JPH0952364A - 液体吐出ヘッド、液体吐出ヘッドを用いたヘッドカートリッジ、液体吐出装置、液体吐出方法および記録方法 - Google Patents

液体吐出ヘッド、液体吐出ヘッドを用いたヘッドカートリッジ、液体吐出装置、液体吐出方法および記録方法

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JPH0952364A
JPH0952364A JP8089825A JP8982596A JPH0952364A JP H0952364 A JPH0952364 A JP H0952364A JP 8089825 A JP8089825 A JP 8089825A JP 8982596 A JP8982596 A JP 8982596A JP H0952364 A JPH0952364 A JP H0952364A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 吐出液体の乱れを解決できるヘッドおよびこ
のヘッドを用いた階調記録方法、スムージング方法ある
いは、予備吐出（ヘッド内状況を改善するために記録信
号とは別な信号により行われる吐出）方法を提供する。 【解決手段】 異なる条件の液体を吐出可能な液体吐出
ヘッドの構成を、液体を吐出する吐出口と、該吐出口に
液体を供給すると共に、液体を吐出するために用いられ
かつ異なる大きさの気泡を選択的に形成可能な気泡形成
用電気熱変換手段を備えた液流路と、該気泡形成用電気
熱変換手段によって該液流路内に形成される気泡発生領
域に面して配され、該吐出口に向かう方向に関して下流
側に自由端を、上流側に支点部を備えた可動部材を、少
なくとも１つ有する可動機構とを有し、さらに該可動部
材は、上記気泡形成用電気熱変換手段により形成される
気泡に応じて、該気泡発生領域から遠ざかる方向に変位
可能となるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、熱エネルギーを液
体に作用させることで起こる気泡の発生によって、所望
の液体を吐出する液体吐出ヘッド、液体吐出ヘッドを用
いたヘッドカートリッジ、液体吐出装置、液体吐出方法
および記録方法に関する。さらにこれらの液体吐出ヘッ
ドを有するインクジェットヘッドキットに関する。
【０００２】特に本発明は、気泡の発生を利用して変位
する可動部材を有する液体吐出ヘッド、液体吐出ヘッド
を用いたヘッドカートリッジ、液体吐出装置に関する。
もしくは、気泡の発生を利用して可動部材を変位させて
液体を吐出する液体吐出方法を記録方法に関する。
【０００３】また本発明は紙、糸、繊維、布帛、皮革、
金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックス等の
被記録媒体に対し記録を行う、プリンタ、複写機、通信
システムを有するファクシミリ、プリンタ部を有するワ
ードプロセッサ等の装置、さらには各種処理装置と複合
的に組み合わせた産業用記録装置に適用できる発明であ
る。
【０００４】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。
【０００５】
【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知られている。この
バブルジェット記録方法を用いる記録装置には、米国特
許第４，７２３，１２９号等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。
【０００６】こ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。
【０００７】このようにバブルジェット技術が多方面に
利用されるに従って、次のような様々な要求が近年さら
に高まっている。
【０００８】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。
【０００９】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。
【００１０】この流路形状の内、流路構造として図３１
（ａ），（ｂ）に示すものが、特開昭６３−１９９９７
２号公報等に記載されている。これらの公報に記載され
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、すなわち液室４１２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。
【００１１】図３１（ａ），（ｂ）に示す発明は、素子
基板４００上の発熱素子４０２が形成する気泡の発生領
域よりも離れ、かつ発熱素子４０２に関して吐出口１１
とは反対側に位置する弁４１０を開示する。
【００１２】図３１（ｂ）においては、この弁４１０
は、板材等を利用する製造方法によって、流路４０３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４０３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４１０
によって抑制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。
【００１３】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４０３内部に、気泡が発生した
際を検討するとわかるように、弁４１０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。
【００１４】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
４０３内に発生した時点では、図３１（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４
０３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。
【００１５】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
分に気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。
【００１６】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、発泡液の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６１−６９４６
７号公報、特開昭５５−８１１７２号、米国特許第４，
４８０，２５９号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。
【００１７】しかしながら、こ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。
【００１８】また、可撓性膜の変形量があまり大きくな
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、かえって吐出効率や吐出力が
低下してしまう虞があった。
【００１９】一方、階調記録方法として、一つの液流路
内に独立駆動可能な複数の発熱体を配して、それらを所
望のタイミングで駆動することによって、吐出されるイ
ンク滴の大きさを変化させる例が特公昭６２−４８５８
５号公報に記載されている。
【００２０】この公報において、一つの液路内に２つの
発熱体を配しそれぞれを独立に駆動した場合、タイミン
グが一致した場合で生ずる気泡体積が最大となり、タイ
ミングをずらすほど気泡の最大体積は減少し、これによ
る吐出液滴の変化で階調性を得ると開示されている。
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】本発明者達は、従来の
階調記録技術における現状を解析するに当り、相対的に
大・小のドットが形成している画像に注目した。理論上
では、与えられた位置に所望のドット形状が形成されて
いるはずのものが、現実的には微小ではあるが視覚で確
認できる程の「ずれ」や５０倍程度の拡大で見られる
「ドット乱れ」という状態を含んでいる。
【００２２】本発明者たちは、相対的に大小のドットに
よって形成されるスムージング技術についても同様の確
認を行ったところ、「ずれ」や「ドットの乱れ」が確認
できた。
【００２３】本発明者達は、従来の大小ドット形成技術
の根本的な不安定要素を解析し２段階的な課題を見出し
た。
【００２４】第１の解決すべき課題は、相対的に異なる
大きさの気泡を形成する電気熱変換手段（例えば、複数
ヒータ）による気泡の形成を行う際に、発泡領域の環境
条件が変動したりすることで気泡形成が乱れたり、それ
に伴う吐出液体（液滴）の体積が変化することである。
【００２５】第２の解決すべき課題は、第１の課題に加
えて画像を形成するための吐出液体（液滴）の吐出状
態、特に吐出速度が上記第１の課題の原因等により、変
動することで、着弾精度が低下してしまい画質の品位が
それほど向上できないことである。この第２の課題は、
第１の課題以上に従来知られている大小、大中小ドット
を用いた階調記録やスムージング技術にとって根本的な
問題となる。
【００２６】本発明の主たる目的は、液体吐出の乱れや
吐出体積の乱れを解決できるヘッドおよびこのヘッドを
用いた階調記録方法、スムージング方法あるいは、予備
吐出（ヘッド内状況を改善するために記録信号とは別な
信号により行われる吐出）方法を提供するものである。
【００２７】本発明の他の目的は、上記第１の課題を解
決することにあり、異なる大きさの気泡を選択的に形成
可能な気泡形成用電気熱変換手段に対して、吐出口に向
かう方向に関して下流側に自由端、上流側に支点部を備
えた可動部材を気泡発生領域に面して配したという特徴
構成によって、発泡領域の環境条件が多少変動したとし
ても気泡の成長と可動部材の変位とのバランス関係によ
って、吐出液滴の体積が所望値に安定できるヘッドおよ
びこれを用いた各方法、各装置を提供するものである。
【００２８】本発明の別の目的は、上記第２の課題を解
決することにある。ここで第２の課題を解決するにあた
っては、気泡形成用電気熱変換手段による異なる大きさ
の気泡形成に対して上記可動部材自体の作用についてよ
り好ましい条件を見い出したのである。すなわち、可動
部材自体がさらに気泡自体の成長を変化させることで、
吐出液の体積をより安定でき、しかも吐出液の吐出速度
が高速で安定したものにできるという点である。
【００２９】従って、本発明のこの別の目的は、異なる
大きさの気泡自体の安定化を達成した上で、吐出効率、
吐出速度の向上により、所望の体積の液体を所望の位置
に精度よく与えることができるヘッドおよびこれを用い
た各方法、各装置を提供することである。
【００３０】本発明の残りの目的は、本発明実施例中の
中に付記してある事項が理解できよう。
【００３１】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明にもとづく液体吐出ヘッドは、異なる条件で
液体を吐出可能な液体吐出ヘッドにおいて、液体を吐出
する吐出口と、該吐出口に液体を供給すると共に、液体
を吐出するために用いられかつ異なる大きさの気泡を選
択的に形成可能な気泡形成用発熱手段を備えた液流路
と、該気泡形成用発熱手段によって該液流路内に形成さ
れる気泡発生領域に面して配され、該吐出口に向かう方
向に関して下流側に自由端を、上流側に支点部を備えた
可動部材を、少なくとも１つ有する可動機構とを有し、
さらに該可動部材は、上記気泡形成用発熱手段により形
成される気泡に応じて、該気泡発生領域から遠ざかる方
向に変位可能であることを特徴とする。
【００３２】好ましくは、上記気泡形成用発熱手段は、
少なくとも１つが個別駆動可能である、複数の発熱体を
有している。
【００３３】好ましくは、前記複数の発熱体は、吐出口
に向かう方向に対し上流から下流に向かって配列されて
いるか、もしくは前記吐出口から実質的に同距離に並ん
で配置されている。
【００３４】好ましくは、前記並んで配置された発熱体
の間には、側方への圧力の逃げを抑制するための仕切壁
が配されている。
【００３５】また、好ましくは、前記可動機構は上記可
動部材を複数有し、これら複数の可動部材は前記吐出口
から実質的に同距離に並んで配置されている。
【００３６】好ましくは、前記複数の発熱体は、それぞ
れ面積が異なっているか、もしくはそれぞれ面積が実質
的に同じである。
【００３７】好ましくは、前記可動部材は、前記発生し
た気泡の中心より下流に自由端が位置する。
【００３８】好ましくは、前記液流路は、前記発熱体に
沿った該発熱体より上流から前記発熱体上に液体を供給
するための供給路を有する。
【００３９】好ましくは、前記供給路は、前記発熱体よ
り上流側に実質的に平坦、もしくはなだらかな内壁を有
し、該内壁に沿って液体を前記発熱体上に供給する供給
路である。
【００４０】好ましくは、前記可動部材の前記発熱体に
近い面に沿った上流から前記発熱体上に液体を供給する
ための液流路を有する。
【００４１】好ましくは、上記液流路は、吐出口に連通
した第１の液流路と、液体に熱を加えることで該液体に
気泡を発生される発熱体を配した第２の液流路とを有
し、前記第１の液流路と第２液流路との間に前記可動部
材が配されている。
【００４２】好ましくは、前記可動部材は板状である。
【００４３】好ましくは、前記可動部材は前記第１流路
と第２流路との間に配された分離壁の一部として構成さ
れており、さらに好ましくは、前記分離壁は、金属、樹
脂、もしくはセラミックスで構成されている。
【００４４】好ましくは、前記第１の液流路の複数に第
１の液体を供給するための第１の共通液室と、前記第２
の液流路の複数に第２の液体を供給するための第２の共
通液室とが配されているか、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が同じ
液体であるか、もしくは異なる液体である。
【００４５】好ましくは、前記発熱体は電気信号を受け
ることで熱を発生する発熱抵抗体を有する電気熱変換体
であり、さらに好ましくは、前記素子基板上には前記電
気熱変換体に電気信号を伝えるための配線と、前記電気
熱変換体に選択的に電気信号を与えるための機能素子が
配されている。
【００４６】好ましくは、前記発熱体が配された部分の
前記第２液流路の形状は、室形状である。
【００４７】好ましくは、前記第２流路の形状は、発熱
体の上流で狭窄部を有する形状である。
【００４８】好ましくは、前記発熱体の表面から前記可
動部材までの距離が３０μｍ以下である。
【００４９】好ましくは、前記吐出口から吐出される液
体はインクである。
【００５０】次に、本発明にもとづく液体吐出方法は、
気泡の発生によって液体を吐出する液体吐出方法におい
て、液体を吐出する吐出口と、発熱体を有する液流路と
液体に対して気泡を発生させるための発熱体と、前記発
熱体に面して配され、第１の位置と該第１の位置よりも
前記発熱体から遠い第２の位置との間を変位可能で自由
端を備えた可動部材とを有する液体吐出ヘッドを用い、
前記気泡の発生に基づく圧力によって、前記可動部材を
変位されることによって、前記気泡を吐出口に向かう方
向の上流よりも下流に大きく膨張させると共に、前記可
動部材の変位状態を変化させることで前記液体の吐出量
を変化させることを特徴とする。
【００５１】好ましくは、前記可動部材の変位状態は、
一つの可動部材に対して、駆動される発熱体の数によっ
て変化する。
【００５２】また、本発明にもとづく液体吐出方法は、
気泡の発生によって液体を吐出する液体吐出方法におい
て、液体を吐出する吐出口と、液体に対して気泡を発生
させるための発熱体と、前記発熱体に面して配され、第
１の位置と該第１の位置よりも前記発熱体から遠い第２
の位置との間を変位可能で自由端を備えた可動部材との
対を前記吐出口に対して複数有する液体吐出ヘッドを用
い、前記気泡の発生に基づく圧力によって、前記可動部
材を変位させることによって、前記気泡を吐出口に向か
う方向の上流よりも下流に大きく膨張させると共に、前
記可動部材の動作個数を変化させることで前記液体の吐
出量を変化させることを特徴とする。
【００５３】好ましくは、上記液体吐出方法において、
前記気泡は、発熱体が発生した熱が液体に伝えること
で、液体に膜沸騰現象を生じさせ、該膜沸騰現象によっ
て発生した気泡である。
【００５４】好ましくは、前記発熱体上には、発熱体よ
り上流側の実質的に平坦、もしくはなだらかな内壁に沿
って液体が供給されている。
【００５５】さらに、本発明にもとづく予備吐出方法
は、液体吐出ヘッドの予備吐出方法において、液体を吐
出する吐出口と、該吐出口に液体を供給すると共に、液
体を吐出するために用いられかつ異なる大きさの気泡を
選択的に形成可能な気泡形成用発熱手段を備えた液流路
と、該気泡形成用発熱手段によって該液流路内に形成さ
れる気泡発生領域に面して配され、該吐出口に向かう方
向に関して下流側に自由端を、上流側に支点部を備えた
可動部材を、少なくとも１つ有する可動機構とを備えた
液体吐出ヘッドを用いて、上記気泡形成用発熱手段が形
成できる上記気泡のうち最大気泡を形成することで、上
記可動部材を上記気泡発生領域から遠ざかる方向に変位
させかつ該最大気泡を上記可動部材が上記吐出口に案内
して、上記吐出口から予備吐出を行うことを特徴とす
る。
【００５６】本発明にもとづく記録方法は、液体を吐出
する液体吐出ヘッドを用いて階調記録を行う記録方法に
おいて、液体を吐出する吐出口と、該吐出口に液体を供
給すると共に、液体を吐出するために用いられかつ異な
る大きさの気泡を選択的に形成可能な気泡形成用発熱手
段を備えた液流路と、該気泡形成用発熱手段によって該
液流路内に形成される気泡発生領域に面して配され、該
吐出口に向かう方向に関して下流側に自由端を、上流側
に支点部を備えた可動部材を、少なくとも１つ有する可
動機構とを備えた液体吐出ヘッドを用いて、上記異なる
大きさの気泡それぞれに応じて、上記可動部材を該気泡
発生領域から遠ざかる方向に変位させかつ該気泡を上記
可動部材が上記吐出口に案内することで該気泡の大きさ
に応じた異なる大きさの液体を形成し、階調記録を行う
ことを特徴とする。
【００５７】また、本発明にもとづく記録方法は、異な
る大きさの液体を吐出可能な液体吐出ヘッドを用いてス
ムージングを行う記録方法において、液体を吐出する吐
出口と、該吐出口に液体を供給すると共に、液体を吐出
するために用いられかつ異なる大きさの気泡を選択的に
形成可能な気泡形成用発熱手段を備えた液流路と、該気
泡形成用発熱手段によって該液流路内に形成される気泡
発生領域に面して配され、該吐出口に向かう方向に関し
て下流側に自由端を、上流側に支点部を備えた可動部材
を、少なくとも１つ有する可動機構とを備えた液体吐出
ヘッドを用いて、上記異なる大きさの気泡それぞれに応
じて、上記可動部材を該気泡発生領域から遠ざかる方向
に変位させかつ該気泡を上記可動部材が上記吐出口に案
内することで、該気泡の大きさに応じた異なる大きさの
液体を画像部を非画像部との境界に与えることでスムー
ジングを行うことを特徴とする。
【００５８】さらに、本発明にもとづくインクジェット
記録方法は、異なる条件の液体を吐出可能な液体吐出ヘ
ッドを用いるインクジェット記録装置において、液体を
吐出する吐出口と、該吐出口に液体を供給すると共に、
液体を吐出するために用いられかつ異なる大きさの気泡
を選択的に形成可能な気泡形成用発熱手段を備えた液流
路と、該気泡形成用発熱手段によって該液流路内に形成
される気泡発生領域に面して配され、該吐出口に向かう
方向に関して下流側に自由端を、上流側に支点部を備え
た可動部材を、少なくとも１つ有する可動機構とを有
し、さらに該可動部材は、上記気泡形成用発熱手段によ
り形成される気泡に応じて、該気泡発生領域から遠ざか
る方向に変位可能であることを備えた液体吐出ヘッドを
載置する載置部と、該液体吐出ヘッドの気泡形成用発熱
手段に吐出すべき液体に対応した記録信号に応じた電気
信号を与える駆動条件選択手段とが設けられたことを特
徴とする。
【００５９】本発明にもとづく液体吐出ヘッドは、異な
る条件の液体を吐出可能な液体吐出ヘッドにおいて、液
体を吐出する吐出口と、該吐出口に液体を供給する第１
液流路と、液体を吐出するために用いられかつ異なる大
きさの気泡を選択的に形成可能な気泡形成用発熱手段を
備えた第２液流路とを含む液流路と、該気泡形成用発熱
手段によって該第２液流路内に形成される気泡発生領域
に面して配され、該吐出口に向かう方向に関して下流側
に自由端を、上流側に支点部を備えた可動部材を、少な
くとも１つ有する可動機構とを有し、さらに該可動部材
は、該気泡の発生によって、上記気泡発熱領域を上記第
１流路に対して実質的に密閉状態の自由端を移動せしめ
て前記気泡発生領域を吐出口に対して開放する方向に変
位可能であることを特徴とする。
【００６０】本発明にもとづくヘッドカートリッジは、
上記液体吐出ヘッドと、該液体吐出ヘッドに供給される
液体を保持する液体容器とを有することを特徴とする。
【００６１】好ましくは、前記液体吐出ヘッドと、前記
液体容器とは分離可能である。
【００６２】好ましくは、前記液体容器には、液体が再
充填されている。
【００６３】本発明にもとづく液体吐出装置は、上記液
体吐出ヘッドと、該液体吐出ヘッドから液体を吐出させ
るための駆動信号を供給する駆動信号供給手段を有する
ことを特徴とする。
【００６４】本発明にもとづく記録システムは、上記液
体吐出装置と、記録後の被記録媒体に対して、前記液体
の定着を促す後処理装置とを有することを特徴とする。
【００６５】好ましくは、上記液体吐出装置と、記録前
の被記録媒体に対して、前記液体の定着を増すための前
処理装置とを有する。
【００６６】上述したような、液流路に対し発熱体およ
び可動部材を複数有した本発明の吐出方法および液体吐
出ヘッド等によると、極めて安定性や吐出方向精度の高
い階調画像を実現し、非常に高画質な画像を得ることが
できた。
【００６７】また、吐出量変調による階調性を実現しつ
つリフィル特性等の吐出特性を高い水準で維持すること
ができた。
【００６８】さらに、上記効果を応用して曲線や斜線等
の画像をスムーズな線を実現し文字やグラフィックス等
の画像品位を向上させることができた。
【００６９】同様に、上記効果を応用し、吐出信頼性向
上のための印字開始直前の予備吐出を極めて少ない液体
吐出数で短時間で行うことができる。
【００７０】発明のその他の効果については、各実施例
の記載から理解されよう。
【００７１】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（または可動
部材）を経て、吐出口へ向かう液体の流れ方向に関し
て、またはこの構成上の方向に関しての表現として表さ
れている。
【００７２】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、
または、発熱体の面積中心より下流側の領域で発生する
気泡を意味する。
【００７３】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。
【００７４】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。
【００７５】
【発明の実施の形態】
＜原理説明＞以下、図面を参照して本発明に関する基本
的な動作原理を説明する。
【００７６】図１は液体吐出ヘッドを液流路方向で切断
した断面模式図を示しており、図２はこの液体吐出ヘッ
ドの部分破断斜視図を示している。
【００７７】図１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発生素子として、液体に熱エネルギ
を作用させる発熱体２（図１においては４０μｍ×１０
５μｍ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。
【００７８】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）３４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。
【００７９】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１
２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。
【００８０】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）もしくは
図２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。
【００８１】ここで、本発明に適用される基本的な吐出
原理の一つを説明する。本発明において最も重要な原理
の一つは、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。
【００８２】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３と本発明の図４とを比較し
てさらに詳しく説明する。なお、ここでは吐出口方向へ
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。
【００８３】図３で示されるような従来のヘッドにおい
ては、発生した気泡４０による圧力の伝搬方向を規制す
る構成はない。このため気泡４０の圧力伝搬方向はＶ１
〜Ｖ８のように気泡表面の垂直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〜Ｖ
４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。
【００８４】これに対して、図４で示される本発明の場
合には、可動部材３１が図３の場合のように様々な方向
を向いていた気泡の圧力伝搬方向Ｖ１〜Ｖ４を下流側
（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の圧力が直接的効率よく
吐出に寄与することになる。
【００８５】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。
【００８６】次に、図１に戻って、上述した液体吐出ヘ
ッドの吐出動作について詳しく説明する。
【００８７】図１（ａ）は、発熱体２に電気エネルギ等
のエネルギ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。
【００８８】図１（ｂ）は、発熱体２に電気エネルギ等
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、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。
【００８９】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３
２を下流側（吐出口側）に配置し、支点３３を上流側
（共通液室）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。
【００９０】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４
０の成長に応じて可動部材３１が徐々に変位してゆくこ
とで気泡４０の圧力伝搬方向や体積移動のしやすい方
向、すなわち自由端側への気泡の成長方向を吐出口に均
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。
【００９１】図１（ｄ）は気泡４０が、前述した膜沸騰
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。
【００９２】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）、すなわち共通液室側か
ら流れのＶＤ１、ＶＤ２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。
【００９３】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、以下に本発明に適
用可能な液体吐出ヘッドにおける液体のリフィルについ
て説明する。
【００９４】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
口側と第２液流路１６の共通液室１３側から流れ込む。
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）。
【００９５】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おお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Ｍ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。
【００９６】これに対して本構成は可動部材３１を設け
たため、気泡の体積Ｗを可動部材の第１１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
退はとまり、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。
【００９７】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。
【００９８】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、本構成メニ
スカスの振動が大きくなってしまい画像品位の劣化につ
ながっていたが、本実施例の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。
【００９９】このように本発明に適用される上述した構
成は、第２液流路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。
【０１００】本発明の上述した構成においては、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。本構成においては、まず可動部
材３１によって上流側へのこれらの作用を抑えることで
もリフィル性の向上をさらに図っている。
【０１０１】次に、さらなる特徴的な構造と効果につい
て、以下に説明する。
【０１０２】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、ＶＤ２のように行われる。
このため、発熱体２の表面上に液体が淀むことが抑制さ
れ、液体中に溶存していた気体の析出や、消泡できずに
残った、いわゆる残留気泡が除去され易く、また、液体
への蓄熱が高くなりすぎることもない。従って、より安
定した気泡の発生を高速に繰り返し行うことができる。
なお、本構成では、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。
【０１０３】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ＶＤ１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に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の位置への復帰すること
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ＶＤ１から気泡発生領域１１に向かっての液体の
流れが妨げられる。しかし、本構成のヘッド構造におい
ては、気泡発生領域に液体を供給するための流れＶＤ１
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。
【０１０４】ところで、可動部材３１の自由端３２と支
点の位置は、例えば図５で示されるように、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でき高速にリフィルできると
いう効果を達成している。これは図５に示すように、吐
出によって後退したメニスカスＭが毛管力により吐出口
１８へ復帰する際や、消泡に対しての液供給が行われる
場合に、液流路１０（第１液流路１４、第２液流路１６
を含む）内を流れる流れＳ１、Ｓ２，Ｓ３に対し、逆ら
わないように自由端と支点３３とを配置しているためで
ある。
【０１０５】補足すれば、本構成においては、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、この圧力および気泡を吐出
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。
【０１０６】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。
【０１０７】また、本構成においては、可動部材３１の
自由端が瞬間的に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と考えられる。
【０１０８】
【実施例】図６は、本発明による第１の実施例の液体吐
出ヘッドの液流路の断面図であり、図７（ａ）は、図６
のＡ−Ｂ線に沿う断面構成をＡ方向から見た断面図であ
り、図７（ｂ）は図６のＣ−Ｄ線に沿う断面構成をＢ方
向から見た断面図である。
【０１０９】図６ないし図７に示すように、本発明の液
体吐出ヘッドは、液体に気泡を発生させるための熱エネ
ルギーを与える個別に少なくとも１つは独立駆動可能な
電気熱変換素子（以下、発熱体と称する）２−１，２−
２が吐出口配列方向に複数（本実施例では２つ）と、発
熱体に電気信号を印加するための配線電極５−１，５−
２，５−３が形成されている素子基板１上に、第２の液
流路（発泡液流路）１６が配置され、その上に吐出口１
８に直接連通した第１の液流路（吐出液流路）１４が配
置されている。なお、１つの吐出口に対応した複数の発
熱体で発熱部を構成している。以降の実施例も同様であ
る。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液流路に発泡液を供給
するための第２共通液室１７に連通している。そして、
第１と第２の流路の間に、金属等の弾性を有する材料で
構成され可動部材３１が形成された分離壁３０が配置さ
れ、第１の液流路１４内の吐出液と第２の液流路１６内
の発泡液とを区分している。なお、発泡液と吐出液とが
できる限り混ざり合わない方がよい液体の場合には、こ
の分離壁によってできる限り完全に第１液流路１４と第
２液流路１６の液体の流通を分離した方が良いが、発泡
液と吐出液とが同じ液体もしくはある程度混ざり合って
も、問題がない場合には、分離壁に液体の完全分離機能
を持たせなくてもよい。図中、５０は前記第１の液流路
１４を構成する壁とインク吐出口１８が一体で成型され
ている溝つき部材である。この溝つき部材５０と前記素
子基板１と分離壁３０とにより、液体吐出ヘッドが構成
されている。
【０１１０】発熱体２−１，２−２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６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（吐出口へ向かう液
体の流れの下流側）が自由端で、共通液室（１５、１
７）側（吐出口へ向かう液体の流れの上流側）に支点３
３が位置する片持梁状の可動部材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液流路側に
向けて開口するように動作する（図中矢印方向）。
【０１１１】また、先にその際、発熱体２−１，２−２
の駆動条件を変化させることでそれにより発生する気泡
の状態と可動部材の変位量を変化させ液体の吐出量を変
えることも可能である。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、本実施例においても第２
液流路１６と発熱体２との構造の関係を同じくしてい
る。なお、本実施例においては発熱体より下流方向の第
２液流路１６が行き止まりの構造になっている。
【０１１２】次に、このヘッドの動作を図８ないし図１
０を用いて説明する。本実施例のヘッドの動作の特徴の
一つに、階調制御が可能な点にある。
【０１１３】この説明においては、本発明の理解を容易
とするために、第１の液流路１４に供給される吐出液と
第２の液流路１６に供給される発泡液とに同じ水系のイ
ンクを用いて動作させた。
【０１１４】図８は、発熱体２−１，２−２ともＯＦＦ
を示す。この場合、分離壁３０に形成されている可動部
材３１の変形はなく、吐出量はゼロである。
【０１１５】図９は、発熱体２−１，２−２のうち、発
熱体２−１に、電圧２４Ｖ、パルス幅５μｓｅｃの条件
の駆動信号（パルス）を与えＯＮしている状態を示して
いる。第２の液流路１６に満たされている発泡液に、発
熱体２−１の発熱が作用することによって、特公昭６１
−５９９１４号公報に記載されているような膜沸騰現象
を生じさせ、気泡を発生させる。その時の発泡エネルギ
ー（圧力）により、可動部材３１が押し上げられ、可動
部材３１の可動先端は、Ｈ１だけの第１液流路内に変位
する。気泡は、Ｈ１の隙間から、吐出インクが満たされ
ている第１の液流路１４に侵入し、発泡圧力波が第１の
液流路１４の吐出口側の方向に主に伝わり、Ｖ１のイン
ク量を吐出させる。
【０１１６】図１０は、発熱体２−１，２−２の両方に
前述と同様の駆動信号を与えることで両方の発熱体をＯ
Ｎ状態とし、インクを加熱して気泡を発生させている状
態である。発泡エネルギーは、図１１よりも大きく、そ
の発泡エネルギーは、可動部材３１の可動先端をＨ２の
量だけ押し上げ、可動部材３１の変位量は最大となる。
そして、気泡発生領域６で発生した気泡は、Ｈ２の隙間
から吐出インクの液流路１４に侵入し、最大の吐出量Ｖ
２のインク量を吐出させる。
【０１１７】また、図には示していないが、発熱体２−
１と発熱体２−２とのヒータサイズを変えて発熱体２−
２のみが発泡している場合は、可動部材７の変位量はＨ
１，Ｈ２と異なるため、吐出量もＶ１，Ｖ２とは異なる
吐出量を得ることができる。
【０１１８】以上のように本発明おいては、駆動する発
熱体の数や異なる位置の発熱体を変えることで、変位量
等の変位状態を変えており、このことで量の異なる液滴
を吐出することができる。
【０１１９】本発明においても、従来の構成のヘッドに
比べて高い吐出エネルギー効率で、また高い吐出圧でイ
ンクを吐出することができるのは、先に説明したような
可動部材の変位が発泡を吐出口に導く原理およびこれら
の現象の相互作用によるものである。
【０１２０】このように、１ノズルまた１つの可動部材
に対して複数個の発熱体を配し、各発熱体のＯＮ，ＯＦ
Ｆの組み合わせにより、可動部材３１の変形量をコント
ロールすることが可能となる。
【０１２１】これによりインクの吐出量のコントロール
ができ、その結果、記録の階調表現が可能となることを
示す。
【０１２２】したがって、複数の発熱体を設けることに
より、多段階の階調表現が可能となる。表１に、本実施
例に示すヘッドを用い、各発熱体の駆動の組み合わせに
よる可動部材の吐出量の関係を示した。
【０１２３】なお、本実施例で用いた液体吐出ヘッド
は、図６〜図１０で示したヘッドであり、３４μｍ直径
の吐出口を７０．５μｍピッチで複数配したものであ
る。発熱体２−１，２−２は同じサイズの１８×１００
μｍサイズのものを用いた。駆動条件は電圧２４Ｖ、パ
ルス幅５μｍ、駆動周波数２００Ｈｚであり、吐出量は
それぞれの発熱体の駆動モードで２００００回吐出した
全体の吐出量を、吐出回数で割った平均値として求め
た。また、本実施例で用いた液体は、発泡液も吐出液も
同じ水性インクを用いた。
【０１２４】
【表１】
【０１２５】（ａ）発熱体２−１，２−２のすべてがＯ
ＦＦの時は、可動部材の変形量は０である。したがっ
て、吐出量も０である。
【０１２６】（ｂ）発熱体２−１のみがＯＮの時は、吐
出量は４０ｎｇであった。
【０１２７】（ｃ）発熱体２−１，２−２がＯＮの時
は、可動部材の変形量は２−１のみがＯＮの時より大き
く、吐出量は８０ｎｇであった。
【０１２８】このような吐出量で画像を形成した場合
を、反射濃度で示したものが、図１１である。
【０１２９】反射濃度はインクの吐出量に比例するた
め、２つの発熱体のＯＮ／ＯＦＦを組み合わせることに
より、４段階にインクの吐出量を変化することができれ
ば図１２に示すように反射濃度も４階調を得ることがで
きる。
【０１３０】また、本発明においては、前述のように従
来の液体吐出ヘッドに比べ可動部材を配した構成にする
ことにより、液体の吐出効率や吐出力がそもそも高いた
め、吐出量を変化させる階調記録の場合に、小液滴を繰
り返し吐出としても安定した吐出を得ることができる。
【０１３１】また、前述のように本発明の液体吐出ヘッ
ドは可動部材の動作によりリフィルが高速に成されるた
め小液滴を吐出させる場合であっても高速駆動を達成す
ることもできる。さらに、従来の液体吐出ヘッドは、個
々の発熱体を駆動させた際に吐出方向が変わってしまう
ことがある。その様子を図１２に示す。図１２（ａ）は
吐出口に向かって右側の発熱体２−１を駆動した場合を
示し、液体は吐出口から左側へ吐出する。また、図１２
（ｂ）に示すように吐出口に向かって左側の発熱体２−
２を駆動した場合は、液体は吐出口から右側へ吐出す
る。しかし、本発明の液体吐出ヘッドでは、可動部材３
１を配しているため、個々の発熱体を駆動させた際にも
発泡パワーを吐出口の中心へと導き、液流路に対する発
熱体の位置によらず吐出方向を安定されることができ
る。以上のように、本発明では小液滴を高吐出周波数で
安定的に吐出することができるため、高画質な階調記録
を高速で記録することができる。
【０１３２】図１３は本発明における第２の実施例の液
体吐出ヘッドを前述の図７で示した位置で切断した模式
断面図を示したものであり（図１３において配線電極に
ついては省略している）、より小さな液滴を吐出させる
ために、前述の第１実施例の２つの発熱体の形状を異な
らせたものである。本実施例においては、吐出口に向か
って右側の発熱体２−１の大きさを１３×１００μｍと
し、吐出口に向かって左側の発熱体２−２の大きさを２
３×１００μｍとしており、吐出口に向かって左柄の発
熱体の方を大きくしている。なお、可動部材の大きさ
は、４０×２１０μｍとした。なお、ここでも複数の発
熱体で発熱手段を構成している。
【０１３３】このような構成によって、前述の第１実施
例の効果に加え、さらに発熱体２−１のみを駆動した時
の吐出量が少なくなり、より小さな液滴を吐出させるこ
とができる。これにより面積の大きな発熱体による吐出
量と面積の小さな発熱体による吐出量との差を大きくと
れるため階調表現領域をより広くすることができる。
【０１３４】本実施例においては、発熱体の数を２つし
たがこれに限らず、さらに多くの発熱体を吐出口配列方
向に配置しても良い。
【０１３５】次に、図１４は可動部材３１に対して２つ
の発熱体を吐出口に向かう流れの方向に沿って配置した
液体吐出ヘッドを示した第３の実施例である。図１４
（ａ）は、前述の図１３（ａ）と同様の断面図であり、
図１４（ｂ）は、前述の図１３（ｂ）と同様の断面図で
ある。本実施例では４０×５０μｍの独立駆動が可能な
発熱体を液流路内に２つ配し、４０×２１０μｍの可動
部材３１を配している。本実施例においても、各発熱体
のＯＮ，ＯＦＦの組み合わせにより、可動部味３１の変
形量をコントロールすることが可能となり、よってイン
クの吐出量のコントロールができ、その結果、記録の階
調表現が可能となる。また、本実施例で発熱体を吐出口
に向かう流れの方向に沿って配列したため、液流路の高
密度化に伴う液流路幅の減少に対しても有利なレイアウ
トなため高密度での階調記録を高速で記録することがで
きる。
【０１３６】本実施例においても発熱体の形状を前後で
異ならせることにより、より大きな吐出量と小さな吐出
量の差を大きく吐出させることができ、階調表現領域を
さらに高めることができる。
【０１３７】また、本実施例においては、発熱体の数を
２つとしたが、これに限らず、さらに多くの発熱体を吐
出口に向かう流れの方向に沿った方向に配列しても良
い。
【０１３８】図１５は、１つの第１液流路や吐出口に対
して複数の可動部材３１を設けた例を示した第４の実施
例である。図１５（ａ）は、前述の図１４（ａ）と同様
の断面図であり、図１５（ｂ）は前述の図１４（ｂ）と
同様の断面図である。本実施例では、１８×１００μｍ
の独立駆動が可能な発熱抵抗体を２つ並列に配してお
り、そのそれぞれに対応した位置に２つの２０×２１０
μｍの可動機構としての可動部材３１をそれぞれ配して
いる。なお、ここでも複数の発熱体で発熱手段を構成し
ている。また、各発熱体２−１と２−２による各々の気
泡発生領域の間を仕切るような仕切壁３８が第２液流路
内に設けられており第２の液流路をそれぞれ２つの第２
液流路（１６−１，１６−２）に分けている。発熱体２
−１が駆動され第２液流路内の液体に気泡を発生して
も、この気泡発生時の圧力で可動部材３１−１が第１液
流路側に大きく変位し、気泡を吐出口に向けて成長させ
ると共に、第１液流路に伝わった圧力によって処理量の
液体が吐出口から液体が吐出される。次に発熱体２−１
と発熱体２−２が同時に駆動されると、発熱体２−１だ
けを駆動した場合に比べ約倍の液体を吐出量を得ること
ができた。
【０１３９】表２は本実施例の液体吐出ヘッドを用い
て、以下のような条件で吐出を行わせたときの平均吐出
量を示したものである。
【０１４０】 条件 駆動信号 電圧 ２４Ｖ パルス幅 ５μｓｅｃ 駆動周波数 ２００Ｈｚ 発泡後、吐出液には同じ水性インクを用いた。
【０１４１】液体の吐出量は、それぞれの駆動モードで
２００００回吐出動作を行わせたときの消費液体量を吐
出回数で割った平均値として求めた。
【０１４２】
【表２】
【０１４３】このように本実施例においては、２種類の
異なる量の液体を従来に比較して極めて安定化した状態
で吐出することができ、３値の階調記録を、階調性よく
また高速に行うことができた。
【０１４４】また、本実施例では、第２液流路をそれぞ
れの２つの第２液流路（１６−１，１６−２）に分けて
いるため、各発熱体が単独で駆動されたときの気泡圧力
の第２の液流路壁側（両側）に対しての逃げを防止で
き、各可動部材３１−１，３１−２をより効率的に変位
させることができる。このことで、吐出効率や吐出力が
さらに高まり、階調性、安定性をより高めることができ
る。
【０１４５】さらに、仕切壁３８で各発熱体の気泡発生
領域を仕切っており、各発熱体の発泡が互いに干渉され
ないため、２つの発熱体を同時に駆動した際に発泡タイ
ミングのわずかなズレによって生じる発泡圧のロスがな
くなり、各ノズル間や１つのノズルの吐出毎の吐出特性
の均一性が高まる（これは、数μｓｅｃ〜数十μｓｅｃ
のオーダーで加圧／減圧を生ずるバブルジェット方式の
発泡、消泡に起因する）。本実施例では２つの発熱体の
サイズを同一にしたが、異ならせてもよい。また、本実
施例では２つの可動部材のサイズを同一にしたが異なら
せてもよい。さらにまた、本実施例では、各可動部材や
発熱体の吐出口からの距離を同一にしたが、異ならせて
もよい。
【０１４６】次に図１６は、１つの第１液流路や吐出口
に対して複数の可動部材３１を設け、それぞれの可動部
材に対して吐出口に向かう流れの方向に沿って２つの発
熱体を配置した例を示した第５の実施例である。図１６
（ａ）は前述の図１５（ａ）と同様の断面図であり、図
１６（ｂ）は前述の図１５（ｂ）と同様の断面図であ
る。本実施例では、液流路内に２０×２１０μｍの可動
部材３１が２つ吐出口に向かう流れの方向に対し並列に
配しており、それぞれ吐出口に向かう流れの方向に沿っ
て１８×５０μｍの発熱体を２つ配列した。
【０１４７】また、各可動部材に対して配列された２つ
の発熱体（２−１，２−２と２−３，２−４）の間を仕
切るような仕切壁３８を設け、さらにまた各可動部材の
間のスリットを共通のものとした。
【０１４８】このような構成をとることにより、第４の
実施例と同様に各発熱体が駆動されたときの圧力の第２
液流路壁方向（両側）に対しての逃げを防止でき、各発
熱体の同時駆動における発泡のズレによる圧力のロスが
なく各可動部材３１−１，３１−２をより効率的、安定
的に変位させることができる。
【０１４９】また、各可動部材に対し２つの発熱体を設
けることで、さらに高い階調性を得ることができる。
【０１５０】さらにまた各可動部材の間のスリットを共
通にすることにより、可動部材のより高密度配列を可能
にし、簡易に製造することができる。
【０１５１】本実施例においては、各可動部材に対し
て、発熱体の数を２つとしたが、これに限らず、さらに
多くの発熱体を配しても良い。また、必要に応じては、
各可動部材に対する発熱体の数を変えても良い。
【０１５２】次に図２１は、１つの第１液流路や吐出口
に対して１つの可動部材を設け、２つの発熱体を仕切壁
３８で仕切るように配置した例を示した第６の実施例で
ある。図１７（ａ）は前述の図１６（ａ）と同様の断面
図であり、図１７（ｂ）は前述の図１６（ｂ）と同様の
断面図である。本実施例では、４０×２１０μｍの可動
部材を配し、吐出口が配列される方向に１８×１００の
発熱体を２つ配列した。また、各発熱体２−１と２−２
の間を仕切るような仕切壁が第２液流路内に設けられて
おり、第２の液流路をそれぞれ２つの第２液流路（１６
−１，１６−２）に分けている。
【０１５３】このような構成をとることにより、前述し
た第４の実施例と同様に各発熱体が駆動されたときの圧
力の第２液流路側方（両側）への逃げの防止等の効果に
より、各可動部材３１を効率的、安定的に変位させるこ
とができる。
【０１５４】また、可動部材３１を配しているため、個
々の発熱体を駆動させた際にも、発泡パワーを吐出口の
中心へと導き、吐出方向を安定させることができる。
【０１５５】以上の本発明の第１から第６の実施例の構
成の説明については、第１，第２液流路を有する複流路
構成の液体吐出ヘッドで説明したが、これに限らず図
１，図２，図４，図５のような分離壁で複流路に分割さ
れていない１流路構成の液体吐出ヘッドであっても同様
に適用することができるということは言うまでもない。
【０１５６】また、第１から第６の実施例の構成の液体
吐出ヘッドにおいては、従来の液体吐出ヘッドに比べ液
体の吐出効率や吐出力がそもそも高い上、前述したよう
に吐出特性が安定し、吐出方向頻度が高いため、この効
果を図１８に示すように線画像等の品位を向上させるス
ムージング記録技術に応用することで、スムージング効
果をより高いレベルで実現することが可能になった。図
１８（ａ）は、１種類の吐出量で直線を記録したときの
模式図であり、図１８（ｂ），（ｃ）は、それぞれ２種
類（大小ドット）、３種類（大，中，小ドット）の吐出
量で直線を記録したときの模式図である。吐出量を２種
類、３種類使用することにより、直線を滑らかに記録表
現することが可能になった。従来の液体吐出ヘッドで
は、小液滴を安定的にかつ所望の位置に適正に吐出する
ことが難しかったが、本発明の液体吐出ヘッドは数種類
の量の液体を安定的（吐出液体量および所望の位置の各
精度が優れている）に吐出することができるため、優れ
たスムージングが可能となる。
【０１５７】これにより、文字や図形のエッジを滑らか
にかつ確実に再現可能となり、印字品位が向上した。
【０１５８】さらに、第１から第６の実施例の構成の液
体吐出ヘッドにおいては、発熱体を複数有しているた
め、印字信頼性を向上するために、印字直前に行う予備
吐出に対しても有効である。図１９は第１の実施例の液
体吐出ヘッドにおける印字開始から印字終了までのシー
ケンスをフローチャートで表したものである。印字待機
状態（Ｓ−１）から印字開始信号（Ｓ−２）が送られた
後に予備吐出（Ｓ−３）を行い、印字（Ｓ−４）を開始
し、印字中にも、不使用ノズルの目詰まりを防ぐために
予備吐出（Ｓ−５）を行う。予備吐出は環境に応じて、
数１００Ｈｚ〜数ｋＨｚの駆動で、数発〜数１０００発
行った。本発明では、これらの予備吐出の条件を発熱体
２−１，２−２を同時に駆動させて行うことで、従来よ
り少ない吐出回数を短時間で行っても、不吐出等がない
信頼の高い印字を行うことができた（Ｓ−６〜Ｓ−
７）。これにより、より安定した印字品位を効率的に得
ることができる。
【０１５９】上述したように、極めて新規な吐出原理に
基づく構成に加え、液流路に対し発熱体および可動部材
を複数有した本発明の吐出方法および液体吐出ヘッド等
によると可動部材を配したことにより、極めて安定性や
吐出方向頻度の高い階調画像を実現し、非常に高画質な
画像を得ることができた。また、吐出量変調による階調
性を実現しつつリフィル特性等の吐出特性を高い水準で
維持することができた。さらに、上記効果を応用して曲
線や斜線等の画像をスムーズな線を実現し文字やグラフ
ィックス等の画像品位を向上させることができた。
【０１６０】同様に、上記効果を応用し、吐出信頼性向
上のための印字開始直前の予備吐出を極めて少ない液体
吐出数で短時間で行うことができた。
【０１６１】＜その他の実施例＞以上、本発明の液体吐
出ヘッドや液体吐出方法の要部の実施例について説明を
行ったが、以下にこれらの実施例に好ましく適用できる
実施態様例について図面を用いて説明する。但し、以下
の説明においては前述の１流路形態の実施例と２流路形
態の実施例のいずれかを取り上げて説明する場合がある
が、特に記載しない限り、両実施例に適用しうるもので
ある。
【０１６２】＜第２液流路と可動部材との配置関係＞図
２０は、上述の可動部材３１と第２液流路１６との配置
関係を説明するための図であり、同図（ａ）は分離壁３
０、可動部材３１近傍を上方から視た図であり、（ｂ）
は分離壁３０を外した第２液流路１６を上方から視た図
である。そして、（ｃ）は可動部材３１と第２液流路１
６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
出口の配されている前面側である。
【０１６３】本実施例の第２の液流路１６は前述のよう
に発熱体２−２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液流路を経て吐
出口に向かう大きな流れの中の上流側のことである。）
に狭窄部１９を持っており、発泡時の圧力が第２液流路
１６の上流側に容易に逃げることを抑制するような室
（発泡室）構造となっている。先に説明した図１６でも
同様に構成されており、図１３〜図１９の実施例では上
流と下流に狭窄部１９が設けられている。
【０１６４】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。
【０１６５】しかし、本実施例の場合、吐出される液体
の多くを第１液流路内の吐出液とすることができ、発熱
体が設けられた第２液流路内の発泡液はあまり消費され
ないようにできるため、第２液流路の気泡発生領域１１
への発泡液の充填量は少なくて良い。従って、上述の狭
窄部１９における間隔を数μｍ〜十数μｍと非常に狭く
できるため、第２液流路で発生した発泡時の圧力をあま
り周囲に逃がすことをさらに抑制でき、集中して可動部
材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。
【０１６６】なお、図２０（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
落ち込みを防止できる。これによって、前述した吐出液
と発泡液との分離性をさらに高めることができる。ま
た、気泡のスリットからの逃げの抑制ができるため、さ
らに吐出圧や吐出効率を高めることができる。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効果を
高めることができる。
【０１６７】なお、図９や図１０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、このように気泡が延在す
るような第２液流路の高さにすることで、気泡が延在し
ない場合に比べて更に吐出力を向上させることができ
る。このように気泡が第１の液流路１４に延在するよう
にするためには、第２の液流路１６の高さを最大気泡の
高さよりも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、本実施例にお
いては、この高さを１５μｍとした。
【０１６８】＜可動部材および分離壁＞図２１は可動部
材３１の他の形状を示す平面図であり、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、（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、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。
【０１６９】先の実施例においては、板状の可動部材３
１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発泡液と吐出液に対
して耐溶剤性があり、可動部材として良好に動作するた
めの弾性を有し、微細なスリットが形成できるものであ
ればよい。
【０１７０】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、ポリカーボネー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有する樹脂、エポキシ樹脂
等のエポキシ基を有する樹脂、メラミン樹脂等のアミノ
基を有する樹脂、キシレン樹脂等のメチロール基を有す
る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。
【０１７１】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、窒化珪素、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。
【０１７２】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、０．５
μｍ〜１０μｍ程度が望ましい。
【０１７３】なお、可動部材３１を形成するためのスリ
ット３５の幅は本実施例では２μｍとしたが、発泡液と
吐出液とが異なる液体であり、両液体の混液を防止した
場合は、スリット幅を両者の液体間でメニスカスを形成
する程度の間隔とし、各々の液体同士の流通を抑制すれ
ばよい。例えば、発泡液として２ｃｐｓ（センチポア
ズ）程度の液体を用い、吐出液として１００ｃｐｓ以上
の液体を用いた場合には、５μｍ程度のスリットでも混
液を防止することができるが、３μｍ以下にすることが
望ましい。
【０１７４】本発明の「実質的な密閉状態」を与えるス
リットとしては、数μｍオーダーであればより確実であ
る。
【０１７５】＜素子基板＞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。
【０１７６】図２２は本発明の液体吐出ヘッドの縦断面
図を示したもので、同図（ａ）は後述する保護膜がある
ヘッド、（ｂ）は保護膜がないものである。
【０１７７】なお、ここでは、図７の実施例等の縦断面
図を示しており、断面図上では複数の発熱体は１つしか
示されない。
【０１７８】素子基板１上に第２液流路１６、分離壁３
０、第１液流路１４、第１液流路を構成する溝を設けた
溝付き部材５０が配されている。
【０１７９】素子基板１上には、シリコン等の基体１０
７に絶縁および蓄熱を目的としたシリコン酸化膜または
窒化シリコン膜１０６を成膜し、その上に発熱体を構成
するハフニュウムボライド（ＨｆＢ2 ）、窒化タンタル
（ＴａＮ）、タンタルアルミ（ＴａＡｌ）等の電気抵抗
層１０５（０．０１〜０．２μｍ厚）とアルミニウムの
配線電極（０．２〜１．０μｍ厚）がパターニングされ
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、酸化シリコンや窒化シリコン等の
保護層を０．１〜２．０μｍ厚で形成し、さらにその上
にタンタル等の耐キャビテーション層（０．１〜０．６
μｍ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。
【０１８０】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）
等の耐キャビテーション層として用いられる。
【０１８１】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２２（ｂ）に示す。このような保護層を
必要としない抵抗層の材料としてはインジュウム・タン
タル・アルミ合金等が挙げられる。
【０１８２】このように、前述の各実施例における発熱
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。
【０１８３】本実施例においては、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。
【０１８４】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。
【０１８５】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２３で示されるような駆動選択手段１５０により矩
形パルスを印加し、配線電極間の抵抗層１０５を急峻に
発熱させる。前述の各実施例のヘッドにおいては、それ
ぞれ電圧２４Ｖ、パルス幅７μｓｅｃ、電流１０ｍＡ、
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。
【０１８６】図２２（ａ），（ｂ）において３１ａおよ
び３１ｂは前述した発熱部による発泡で変位した可動部
材の様子を示したものである。
【０１８７】可動部材３１は前述した発熱体２−１およ
び２−２の選択的駆動によって３１ａ，３１ｂのように
変位の大きさが異ならせることができる。これにより、
液吐出量等の吐出状態を変化させることができるのであ
る。さらに、前述した駆動条件すなわち電圧やパルス幅
を変化させることでも、ある程度吐出状態を変えること
が可能である。
【０１８８】＜２流路構成のヘッド構造＞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。
【０１８９】図２４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、先の実施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。
【０１９０】本実施例においては、溝付部材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３に液体（吐出液）
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。
【０１９１】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。
【０１９２】第１の液体（吐出液）は、図２４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２４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。
【０１９３】本実施形態例では、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。
【０１９４】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。
【０１９５】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２５で示す本実施例の分解
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。
【０１９６】本実施形態例では、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。
【０１９７】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を構成するすく数の溝と、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３
０とが配されている。
【０１９８】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共通液室に吐出液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１
７に連通する連通路に繋がっており、この連通路によっ
て吐出液と混合することなく発泡液を第２の共通液室１
５に供給することができる。
【０１９９】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
て吐出液流路１４が配されている。また、本実施形態例
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。さらに吐出液供
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。
【０２００】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。
【０２０１】以上説明したように本実施例によれば、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。
【０２０２】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。
【０２０３】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。
【０２０４】（吐出液体、発泡液体）先の実施例で説明
したように本発明においては、前述のような可動部材を
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。前述の各実施例の内、発泡液と吐出液とに同じ
液体を用いる場合には、発熱体から加えられる熱によっ
て劣化せずに、また加熱によって発熱体上に堆積物を生
じにくく、熱によって気化、凝縮の可逆的状態変化を行
うことが可能であり、さらに液流路や可動部材や分離壁
等を劣化させない液体であれば種々の液体を用いること
ができる。
【０２０５】このような液体の内、記録を行う上で用い
る液体（記録液体）としては従来のバブルジェット装置
で用いられていた組成のインクを用いることができる。
【０２０６】一方、本発明の２流路構成のヘッドを用い
た場合、吐出液体と発泡液とに別液体を用いることがで
き、発泡液の発泡を利用して吐出困難な吐出液体を吐出
させることができる。このように吐出液と発泡液を別液
体とした場合には、発泡液として前述のような性質の液
体を用いればよく、具体的には、メタノール、エタノー
ル、ｎ−プロパノール、イソプロパノール、ｎ−ヘキサ
ン、ｎ−ヘプタン、ｎ−オクタン、トルエン、キシレ
ン、二塩化メチレン、トリクレン、フレオンＴＦ、フレ
オンＢＦ、エチルエーテル、ジオキサン、シクロヘキサ
ン、酢酸メチル、酢酸エチル、アセトン、メチルエチル
ケトン、水等およびこれらの混合物が挙げられる。
【０２０７】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で
きる。
【０２０８】ただし、吐出液の性質として吐出液自身、
又は発泡液との反応によって、吐出や発泡また可動部材
の動作等を妨げるような液体でないことが望まれる。
【０２０９】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。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。
【０２１０】本発明においては、吐出液と発泡液の両方
に用いることができる記録液体として以下のような組成
のインクを用いて記録を行ったが、吐出力の向上によっ
てインクの吐出速度が高くなったため、液滴の着弾精度
が向上し非常に良好な記録画像をことができる。
【０２１１】 染料インク（粘度２ｃｐｓ）の組成 （Ｃ．Ｉ．フードブラック２）染料 ３重量％ ジエチレングリコール １０重量％ チオジグリコール ５重量％ エタノール ５重量％ 水 ７７重量％ また、発泡液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
のヘッドでは吐出が困難であった十数ｃｐｓ粘度の液体
はもちろん１５０ｃｐｓという非常に高い粘度の液体で
良好に吐出でき、高画質な記録物を得ることができた。
【０２１２】 発泡液１の組成 エタノール ４０重量％ 水 ６０重量％ 発泡液２の組成 水 １００重量％ 発泡液３の組成 イソプロピルアルコール １０重量％ 水 ９０重量％ 吐出液１顔料インク（粘度約１５ｃｐｓ）の組成 カーボンブラック ５重量％ スチレン−アクリル酸−アクリル酸エチル共重合体 １重量％ （酸価１４０、重量平均分子量８０００） モノエタノールアミン ０．２５重量％ グリセリン ６９重量％ チオジグリコール ５重量％ エタノール ３重量％ 水 １６．７５重量％ 吐出液２（粘度５５ｃｐｓ）の組成 ポリエチレングリコール２００ １００重量％ 吐出液３（粘度１５０ｃｐｓ）の組成 ポリエチレングリコール６００ １００重量％ ところで、前述したような従来吐出されにくいとされて
いた液体の場合には、吐出速度が低いために、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られにくかった。しか
し、上述の実施例の構成においては、気泡の発生を発泡
液を用いることで充分に、しかも安定して行うことがで
きる。このことで、液滴の着弾精度の向上とインク吐出
量の安定化を図ることができ、記録画像品位を著しく向
上させることができた。また本発明では、前述したよう
な従来吐出されにくいとされていた液体であっても、良
好な階調記録を達成することができる。
【０２１３】＜液体吐出ヘッドカートリッジ＞次に、上
記実施形態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。
【０２１４】図２６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。
【０２１５】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３
０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と溝付部材５０との接合によって、吐出され
る吐出液体が流通する吐出流路（不図示）が形成され
る。
【０２１６】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。
【０２１７】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。
【０２１８】液体容器９０は、液体吐出ヘッドに供給さ
れる、インク等の吐出液体と気泡を発生させるための発
泡液と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。吐出液体の供給
は、液体容器の吐出液体供給路９２から接続部材の供給
路を介して液体供給部材８０の吐出液体供給路８１に供
給され、各部材の吐出液体供給路８３，７１，２０を介
して第１の共通液室に供給される。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の発泡液供給路８２に供給され、各部材の
発泡液体供給路８４，７１，２１を介して第２液室に供
給される。
【０２１９】以上の液体吐出ヘッドカートリッジにおい
ては、発泡液と吐出液が異なる液体である場合も、供給
を行いうる供給形態および液体容器で説明したが、吐出
液体と発泡液体とが同じである場合には、発泡液と吐出
液の供給経路および容器を分けなくてもよい。
【０２２０】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。ま
た、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。
【０２２１】（液体吐出装置）図２７は、前述の液体吐
出ヘッドを搭載した液体吐出装置の概略構成を示してい
る。本実施例では、特に吐出液体としてインクを用いた
インク吐出記録装置を用いて説明する。液体吐出装置の
キャリッジＨＣは、インクを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。
【０２２２】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記録媒
体が吐出される。
【０２２３】また、本実施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１１５等を有している。この記録装置およびｋｎｏ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。
【０２２４】図２８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装置を動作させるた
めの装置全体のブロック図である。
【０２２５】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。
【０２２６】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。なお、階調記録を達
成するために、複数の発熱体をどのような組み合わせで
駆動するかについての信号もＣＰＵ３０２からヘッドド
ライバ３０７を通してヘッド２００に与えられる。
【０２２７】上述のような記録装置に適用でき、インク
等の液体の付与が行われ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。
【０２２８】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、また布帛に記録を行う捺染装
置等をも含むものである。
【０２２９】またこれらの液体吐出装置に用いる吐出液
としては、それぞれの被記録媒体や記録条件に合わせた
液体を用いればよい。
【０２３０】（記録システム）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。
【０２３１】図２９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。本実施例における液体吐
出ヘッドは、被記録媒体１５０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１２０２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。
【０２３２】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の駆動が成され
る。
【０２３３】各ヘッドには、吐出液として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。
【０２３４】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２０３
ａ〜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。
【０２３５】符号２０６は、先の各実施例で説明したよ
うな各種、非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、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。
【０２３６】本実施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。
【０２３７】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
ってその表面にごみが付着しやすく、このごみによって
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。
【０２３８】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。
【０２３９】なお、本実施例では、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。
【０２４０】＜ヘッドキット＞以下に、本発明の液体吐
出ヘッドを有するヘッドキットを説明する。図３０は、
このようなヘッドキットを示した模式図であり、このヘ
ッドキットは、インクを吐出するインク吐出部５１１を
有する本発明のヘッド５１０と、このヘッドと不可分も
しくは分離可能な液体容器であるインク容器５２０と、
このインク容器にインクを充填するためのインクを保持
したインク充填手段とを、キット容器５０１内に納めた
ものである。
【０２４１】インクを消費し終わった場合には、インク
容器の大気連通口５２１やヘッドとの接続部や、もしく
はインク容器の壁に開けた穴などに、インク充填手段の
挿入部（注射針等）５３１の一部を挿入し、この挿入部
を介してインク充填手段内のインクをインク容器内に充
填すればよい。
【０２４２】このように、本発明の液体吐出ヘッドと、
インク容器やインク充填手段等を一つのキット容器内に
納めてキットにすることで、インクが消費されてしまっ
ても前述のようにすぐに、また容易にインクをインク容
器内に充填することができ、記録の開始を迅速に行うこ
とができる。
【０２４３】なお、本実施例のヘッドキットでは、イン
ク充填手段が含まれるもので説明を行ったが、ヘッドキ
ットとしては、インク充填手段を持たず、インクが充填
された分離可能タイプのインク容器とヘッドとがキット
容器５１０内に納められている形態のものであってもよ
い。
【０２４４】また、この図３０では、インク容器に対し
てインクを充填するインク充填手段のみを示している
が、インク容器の他に発泡液を発泡液容器に充填するた
めの発泡液充填手段をキット容器内に納めた形態のもの
であってもよい。
【０２４５】
【発明の効果】上述したような、可動部材を用いる新規
な吐出原理に基づく本発明の液体吐出方法、ヘッド等に
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が吐出効率を向上でき
る。
【０２４６】そしてこのことによって、吐出量が小さな
液滴をも安定して吐出させることができる。
【０２４７】特に、本発明においては、一つの可動部材
に対して、独立駆動が可能な複数個の発熱体を設けてい
る、もしくは、一つの液流路（第１液流路）に対して複
数の可動部材を設けているため、液体の吐出量の制御が
可能であり、所望の堆積の液体を吐出することができ
る。また、従来、困難であった吐出液量が小さな液滴を
安定的、また、高周波数で吐出することが可能であるた
め、高階調記録を高速で行うことができる。
【０２４８】また、本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。これに伴い、回復時間
の短縮や回復による液体の損失を低減でき、ランニング
コストも大幅に下げることが可能である。
【０２４９】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。
【０２５０】また、２流路構成のヘッドにおいて発泡液
として、発泡しやすい液体や、発熱体上への堆積物（こ
げ等）が生じにくい液体を用いることで、吐出液の選択
の自由度が高くなり、発泡が生じにくい高粘性液体、発
熱体上に堆積物を生じやすい液体、さらに熱に弱い液体
等、従来のバブルジェット吐出方法で吐出することが困
難であった液体についても良好に吐出することができ
た。
【０２５１】さらに熱に弱い液体等も、この液体に熱に
よる悪影響を与えず吐出することができた。
【０２５２】また、本発明の液体吐出ヘッドを記録用の
液体吐出記録ヘッドとして用いることで、さらに高画質
な記録を達成することができた。
【０２５３】また、本発明の液体吐出ヘッドを用い、液
体の吐出効率等がさらに向上した液体吐出装置や記録シ
ステム等を提供することができた。
【０２５４】また、本発明のヘッドカートリッジやヘッ
ドキットを用いることで、ヘッドの利用、再利用を容易
に成すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の前提となる液体吐出原理を説明するた
めの図である。
【図２】図２の液体吐出ヘッドの部分破断斜視図であ
る。
【図３】従来の液体吐出ヘッドにおける気泡からの圧力
伝搬を説明するための図である。
【図４】本発明の前提となる液体吐出原理における気泡
からの圧力伝搬を説明するための図である。
【図５】本発明の前提となる液体吐出ヘッドにおける液
体の流れを示すための模式図である。
【図６】本発明における液体吐出ヘッドの縦断面図であ
る。
【図７】第１の実施例における可動部材と２つの発熱体
の配置例を説明するための図である。
【図８】本発明の液体吐出ヘッドの駆動状態を示すため
の断面図である。
【図９】本発明の液体吐出ヘッドの駆動状態を示すため
の断面図である。
【図１０】本発明の液体吐出ヘッドの駆動状態を示すた
めの断面図である。
【図１１】吐出量と反射濃度との関係を示す図である。
【図１２】従来の液体吐出ヘッドの吐出方向を説明する
ための図である。
【図１３】第２の実施例における可動部材と３つの発熱
体の配置例を説明するための図である。
【図１４】第３の実施例における複数可動部材と発熱体
の配置例を説明するための図である。
【図１５】第４の実施例における複数可動部材と発熱体
の他の配置例を説明するための図である。
【図１６】第５の実施例における複数可動部材と発熱体
の他の配置例を説明するための図である。
【図１７】第６の実施例における複数可動部材と発熱体
と仕切壁の配置例を説明するための図である。
【図１８】本発明におけるスムージング効果を説明する
ための図である。
【図１９】本発明における予備吐出シーケンスを説明す
るための図である。
【図２０】可動部材と発熱体との位置関係を説明するた
めの図である。
【図２１】可動部材の形状を説明するための図である。
【図２２】本発明の液体吐出ヘッドの縦断面図である。
【図２３】駆動パルスの形状を示す模式図である。
【図２４】本発明の液体吐出ヘッドの供給路を説明する
ための図である。
【図２５】本発明の液体吐出ヘッドの分解斜視図であ
る。
【図２６】液体吐出ヘッドカートリッジの分解斜視図で
ある。
【図２７】液体吐出装置の概略構成図である。
【図２８】装置ブロック図である。
【図２９】液体吐出記録システムを示す図である。
【図３０】ヘッドキットの模式図である。
【図３１】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 ５ 配線電極 １０ 液流路 １１ 気泡発生領域 １２ 液体供給路 １３ 共通液室 １４ 第１液流路 １５ 第１共通液室（共通液室） １６ 第２液流路 １７ 第２共通液室（共通液室） １８ 吐出口 １９ 狭搾部 ２０ 第１液供給路（吐出液供給路） ２１ 第２液供給路（発泡液供給路） ３０ 分離壁 ３１ 可動部材 ３５ スリット ３８ 仕切壁 ４０ 気泡 ５０ 溝付部材
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 稲本 忠喜 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内

Claims (41)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 異なる条件で液体を吐出可能な液体吐出
    ヘッドにおいて、 液体を吐出する吐出口と、 該吐出口に液体を供給すると共に、液体を吐出するため
    に用いられかつ異なる大きさの気泡を選択的に形成可能
    な気泡形成用発熱手段を備えた液流路と、 該気泡形成用発熱手段によって該液流路内に形成される
    気泡発生領域に面して配され、該吐出口に向かう方向に
    関して下流側に自由端を、上流側に支点部を備えた可動
    部材を、少なくとも１つ有する可動機構とを有し、さら
    に該可動部材は、上記気泡形成用発熱手段により形成さ
    れる気泡に応じて、上記気泡発生領域から遠ざかる方向
    に変位可能であることを特徴とする液体吐出ヘッド。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載の液体吐出ヘッドにおい
    て、 上記気泡形成用発熱手段は、少なくとも１つが個別駆動
    可能である、複数の発熱体を有していることを特徴とす
    る液体吐出ヘッド。
  3. 【請求項３】 請求項２に記載の液体吐出ヘッドにおい
    て、前記複数の発熱体は、吐出口に向かう方向に対し上
    流から下流に向かって配列されていることを特徴とする
    液体吐出ヘッド。
  4. 【請求項４】 請求項２に記載の液体吐出ヘッドにおい
    て、前記複数の発熱体は、前記吐出口から実質的に同距
    離に並んで配置されていることを特徴とする液体吐出ヘ
    ッド。
  5. 【請求項５】 請求項４に記載の液体吐出ヘッドにおい
    て、前記並んで配置された発熱体の間には、側方への圧
    力の逃げを抑制するための仕切壁が配されていることを
    特徴とする液体吐出ヘッド。
  6. 【請求項６】 請求項２に記載の液体吐出ヘッドにおい
    て、前記可動機構は上記可動部材を複数有し、これら複
    数の可動部材は前記吐出口から実質的に同距離に並んで
    配置されていることを特徴とする液体吐出ヘッド。
  7. 【請求項７】 請求項２ないし６のいずれか一項に記載
    の液体吐出ヘッドにおいて、前記複数の発熱体は、それ
    ぞれ面積が異なっていることを特徴とする液体吐出ヘッ
    ド。
  8. 【請求項８】 請求項２ないし６のいずれか一項に記載
    の液体吐出ヘッドにおいて、前記複数の発熱体は、それ
    ぞれ面積が実質的に同じであることを特徴とする液体吐
    出ヘッド。
  9. 【請求項９】 請求項２ないし８のいずれか一項に記載
    の液体吐出ヘッドにおいて、前記可動部材は、前記発生
    した気泡の中心より下流に自由端が位置することを特徴
    とする液体吐出ヘッド。
  10. 【請求項１０】 請求項２ないし９のいずれか一項に記
    載の液体吐出ヘッドにおいて、前記液流路は、前記発熱
    体に沿った該発熱体より上流から前記発熱体上に液体を
    供給するための供給路を有することを特徴とする液体吐
    出ヘッド。
  11. 【請求項１１】 請求項１０に記載の液体吐出ヘッドに
    おいて、前記供給路は、前記発熱体より上流側に実質的
    に平坦、もしくはなだらかな内壁を有し、該内壁に沿っ
    て液体を前記発熱体上に供給する供給路であることを特
    徴とする液体吐出ヘッド。
  12. 【請求項１２】 請求項２ないし１１のいずれか一項に
    記載の液体吐出ヘッドにおいて、前記可動部材の前記発
    熱体に近い面に沿った上流から前記発熱体上に液体を供
    給するための液流路を有することを特徴とする液体吐出
    ヘッド。
  13. 【請求項１３】 請求項２ないし１２のいずれか一項に
    記載の液体吐出ヘッドにおいて、上記液流路は、吐出口
    に連通した第１の液流路と、液体に熱を加えることで該
    液体に気泡を発生される発熱体を配した第２の液流路と
    を有し、前記第１の液流路と第２液流路との間に前記可
    動部材が配されていることを特徴とする液体吐出ヘッ
    ド。
  14. 【請求項１４】 請求項１ないし１３のいずれか一項に
    記載の液体吐出ヘッドにおいて、前記可動部材は板状で
    あることを特徴とする液体吐出ヘッド。
  15. 【請求項１５】 請求項１３に記載の液体吐出ヘッドに
    おいて、前記可動部材は前記第１液流路と第２液流路と
    の間に配された分離壁の一部として構成されていること
    を特徴とする液体吐出ヘッド。
  16. 【請求項１６】 請求項１５に記載の液体吐出ヘッドに
    おいて、前記分離壁は、金属、樹脂、もしくはセラミッ
    クスで構成されていることを特徴とする液体吐出ヘッ
    ド。
  17. 【請求項１７】 請求項１３ないし１６のいずれか一項
    に記載の液体吐出ヘッドにおいて、前記第１の液流路の
    複数に第１の液体を供給するための第１の共通液室と、
    前記第２の液流路の複数に第２の液体を供給するための
    第２の共通液室とが配されていることを特徴とする液体
    吐出ヘッド。
  18. 【請求項１８】 請求項１３ないし１７のいずれか一項
    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
    が同じ液体であることを特徴とする液体吐出ヘッド。
  19. 【請求項１９】 請求項１３ないし１７のいずれか一項
    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
    が異なる液体であることを特徴とする液体吐出ヘッド。
  20. 【請求項２０】 請求項２ないし１９のいずれか一項に
    記載の液体吐出ヘッドにおいて、前記発熱体は電気信号
    を受けることで熱を発生する発熱抵抗体を有する電気熱
    変換体であることを特徴とする液体吐出ヘッド。
  21. 【請求項２１】 請求項２０に記載の液体吐出ヘッドに
    おいて、前記素子基板上には前記電気熱変換体に電気信
    号を伝えるための配線と、前記電気熱変換体に選択的に
    電気信号を与えるための機能素子が配されていることを
    特徴とする液体吐出ヘッド。
  22. 【請求項２２】 請求項１３ないし２１のいずれか一項
    に記載の液体吐出ヘッドにおいて、前記発熱体が配され
    た部分の前記第２液流路の形状は、室形状であることを
    特徴とする液体吐出ヘッド。
  23. 【請求項２３】 請求項１３ないし２１のいずれか一項
    に記載の液体吐出ヘッドにおいて、前記第２液流路の形
    状は、発熱体の上流で狭窄部を有する形状であることを
    特徴とする液体吐出ヘッド。
  24. 【請求項２４】 請求項１３ないし２３のいずれか一項
    に記載の液体吐出ヘッドにおいて、前記発熱体の表面か
    ら前記可動部材までの距離が３０μｍ以下であることを
    特徴とする液体吐出ヘッド。
  25. 【請求項２５】 請求項１ないし２４のいずれか一項に
    記載の液体吐出ヘッドにおいて、前記吐出口から吐出さ
    れる液体はインクであることを特徴とする液体吐出ヘッ
    ド。
  26. 【請求項２６】 気泡の発生によって液体を吐出する液
    体吐出方法において、 液体を吐出する吐出口と、発熱体を有する液流路と液体
    に対して気泡を発生させるための発熱体と、前記発熱体
    に面して配され、第１の位置と該第１の位置よりも前記
    発熱体から遠い第２の位置との間を変位可能で自由端を
    備えた可動部材とを有する液体吐出ヘッドを用い、 前記気泡の発生に基づく圧力によって、前記可動部材を
    変位されることによって、前記気泡を吐出口に向かう方
    向の上流よりも下流に大きく膨張させると共に、前記可
    動部材の変位状態を変化させることで前記液体の吐出量
    を変化させることを特徴とする液体吐出方法。
  27. 【請求項２７】 請求項２６に記載の液体吐出方法にお
    いて、前記可動部材の変位状態は、一つの可動部材に対
    して、駆動される発熱体の数によって変化することを特
    徴とする液体吐出方法。
  28. 【請求項２８】 気泡の発生によって液体を吐出する液
    体吐出方法において、 液体を吐出する吐出口と、液体に対して気泡を発生させ
    るための発熱体と、前記発熱体に面して配され、第１の
    位置と該第１の位置よりも前記発熱体から遠い第２の位
    置との間を変位可能で自由端を備えた可動部材との対を
    前記吐出口に対して複数有する液体吐出ヘッドを用い、 前記気泡の発生に基づく圧力によって、前記可動部材を
    変位させることによって、前記気泡を吐出口に向かう方
    向の上流よりも下流に大きく膨張させると共に、前記可
    動部材の動作個数を変化させることで前記液体の吐出量
    を変化させることを特徴とする液体吐出方法。
  29. 【請求項２９】 請求項２６もしくは２８のいずれか一
    項に記載の液体吐出方法において、前記気泡は、発熱体
    が発生した熱が液体に伝えることで、液体に膜沸騰現象
    を生じさせ、該膜沸騰現象によって発生した気泡である
    ことを特徴とする液体吐出方法。
  30. 【請求項３０】 請求項２６または２８に記載の液体吐
    出方法において、前記発熱体上には、発熱体より上流側
    の実質的に平坦、もしくはなだらかな内壁に沿って液体
    が供給されていることを特徴とする液体吐出方法。
  31. 【請求項３１】 液体吐出ヘッドの予備吐出方法におい
    て、 液体を吐出する吐出口と、 該吐出口に液体を供給すると共に、液体を吐出するため
    に用いられかつ異なる大きさの気泡を選択的に形成可能
    な気泡形成用発熱手段を備えた液流路と、 該気泡形成用発熱手段によって該液流路内に形成される
    気泡発生領域に面して配され、該吐出口に向かう方向に
    関して下流側に自由端を、上流側に支点部を備えた可動
    部材を、少なくとも１つ有する可動機構とを備えた液体
    吐出ヘッドを用いて、 上記気泡形成用発熱手段が形成できる上記気泡のうち最
    大気泡を形成することで、上記可動部材を上記気泡発生
    領域から遠ざかる方向に変位させかつ該最大気泡を上記
    可動部材が上記吐出口に案内して、上記吐出口から予備
    吐出を行うことを特徴とする液体吐出ヘッドの予備吐出
    方法。
  32. 【請求項３２】 液体を吐出する液体吐出ヘッドを用い
    て階調記録を行う記録方法において、 液体を吐出する吐出口と、 該吐出口に液体を供給すると共に、液体を吐出するため
    に用いられかつ異なる大きさの気泡を選択的に形成可能
    な気泡形成用発熱手段を備えた液流路と、 該気泡形成用発熱手段によって該液流路内に形成される
    気泡発生領域に面して配され、該吐出口に向かう方向に
    関して下流側に自由端を、上流側に支点部を備えた可動
    部材を、少なくとも１つ有する可動機構とを備えた液体
    吐出ヘッドを用いて、 上記異なる大きさの気泡それぞれに応じて、上記可動部
    材を該気泡発生領域から遠ざかる方向に変位させかつ該
    気泡を上記可動部材が上記吐出口に案内することで該気
    泡の大きさに応じた異なる大きさの液体を形成し、階調
    記録を行うことを特徴とする記録方法。
  33. 【請求項３３】 異なる大きさの液体を吐出可能な液体
    吐出ヘッドを用いてスムージングを行う記録方法におい
    て、 液体を吐出する吐出口と、 該吐出口に液体を供給すると共に、液体を吐出するため
    に用いられかつ異なる大きさの気泡を選択的に形成可能
    な気泡形成用発熱手段を備えた液流路と、 該気泡形成用発熱手段によって該液流路内に形成される
    気泡発生領域に面して配され、該吐出口に向かう方向に
    関して下流側に自由端を、上流側に支点部を備えた可動
    部材を、少なくとも１つ有する可動機構とを備えた液体
    吐出ヘッドを用いて、 上記異なる大きさの気泡それぞれに応じて、上記可動部
    材を該気泡発生領域から遠ざかる方向に変位させかつ該
    気泡を上記可動部材が上記吐出口に案内することで、該
    気泡の大きさに応じた異なる大きさの液体を画像部を非
    画像部との境界に与えることでスムージングを行うこと
    を特徴とする記録方法。
  34. 【請求項３４】 異なる条件の液体を吐出可能な液体吐
    出ヘッドを用いるインクジェット記録装置において、 液体を吐出する吐出口と、 該吐出口に液体を供給すると共に、液体を吐出するため
    に用いられかつ異なる大きさの気泡を選択的に形成可能
    な気泡形成用発熱手段を備えた液流路と、 該気泡形成用発熱手段によって該液流路内に形成される
    気泡発生領域に面して配され、該吐出口に向かう方向に
    関して下流側に自由端を、上流側に支点部を備えた可動
    部材を、少なくとも１つ有する可動機構とを有し、さら
    に該可動部材は、上記気泡形成用発熱手段により形成さ
    れる気泡に応じて、該気泡発生領域から遠ざかる方向に
    変位可能であることを備えた液体吐出ヘッドを載置する
    載置部と、 該液体吐出ヘッドの気泡形成用発熱手段に吐出すべき液
    体に対応した記録信号に応じた電気信号を与える駆動条
    件選択手段とが設けられたことを特徴とするインクジェ
    ット記録装置。
  35. 【請求項３５】 異なる条件の液体を吐出可能な液体吐
    出ヘッドにおいて、 液体を吐出する吐出口と、 該吐出口に液体を供給する第１液流路と、液体を吐出す
    るために用いられかつ異なる大きさの気泡を選択的に形
    成可能な気泡形成用発熱手段を備えた第２液流路とを含
    む液流路と、 該気泡形成用発熱手段によって該第２液流路内に形成さ
    れる気泡発生領域に面して配され、該吐出口に向かう方
    向に関して下流側に自由端を、上流側に支点部を備えた
    可動部材を、少なくとも１つ有する可動機構とを有し、
    さらに該可動部材は、該気泡の発生によって、上記気泡
    発熱領域を上記第１流路に対して実質的に密閉状態の自
    由端を移動せしめて前記気泡発生領域を吐出口に対して
    開放する方向に変位可能であることを特徴とする液体吐
    出ヘッド。
  36. 【請求項３６】 請求項１または３５に記載の液体吐出
    ヘッドと、該液体吐出ヘッドに供給される液体を保持す
    る液体容器とを有することを特徴とするヘッドカートリ
    ッジ。
  37. 【請求項３７】 請求項３６に記載のヘッドカートリッ
    ジにおいて、前記液体吐出ヘッドと、前記液体容器とは
    分離可能であることを特徴とするヘッドカートリッジ。
  38. 【請求項３８】 請求項３６に記載のヘッドカートリッ
    ジにおいて、前記液体容器には、液体が再充填されてい
    ることを特徴とするヘッドカートリッジ。
  39. 【請求項３９】 請求項１または３５に記載の液体吐出
    ヘッドと、 該液体吐出ヘッドから液体を吐出させるための駆動信号
    を供給する駆動信号供給手段を有することを特徴とする
    液体吐出装置。
  40. 【請求項４０】 請求項３９に記載の液体吐出装置と、
    記録後の被記録媒体に対して、前記液体の定着を促す後
    処理装置とを有することを特徴とする記録システム。
  41. 【請求項４１】 請求項３９に記載の液体吐出装置と、
    記録前の被記録媒体に対して、前記液体の定着を増すた
    めの前処理装置とを有することを特徴とする記録システ
    ム。
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