１の液体をイエローインク、第２の液体をマゼンタインクとすれば、流量比Ｑ_rを制御することにより、色相が段階的に異なる複数種類のレッドインクを吐出することができる。即ち、第１の液体と第２の液体が所望の割合で混合された液滴を吐出することができれば、その混合比を調整することにより、印刷媒体で表現される色再現範囲を従来よりも拡大することができる。

また、吐出直前まで混合させず吐出直後より混合させることが好ましい２種類の液体を用いる場合にも、本実施形態の構成は有効である。例えば、画像印刷においては、発色性に優れた高濃度顔料インクと、耐擦過性のような堅牢性に優れた樹脂ＥＭ（樹脂エマルジョン）を印刷媒体に同時に付与することが好ましい場合がある。しかしながら、顔料インクに含まれる顔料成分と樹脂ＥＭに含まれる固形分は粒子間距離が近接すると凝集しやすく分散性が損なわれる傾向がある。よって、第１の液体を高濃度樹脂ＥＭ（エマルジョン）とし、第２の液体を高濃度顔料インクとしながら、これら液体の流速を制御することによって平行流を形成すれば、２つの液体は吐出後の印刷媒体上で混合し凝集する。即ち、高い分散性の下で好適な吐出状態を維持しながら、着弾後においては高い発色性と高い堅牢性を有する画像を得ることが可能となる。

なお、このような吐出後の混合を目的とする場合には、圧力発生素子の形態によらず、圧力室内において２つの液体を流動させることの有効性が発揮されることになる。即ち、例えば圧力発生素子としてピエゾ素子を用いる構成であっても、上記実施形態は有効に機能する。

１ 液体吐出ヘッド
１１ 吐出口
１２ 圧力発生素子
１３ 液流路
２０ 第１の流入口
２１ 第２の流入口
３１ 第１の液体
３２ 第２の液体

Claims (21)

1. 基板と流路形成部材とを積層することによって形成され、第１の液体と第２の液体を所定の方向に流動させるための液流路と、
   前記第１の液体を前記液流路に流入させるための第１の流入口と、
   前記第２の液体を前記液流路に流入させるための第２の流入口と、
   前記基板に配され前記第１の液体を加圧するための圧力発生素子と、
   前記流路形成部材に形成され、前記圧力発生素子によって加圧された前記第１の液体より受けた圧力によって前記第２の液体を前記所定の方向と交差する方向に吐出させるための吐出口と、
   を備える液体吐出ヘッドにおいて、
   前記第２の流入口から、前記第２の液体が前記吐出口より吐出が可能な位置まで前記第２の液体が流動する長さは、前記第１の流入口から、前記圧力発生素子が前記第１の液体を加圧可能な位置まで前記第１の液体が流動する長さよりも短く、且つ、
   前記第２の流入口は、前記所定の方向において前記第１の流入口と前記吐出口の間の位置に設けられていることを特徴とする液体吐出ヘッド。
2. 前記液流路には、前記第１の液体と前記第２の液体とを互いに接触させない状態で流動させた後、前記第１の液体と前記第２の液体とを互いに接触させて、前記所定の方向に流動させるための構造体が設けられている請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
3. 前記構造体は、互いに交差する方向から流入された前記第１の液体と前記第２の液体とを、接触させない状態で異なる方向に流動させた後、互いに接触させて前記所定の方向に平行流として流動させる請求項２に記載の液体吐出ヘッド。
4. 前記構造体は、前記第１の液体が前記第２の液体の流動経路を迂回するように流動させた後、前記第１の液体と前記第２の液体とを互いに接触させて、前記所定の方向に平行流として流動させる請求項２に記載の液体吐出ヘッド。
5. 前記第１の液体と前記第２の液体の界面は、前記基板と平行な面である請求項１から４のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
6. 前記第１の液体と前記第２の液体の界面は、前記構造体よって、前記基板と垂直な面から平行な面に変更される請求項２から４のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
7. 前記第１の液体を前記液流路より流出させるための第１の流出口と、
   前記第２の液体を前記液流路より流出させるための第２の流出口と、
   を更に備え、
   前記第２の流出口は、前記所定の方向において前記吐出口と前記第１の流出口の間の位置に設けられている請求項１から６のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
8. 前記第２の流入口及び前記第２の流出口は、前記液流路に対し２つずつ設けられている請求項７に記載の液体吐出ヘッド。
9. 前記流路形成部材には、複数の前記第１の流入口と複数の前記液流路が接続する第１の共通液室が形成されている請求項１から６のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
10. 前記流路形成部材には、複数の前記第２の流入口と複数の前記液流路が接続する第２の共通液室が形成されている請求項９に記載の液体吐出ヘッド。
11. 前記第１の液体を前記液流路より流出させるための第１の流出口と、
    前記第２の液体を前記液流路より流出させるための第２の流出口と、
    を更に備え、
    前記所定の方向において、前記第２の流出口は前記吐出口と前記第１の流出口との間に設けられ、
    前記第１の液体と前記第２の液体の界面は、前記基板と垂直な面である請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
12. 前記第２の流入口は、前記第１の液体の前記所定の方向への流れに対して交差する方向より前記第２の液体を前記液流路に流入させ、前記第２の流出口は、前記第１の液体の前記所定の方向への流れに対して交差する方向へ前記第２の液体を前記液流路から流出させる請求項１１に記載の液体吐出ヘッド。
13. 前記第１の流入口、前記第２の流入口、前記吐出口、前記第２の流出口、前記第１の流出口は、前記所定の方向に延在する同一線上にこの順で設けられ、前記液流路は、前記第１の流入口、前記第２の流入口、前記第１の流出口及び前記第２の流出口よりも大きい幅を有し、
    前記第２の液体は、前記第２の流入口から前記第２の流出口へ前記同一線上に沿って前記所定の方向に流動し、前記第１の液体は前記第２の液体の流動経路の両側を前記所定の方向に流動する請求項１１に記載の液体吐出ヘッド。
14. 前記第２の液体は前記第１の液体よりも粘度が高い請求項１から１３のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
15. 前記液流路において、前記第２の液体は前記第１の液体よりも流量が大きい請求項１から１４のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
16. 前記圧力発生素子は、電圧が印加されることによって発熱して前記第１の液体に膜沸騰を生じさせる請求項１から１５のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
17. 基板と流路形成部材とを積層することによって形成され、第１の液体と第２の液体を所定の方向に流動させるための液流路と、
    前記第１の液体を前記液流路に流入させるための第１の流入口と、
    前記第２の液体を前記液流路に流入させるための第２の流入口と、
    前記基板に配され前記第１の液体を加圧するための圧力発生素子と、
    前記流路形成部材に形成され、前記圧力発生素子によって加圧された前記第１の液体より受けた圧力によって前記第２の液体を前記所定の方向と交差する方向に吐出させるための吐出口と、
    を有する液体吐出ヘッドと、
    前記液流路における前記第１の液体と前記第２の液体の流動を制御するための流動制御手段と、
    前記圧力発生素子を駆動する駆動手段と、
    を備える液体吐出装置であって、
    前記第２の流入口から、前記第２の液体が前記吐出口より吐出が可能な位置まで前記第２の液体が流動する長さは、前記第１の流入口から、前記圧力発生素子が前記第１の液体を加圧可能な位置まで前記第１の液体が流動する長さよりも短く、且つ、
    前記第２の流入口は、前記所定の方向において前記第１の流入口と前記吐出口の間の位置に設けられていることを特徴とする液体吐出装置。
18. 基板と流路形成部材とを積層することによって形成され、第１の液体と第２の液体を所定の方向に流動させるための液流路と、
    前記第１の液体を前記液流路に流入させるための第１の流入口と、
    前記第２の液体を前記液流路に流入させるための第２の流入口と、
    前記基板に配され前記第１の液体を加圧するための圧力発生素子と、
    前記流路形成部材に形成され、前記圧力発生素子によって加圧された前記第１の液体より受けた圧力によって前記第２の液体を前記所定の方向と交差する方向に吐出させるための吐出口と、
    を備え、複数配列されることによって液体吐出ヘッドを構成するための液体吐出モジュールであって、
    前記第２の流入口から、前記第２の液体が前記吐出口より吐出が可能な位置まで前記第２の液体が流動する長さは、前記第１の流入口から、前記圧力発生素子が前記第１の液体を加圧可能な位置まで前記第１の液体が流動する長さよりも短く、且つ、
    前記第２の流入口は、前記所定の方向において前記第１の流入口と前記吐出口の間の位置に設けられていることを特徴とする液体吐出モジュール。
19. 第１の液体と第２の液体とを所定の方向に流動させ、前記第２の液体を前記所定の方向と交差する方向に吐出口より吐出させるための液流路を有する液体吐出ヘッドの製造方法であって、
    基板にネガレジストを積層し露光することによって前記液流路の一部をパターニングする工程を複数回繰り返すネガレジスト積層工程と、
    前記積層され露光された複数のネガレジストを現像する工程と
    を有し、
    前記ネガレジスト積層工程は、前記第２の液体を前記液流路に流入させるための第２の流入口から前記吐出口より前記第２の液体の吐出が可能な位置まで、前記第２の液体を流動させる長さが、前記第１の液体を前記液流路に流入させるための第１の流入口から前記第２の液体の吐出が可能な位置まで、前記第１の液体を流動させる長さよりも短く、且つ、
    前記第２の流入口が、前記所定の方向において前記第１の流入口と前記吐出口の間の位置に設けられるように、前記液流路をパターニングすることを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
20. 第１の液体と第２の液体とを所定の方向に流動させ、前記第２の液体を前記所定の方向と交差する方向に吐出口より吐出させるための液流路を有する液体吐出ヘッドの製造方法であって、
    基板にポジレジストを積層し露光及び現像処理を行って前記液流路の一部をパターニングするポジレジスト積層工程と、
    前記ポジレジストの上にネガレジストを積層し露光することによって前記液流路の一部をパターニングする工程を複数回繰り返すネガレジスト積層工程と、
    前記積層され露光された複数のネガレジストを現像する工程と
    を有し、
    前記ポジレジスト積層工程及び前記ネガレジスト積層工程は、前記第２の液体を前記液流路に流入させるための第２の流入口から前記吐出口より前記第２の液体の吐出が可能な位置まで、前記第２の液体を流動させる長さが、前記第１の液体を前記液流路に流入させるための第１の流入口から前記第２の液体の吐出が可能な位置まで、前記第１の液体を流動させる長さよりも短く、且つ、
    前記第２の流入口が、前記所定の方向において前記第１の流入口と前記吐出口の間の位置に設けられるように、前記液流路をパターニングすることを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
21. 前記ネガレジスト積層工程では、感度の低いネガレジストの順に積層する請求項１９又は２０に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。

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