JPH1024577A

JPH1024577A - 液体吐出ヘッド、液体吐出方法および液体吐出装置

Info

Publication number: JPH1024577A
Application number: JP18299196A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Kuriyama; 弘之栗山; Toshio Kashino; 俊雄樫野; Yoshie Nakada; 佳恵中田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1996-07-12
Filing date: 1996-07-12
Publication date: 1998-01-27

Abstract

(57)【要約】【課題】可動部材を用いる新規な吐出原理に基づく液
体の吐出方式において、種々の使用状況に対応すべく作
動状態の多様化を図ること。【解決手段】発熱体２からの熱エネルギーによって気
泡４０を発生する気泡発生領域に面して可動部材３１を
配し、この可動部材３１の変位によって、気泡４０の成
長方向を制御する構成において、可動部材３１を下方に
強制変位可能な下部電磁石７０１と、可動部材３１を上
方に強制変位可能な上部電磁石７０２を備え、液体吐出
ヘッドの使用状況に応じて可動部材３１を強制変位させ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液体に熱エネルギ
ーを作用させることによって発生する気泡を利用して可
動部材を変位させ、かつ、その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、液体吐出方法、およ
び液体吐出装置に関するものである。

【０００２】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、セラミックス等のプ
リント媒体に対してのプリントを行うプリンター、複写
機、通信システムを有するファクシミリ、プリンタ部を
有するワードプロセッサ等の装置、さらには各種処理装
置と複合的に組み合わせた産業用記録装置に適用するこ
とができる。

【０００３】なお、本発明における、「プリント」およ
び「記録」とは、文字や図形等の意味を持つ画像をプリ
ント媒体に対して付与することだけでなく、パターン等
の意味を持たない画像を付与することをも意味する。

【０００４】

【従来の技術】熱等のエネルギーをインクに与えること
で、インクに急峻な体積変化（気泡の発生）を伴う状態
変化を生じさせ、この状態変化に基づく作用力によって
吐出口からインクを吐出し、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、ＵＳＰ
４，７２３，１２９等の公報に開示されているように、
インクを吐出するための吐出口と、この吐出口に連通す
るインク流路と、インク流路内に配されたインクを吐出
するためのエネルギー発生手段としての電気熱変換体が
一般的に配されている。

【０００５】この様な記録方法によれば、品位の高い画
像を高速、低騒音で記録することができると共に、この
記録方法を行うヘッドではインクを吐出するための吐出
口を高密度に配置することができるため、小型の装置で
高解像度の記録画像、さらにカラー画像をも容易に得る
ことができるという多くの優れた点を有している。この
ため、このバブルジェット記録方法は近年、プリンタ
ー、複写機、ファクシミリ等の多くのオフィス機器に利
用されており、さらに、捺染装置等の産業用システムに
まで利用されるようになってきている。

【０００６】このようにバブルジェット技術が多方面の
製品に利用されるに従って、次のような様々な要求が近
年さらにたかまっている。

【０００７】例えば、エネルギー効率の向上の要求に対
する検討としては、保護膜の厚さを調整するといった発
熱体の最適化が挙げられている。この手法は、発生した
熱の液体への伝搬効率を向上させる点で効果がある。

【０００８】また、高画質な画像を得るために、インク
の吐出スピードが速く、安定した気泡発生に基づく良好
なインク吐出を行える液体吐出方法等を与えるための駆
動条件が提案されたり、また、高速記録の観点から、吐
出された液体の液流路内への充填（リフィル）速度の速
い液体吐出ヘッドを得るために流路形状を改良したもの
も提案されている。

【０００９】この流路形状の内、流路構造として図３２
（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。この公報に記載されてい
る流路構造やヘッド製造方法は、気泡の発生に伴って発
生するバック波（吐出口へ向かう方向とは逆の方向へ向
かう圧力、即ち、液室１２へ向かう圧力）に着目した発
明である。このバック波は、吐出方向へ向かうエネルギ
ーでないため損失エネルギーとして知られている。

【００１０】図３２、（ａ），（ｂ）に示す発明は、発
熱素子２が形成する気泡の発生領域よりも離れ且つ、発
熱素子２に関して吐出口１１とは反対側に位置する弁１
０を開示する。

【００１１】図３２（ｂ）においては、この弁１０は、
板材等を利用する製造方法によって、流路３の天井に貼
り付いたように初期位置を持ち、気泡の発生に伴って流
路３内へ垂れ下がるものとして開示されている。この発
明は、上述したバック波の一部を弁１０によって制御す
ることでエネルギー損失を抑制するものとして開示され
ている。

【００１２】しかしながら、この構成において、吐出す
べき液体を保持する流路３内部に、気泡が発生した際を
検討するとわかるように、弁１０によるバック波の一部
を抑制することは、液体吐出にとっては実用的なもので
ないことがわかる。

【００１３】もともとバック波自体は、前述したように
吐出に直接関係しないものである。このバック波が流路
３内に発生した時点では、図３２（ａ）に示すように、
気泡のうち吐出に直接関係する圧力はすでに流路３から
液体を吐出可能状態にしている。従って、バック波のう
ち、しかもその一部を抑制したからといっても、吐出に
大きな影響を与えないことは明らかである。

【００１４】他方、バブルジェット記録方法において
は、発熱体がインクに接した状態で加熱を繰り返すた
め、発熱体の表面にインクの焦げによる堆積物が発生す
るが、インクの種類によってはこの堆積物が多く発生す
ることで、気泡の発生を不安定にしてしまい、良好なイ
ンクの吐出を行うことが困難な場合があった。また、吐
出すべき液体が熱によって劣化しやすい液体の場合や十
分に発泡が得られにくい液体の場合においても、吐出す
べき液体を変質させず、良好に吐出するための方法が望
まれていた。

【００１５】このような観点から、熱により気泡を発生
させる液体（発泡液）と吐出する液体（吐出液）とを別
液体とし、発泡による圧力を吐出液に伝達することで吐
出液を吐出する方法が、特開昭６１−６９４６７号公
報、特開昭５５−８１１７２号公報、ＵＳＰ４，４８
０，２５９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。

【００１６】しかしながら、前述のように吐出液と発泡
液とを完全分離する構成のヘッドにおいては、発泡時の
圧力を可撓性膜の伸縮変形によって吐出液に伝える構成
であるため、発泡による圧力を可撓性膜がかなり吸収し
てしまう。また、可撓性膜の変形量もあまり大きくない
ため、吐出液と発泡液とを分離することによる効果を得
ることはできるものの、エネルギー効率や吐出力が低下
してしまう虞があった。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】本発明者達の一部は、
先に、従来では考えられなかった観点から、気泡（特に
膜沸騰に伴う気泡）を液流路中に形成して液体を吐出す
る方式の根本的な吐出特性を、従来では予想できない水
準に高める技術を提案した（特願平１−４１０９号）。

【００１８】すなわち、発明者達の一部は、液滴吐出の
原理に立ち返り、従来では得られなかった気泡を利用し
た新規な液滴吐出方法及びそれに用いられるヘッド等を
提供すべく鋭意研究を行った。このとき、流路中の可動
部材の機構の原理を解析すると言った液流路中の可動部
材の動作を起点とする第１技術解析、及び気泡による液
滴吐出原理を起点とする第２技術解析、さらには、気泡
形成用の発熱体の気泡形成領域を起点とする第３解析を
行った。

【００１９】これらの解析によって、可動部材の支点と
自由端の配置関係を吐出口側つまり下流側に自由端が位
置する関係にすること、また可動部材を発熱体もしく
は、気泡発生領域に面して配することで積極的に気泡を
制御する全く新規な技術を確立するに至った。

【００２０】つぎに、気泡自体が吐出量に与えるエネル
ギーを考慮すると、気泡の下流側の成長成分を考慮する
ことが吐出特性を格段に向上できる要因として最大であ
るとの知見に至った。つまり、気泡の下流側の成長成分
を吐出方向へ効率よく変換させることこそ吐出効率、吐
出速度の向上をもたらすことも判明した。このことか
ら、発明者らは気泡の下流側の成長成分を積極的に可動
部材の自由端側に移動させるという従来の技術水準に比
べ極めて高い技術水準に至った。

【００２１】さらに、気泡を形成するための発熱領域、
例えば電気熱変換体の液体の流れ方向の面積中心を通る
中心線から下流側、あるいは、発泡を司る面における面
積中心等の気泡下流側の成長にかかわる可動部材や液流
路等の構造的要素を勘案することも好ましいということ
がわかった。

【００２２】また、一方、可動部材の配置と液供給路の
構造を考慮することで、リフィル速度を大幅に向上する
ことができることがわかった。

【００２３】本発明者達の一部は、このように研究で得
られた知見および、総合的観点から、優れた液体の吐出
原理を見い出すことによって、先の提案（特開平７−４
１０９号）を成すに至った。

【００２４】本発明は、このような先の提案に関連して
成されたものであり、その目的は、可動部材を用いる新
規な吐出原理に基づく液体の吐出方式において、種々の
使用状況に対応すべく作動状態の多様化を図ることにあ
る。

【００２５】

【課題を解決するための手段】本発明の液体吐出ヘッド
の第１の形態は、液体を吐出する吐出口と、液体に気泡
を発生させる気泡発生領域と、前記気泡発生領域に面し
て配され、第１の位置と該第１の位置よりも気泡発生領
域から遠い第２の位置との間を変位可能な可動部材とを
有し、該可動部材を、前記気泡発生領域での気泡の発生
に基づく圧力によって、前記第１の位置から前記第２の
位置へ変位させ、前記可動部材の変位によって前記気泡
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
せることで液体を吐出する液体吐出ヘッドであって、前
記可動部材を前記第１、第２の位置の少なくとも一方の
方向に強制変位可能な変位強制手段を備えたことを特徴
とする。

【００２６】本発明の液体吐出ヘッドの第２の形態は、
流路中に配された発熱体に沿って該発熱体より上流側か
ら液体を供給し、供給された液体に発熱体で発生した熱
を作用させることで気泡を生じさせ、該気泡の発生に基
づく圧力によって、前記発熱体に面して配されて前記液
体の吐出口側に自由端を有する可動部材の自由端を変位
させ、該可動部材の変位によって前記圧力を吐出口側に
導くことで液体を吐出する液体吐出ヘッドであって、前
記可動部材を強制変位可能な変位強制手段を備えたこと
を特徴とする。

【００２７】本発明の液体吐出ヘッドの第３の形態は、
吐出口に連通する第１の液流路と、気泡発生領域を有す
る第２の液流路と、前記吐出口側に自由端を有し前記第
１の液流路と前記気泡発生領域との間に配された可動部
材とを有し、前記気泡発生領域に気泡を発生させ、該気
泡の発生による圧力に基づいて前記可動部材の自由端を
前記第１の液流路側に変位させ、該可動部材の変位によ
って前記圧力を前記第１の液流路の吐出口側に導くこと
で液体を吐出する液体吐出ヘッドであって、前記可動部
材を前記第１、第２の流路側の少なくとも一方の方向に
強制変位可能な変位強制手段を備えたことを特徴とす
る。

【００２８】本発明の液体吐出方法の第１の形態は、第
１から第３の形態のいずれかの液体吐出ヘッド用い、前
記気泡発生領域にて気泡を発生させることによって前記
吐出口から前記液体を吐出させる液体吐出方法であっ
て、前記液体吐出ヘッドの作動形態に応じて前記変位強
制手段を制御することを特徴とする。

【００２９】本発明の液体吐出方法の第２の形態は、第
１から第３の形態のいずれかの液体吐出ヘッドを用い、
前記気泡発生領域にて気泡を発生させることによって前
記吐出口から前記液体を吐出させる液体吐出方法であっ
て、前記変位強制手段を制御すると共に、前記吐出口か
ら液体を排出させることを特徴とする。

【００３０】本発明の液体吐出方法の第３の形態は、第
３の形態の液体吐出ヘッドを用い、前記気泡発生領域に
て気泡を発生させることによって前記吐出口から前記液
体を吐出させる液体吐出方法であって、前記液体吐出ヘ
ッドの作動形態に応じて前記変位強制手段を制御し、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一液体であることを特徴とする。

【００３１】本発明の液体吐出方法の第４の形態は、第
３の形態の液体吐出ヘッドを用い、前記気泡発生領域に
て気泡を発生させることによって前記吐出口から前記液
体を吐出させる液体吐出方法であって、前記液体吐出ヘ
ッドの作動形態に応じて前記変位強制手段を制御し、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。

【００３２】本発明の液体吐出方法の第５の形態は、第
３の形態の液体吐出ヘッドを用い、前記気泡発生領域に
て気泡を発生させることによって前記吐出口から前記液
体を吐出させる液体吐出方法であって、前記液体吐出ヘ
ッドの作動形態に応じて前記変位強制手段を制御し、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、低粘度性、発泡性、熱安定性
の少なくとも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。

【００３３】本発明の液体吐出装置の第１の形態は、第
１から第３の形態のいずれかの液体吐出ヘッドを用い、
前記気泡発生領域にて気泡を発生させることによって前
記吐出口から前記液体を吐出させる液体吐出装置であっ
て、前記液体吐出ヘッドの作動形態に応じて前記変位強
制手段を制御する制御手段を備えたことを特徴とする。

【００３４】本発明の液体吐出装置の第２の形態は、第
１から第３の形態のいずれかの液体吐出ヘッドを用い、
前記気泡発生領域にて気泡を発生させることによって前
記吐出口から前記液体を吐出させる液体吐出装置であっ
て、前記変位強制手段を制御すると共に、前記吐出口か
ら液体を排出させる制御手段を備えたことを特徴とす
る。

【００３５】本発明の液体吐出装置の第３の形態は、第
３の形態の液体吐出ヘッドを用い、前記気泡発生領域に
て気泡を発生させることによって前記吐出口から前記液
体を吐出させる液体吐出装置であって、前記液体吐出ヘ
ッドの作動形態に応じて前記変位強制手段を制御する制
御手段を備え、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一液体であるこ
とを特徴とする。

【００３６】本発明の液体吐出装置の第４の形態は、第
３の形態の液体吐出ヘッドを用い、前記気泡発生領域に
て気泡を発生させることによって前記吐出口から前記液
体を吐出させる液体吐出装置であって、前記液体吐出ヘ
ッドの作動形態に応じて前記変位強制手段を制御する制
御手段を備え、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装置。

【００３７】本発明の液体吐出装置の第５の形態は、第
３の形態の液体吐出ヘッドを用い、前記気泡発生領域に
て気泡を発生させることによって前記吐出口から前記液
体を吐出させる液体吐出装置であって、前記液体吐出ヘ
ッドの作動形態に応じて前記変位強制手段を制御する制
御手段を備え、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、低粘度性、
発泡性、熱安定性の少なくとも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。

【００３８】なお、本発明の説明で用いる「上流」「下
流」とは、液体の供給源から気泡発生領域（又は可動部
材）を経て、吐出口へ向かう液体の流れ方向に関して、
又はこの構成上の方向に関しての表現として表されてい
る。

【００３９】また、気泡自体に関する「下流側」とは、
主として液滴の吐出に直接作用するとされる気泡の吐出
口側部分を代表する。より具体的には気泡の中心に対し
て、上記流れ方向や上記構成上の方向に関する下流側、
又は、発熱体の面積中心より下流側の領域で発生する気
泡を意味する。

【００４０】また、本発明の説明で用いる「実質的に密
閉」とは、気泡が成長するとき、可動部材が変位する前
に可動部材の周囲の隙間（スリット）から気泡がすり抜
けない程度の状態を意味する。

【００４１】さらに、本発明でいう「分離壁」とは、広
義では気泡発生領域と吐出口に直接連通する領域とを区
分するように介在する壁（可動部材を含んでもよい）を
意味し、狭義では気泡発生領域を含む流路を吐出口に直
接連通する液流路とを区分し、それぞれの領域にある液
体の混合を防止するものを意味する。

【００４２】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
実施形態を（液体吐出部の基本構成の形態）、（可動部
材の強制変位手段を備えた形態）、および（他の実施形
態）に分けて詳細に説明する。

【００４３】（液体吐出部の基本構成の形態１）まず、
液体を吐出するための気泡に基づく圧力の伝搬方向や気
泡の成長方向を制御することで、液体の吐出力や吐出効
率の向上を図る場合の例について説明する。

【００４４】図１は、このような本実施形態の液体吐出
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。

【００４５】本実施形態の液体吐出ヘッドは、液体を吐
出するための吐出エネルギー発生素子として、液体に熱
エネルギーを作用させる発熱体２（本実施形態において
は４０μｍ×１０５μｍの形状の発熱抵抗体）が素子基
板１に設けられており、この素子基板１上には、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１
０に液体を供給するための共通液室１３に連通してお
り、吐出口１８から吐出された液体に見合う量の液体を
この共通液室１３から受け取る。

【００４６】この液流路１０における素子基板１上に
は、前述の発熱体２に対向するように面して、金属等の
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
３１の一端は、液流路１０の壁や素子基板１上に感光性
樹脂などをパターニングして形成した土台（支持部材）
３４等に固定されている。これによって、可動部材３１
は保持されると共に支点（支点部分）３３を構成してい
る。

【００４７】この可動部材３１は、液体の吐出動作によ
って共通液室１３から可動部材３１を経て吐出口１８側
へ流れる大きな流れの上流側に支点（支点部分；固定
端）３３を持ち、この支点３３に対して下流側に自由端
（自由端部分）３２を持つように、発熱体２に面した位
置にて発熱体２を覆うような状態で発熱体２から１５μ
ｍ程度の距離を隔てて配されている。この発熱体２と可
動部材３１との間が気泡発生領域１１となる。なお発熱
体２、可動部材３１の種類や形状および配置はこれに限
られることなく、後述するように気泡の成長や圧力の伝
搬を制御し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
のために、可動部材３１を境にして直接吐出口１８に連
通している部分の第１の液流路１４と、気泡発生領域１
１や液体供給路１２を有する部分の第２の液流路１６と
の２つの領域に分けて説明する。

【００４８】発熱体２を発熱させることで可動部材３１
と発熱体２との間の気泡発生領域１１の液体に熱を作用
し、液体にＵＳＰ４，７２３，１２９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３１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１８側に大きく
開くように変位する。可動部材３１の変位若しくは変位
した状態によって、気泡の発生に基づく圧力の伝搬や気
泡自身の成長が吐出口側に導かれる。

【００４９】ここで、本発明におけ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１
つは、気泡に対面するように配された可動部材３１が気
泡の圧力あるいは気泡自体に基づいて、定常状態の第１
の位置から変位後の位置である第２の位置へ変位し、こ
の変位する可動部材３１によって、気泡の発生に伴う圧
力や気泡自身を吐出口１８が配された下流側へ導くこと
である。

【００５０】この原理を、可動部材３１を用いない従来
の液流路構造を模式的に示した図３と本発明の図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
１８方向への圧力の伝搬方向をＶＡ、上流側への圧力の
伝搬方向をＶＢとして示した。

【００５１】図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線方向となり様々な方向を
向いていた。このうち、特に液吐出に最も影響を及ぼす
ＶＡ方向に圧力伝搬方向の成分を持つものは、Ｖ１〜Ｖ
４即ち気泡４０のほぼ半分の位置より吐出口１８に近い
部分の圧力伝搬の方向成分であり、液吐出効率、液吐出
力、吐出速度等に直接寄与する重要な部分である。さら
に、Ｖ１は吐出方向ＶＡの方向に最も近いため効率よく
働き、逆にＶ４はＶＡに向かう方向成分は比較的少な
い。

【００５２】これに対して、図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４０の圧力伝搬方向Ｖ１〜Ｖ４を下流
側（吐出口側）へ導き、ＶＡの圧力伝搬方向に変換する
ものであり、これにより気泡４０の圧力が直接的に効率
よく吐出に寄与することになる。そして、気泡４０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４０の成長方向自体を可動部材３１によって制
御し、気泡４０の圧力伝搬方向を制御することで、吐出
効率や吐出力また吐出速度等の根本的な向上を達成する
ことができる。

【００５３】次に図１に戻って、本実施形態の液体吐出
ヘッドの吐出動作について詳しく説明する。

【００５４】図１（ａ）は、発熱体２に電気エネルギー
等のエネルギーが印加される前の状態であり、発熱体２
が熱を発生する前の状態である。ここで重要なことは、
可動部材３１が、発熱体２の発熱によって発生した気泡
４０に対し、この気泡４０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
４０の下流側が可動部材３１に作用するように、液流路
構造上では少なくとも発熱体２の面積中心３より下流
（発熱体２の面積中心３を通って流路の長さ方向に直交
する線より下流）の位置まで可動部材３１が配されてい
る。

【００５５】図１（ｂ）は、発熱体２に電気エネルギー
等が印加されて発熱体２が発熱し、発生した熱によって
気泡発生領域１１内を満たす液体の一部を加熱し、膜沸
騰に伴う気泡４０を発生させた状態である。

【００５６】このとき可動部材３１は気泡４０の発生に
基づく圧力により、気泡４０の圧力の伝搬方向を吐出口
１８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３
１の自由端３２を下流側（吐出口側）に配置し、支点３
３を上流側（共通液室側）に位置するように配置して、
可動部材３１の少なくとも一部を発熱体２の下流部分す
なわち気泡４０の下流部分に対面させることである。

【００５７】図１（ｃ）は気泡４０がさらに成長した状
態であるが、気泡４０の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４０は、
上流より下流に大きく成長すると共に可動部材３１の第
１の位置（点線位置）を越えて大きく成長している。こ
のように気泡４０の成長に応じて可動部材３１が徐々に
変位して行くことで、気泡４０の圧力伝搬方向や堆積移
動のしやすい方向、すなわち自由端３２側への気泡４０
の成長方向を吐出口１８に均一的に向かわせることがで
きることも吐出効率を高めると考えられる。可動部材３
１は、気泡４０や発泡圧を吐出口１８方向へ導く際もこ
の伝達の妨げになることはほとんどなく、伝搬する圧力
の大きさに応じて効率よく圧力の伝搬方向や気泡４０の
成長方向を制御することができる。

【００５８】図１（ｄ）は気泡４０が、前述した膜沸騰
の後、気泡内部圧力の減少によって収縮し、消滅する状
態を示している。

【００５９】第２の位置まで変位していた可動部材３１
は、気泡４０の収縮による負圧と可動部材３１自身のば
ね性による復元力によって図１（ａ）の初期位置（第１
の位置）に復帰する。また、消泡時には、気泡発生領域
１１での気泡４０の収縮体積を補うため、また吐出され
た液体の体積分を補うために、上流側（Ｂ）すなわち共
通液室１３側から流れのＶＤ１、ＶＤ２のように、また
吐出口１８側から流れのＶｃのように液体が流れ込んで
くる。

【００６０】以上、気泡４０の発生に伴う可動部材３１
の動作と液体の吐出動作について説明したが、以下に、
その液体吐出ヘッドにおける液体のリフィルについて詳
しく説明する。

【００６１】図１を用いて、本発明における液供給メカ
ニズムをさらに詳しく説明する。

【００６２】図１（ｃ）の後、気泡４０が最大体積の状
態を経て消泡過程に入ったときには、消泡した体積を補
う体積の液体が、第１液流路１４の吐出口１８側と第２
液流路１６の共通液室側１３から気泡発生領域１１に流
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
通液室側から流れ込む液体の量は、気泡発生領域より吐
出口に近い部分と共通液室に近い部分との流抵抗の大き
さに起因する（流路抵抗と液体の慣性に基づくものであ
る）。

【００６３】このため、吐出口に近い側の流抵抗が小さ
い場合には、多くの液体が吐出口側から消泡位置に流れ
込み、メニスカスの後退量が大きくなることになる。特
に、吐出効率を高めるために吐出口に近い側の流抵抗を
小さくして吐出効率を高めようとするほど、消泡時のメ
ニスカス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。

【００６４】これに対して、本実施形態は可動部材３１
を設けたため、気泡４０の体積Ｗを可動部材３１の第１
位置を境に上側をＷ１、気泡発生領域１１側をＷ２とし
た場合、消泡時に可動部材３１が元の位置に戻った時点
でメニスカスの後退は止まり、その後、残ったＷ２の体
積分の液体供給は主に第２流路１６の流れＶＤ２からの
液供給によって成される。これにより、従来、気泡Ｗの
体積の半分程度に対応した量がメニスカスの後退量にな
っていたのに対して、それより少ないＷ１の半分程度の
メニスカス後退量に抑えることが可能になった。

【００６５】さらに、Ｗ２の体積分の液体供給は、消泡
時の圧力を利用して可動部材３１の発熱体側の面に沿っ
て主に第２液流路の上流側（ＶＤ２）から強制的に行う
ことができるため、より速いリフィルを実現できた。

【００６６】ここで特徴的なことは、従来のヘッドで消
泡時の圧力を用いたリフィルを行った場合、メニスカス
の振動が大きくなってしまい画像品位の劣化につながっ
ていたが、本実施形態の高速リフィルにおいては、可動
部材３１によって、吐出口１８側の第１液流路１４の領
域と気泡発生領域１１の吐出口側での液体の流通が抑制
されるため、メニスカスの振動を極めて少なくすること
ができることである。

【００６７】このように本発明は、第２流路１６の液供
給路１２を介しての発泡領域への強制リフィルと、上述
したメニスカス後退や振動の抑制によって高速リフィル
を達成することで、吐出の安定や高速繰り返し吐出、ま
た記録の分野に用いた場合、画質の向上や高速記録を実
現することができる。

【００６８】本発明の構成においては、さらに次のよう
な有効な機能を兼ね備えている。それは、気泡４０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４０の内、共通
液室１３側（上流側）の気泡による圧力は、その多く
が、上流側に向かって液体を押し戻す力（バック波）に
なっていた。このバック波は、上流側の圧力と、それに
よる液移動量、そして液移動に伴う慣性力を引き起こ
し、これらは液体の液流路内へのリフィルを低下させ高
速駆動の妨げにもなっていた。本発明においては、まず
可動部材３１によって上流側へのこれらの作用を抑える
ことでもリフィル供給性の向上をさらに図っている。

【００６９】次に、本実施形態の更なる特徴的な構造と
効果について、以下に説明する。

【００７０】本実施形態の第２液流路１６は、発熱体２
の上流に発熱体２と実質的に平坦につながる（発熱体表
面が大きく落ち込んでいない）内壁を持つ液体供給路１
２を有している。このような場合、気泡発生領域１１お
よび発熱体２の表面への液体の供給は、可動部材３１の
気泡発生領域１１に近い側の面に沿って、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、本実施形態では、実質的に平坦な内壁
を持つ液体供給路１２を有するものとして説明したが、
これに限らず、発熱体２の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２
上に液体の淀みや、液体の供給に大きな乱流を生じない
形状であればよい。

【００７１】また、気泡発生領域１１への液体の供給
は、可動部材３１の側部（スリット３５）を介してＶＤ
１から行われるものもある。しかし、気泡発生時の圧力
をさらに有効に吐出口１８に導くために、図１で示すよ
うに気泡発生領域１１の全体を覆う（発熱体面を覆う）
ように大きな可動部材３１を用い、可動部材３１が第１
の位置へ復帰することで、気泡発生領域１１と第１液流
路１４の吐出口１８に近い領域との液体の流抵抗が大き
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、
本発明のヘッド構造においては、気泡発生領域１１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１
１を覆うような吐出効率向上を求めた構造を採っても、
液体の供給性能を落とすことがない。

【００７２】ところで、可動部材３１の自由端３２と支
点３３の位置は、例えば図５で示されるように、自由端
３２が相対的に支点３３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４０の圧力伝搬
方向や成長方向を吐出口１８側に導く等の機能や効果を
効率よく実現できるのである。さらに、この位置関係は
吐出に対する機能や効果のみならず、液体の供給の際に
も液流路１０を流れる液体に対する流抵抗を小さくしで
き高速にリフィルできるという効果を達成している。こ
れは図５に示すように、液体の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
３２と支点３３とを配置しているためである。

【００７３】補足すれば、本実施形態の図１において
は、前述のように可動部材３１の自由端３２が、発熱体
２を上流側領域と下流側領域とに２分する面積中心３
（発熱体２の面積中心（中央）を通り液流路の長さ方向
に直交する線）より下流側の位置に対向するように発熱
体２に対して延在している。これによって、発熱体２の
面積中心位置３より下流側で発生する液体の吐出に大き
く寄与する圧力、又は気泡４０を可動部材３１が受け、
この圧力及び気泡を吐出口１８側に導くことができ、吐
出効率や吐出力を根本的に向上させることができる。

【００７４】さらに、加えて上記気泡４０の上流側をも
利用して多くの効果を得ている。

【００７５】また、本実施形態の構成においては可動部
材３１の自由端３２が瞬間的な機械的変位を行っている
ことも、液体の吐出に対して有効に寄与している考えら
れる。

【００７６】（液体吐出部の基本構成の形態２）図６
に、本発明における液体吐出部の基本構成の第２の実施
形態を示す。この図６において、Ａは可動部材３１が変
位している状態を示し（気泡は図示せず）、Ｂは可動部
材３１が初期位置（第１位置）の状態を示し、このＢの
状態をもって、気泡発生領域１１を吐出口１８に対して
実質的に密閉しているとする（ここでは、図示していな
いがＡ、Ｂ間には流路壁があり流路と流路を分離してい
る）。

【００７７】図６における可動部材３１は、側部に土台
３４を２点設け、その間に液供給路１２を設けている。
これにより、可動部材３１の発熱体２側の面に沿って、
また発熱体２の面と実質的に平坦もしくはなだらかにつ
ながる面を持つ液供給路から、液体の供給を成すことが
できる。

【００７８】ここで、可動部材３１の初期位置（第１位
置）では、可動部材３１は、発熱体２の下流側および横
方向に配された発熱体下流壁３６と発熱体側壁３７に近
接または密着しており、気泡発生領域１１の吐出口１８
側に実質的に密閉されている。このため、発泡時の気泡
の圧力、特に気泡の下流側の圧力を逃がさず可動部材３
１の自由端３２側に集中的に作用させることができる。

【００７９】また、消泡時には、可動部材３１は第１位
置に戻り、発熱体２上への消泡時の液供給に際しては、
気泡発生領域１１の吐出口１８側が実質的に密閉状態に
なるため、メニスカスの後退抑制等、先の実施形態で説
明した種々の効果を得ることができる。また、リフィル
に関する効果においても先の実施形態と同様の機能、効
果を得ることができる。

【００８０】また、本実施形態においては、図２や図６
のように、可動部材３１を支持固定する土台３４を発熱
体２より離れた上流に設けると共に、液流路１０より小
さな幅の土台３４とすることで、前述のような液供給路
１２への液体の供給を行っている。また、土台３４の形
状のこれに限らず、リフィルをスムースに行えるもので
あればよい。

【００８１】なお、本実施形態においては可動部材３１
と発熱体２の間隔を１５μｍ程度としたが、気泡の発生
に基づく圧力が十分に可動部材３１に伝わる範囲であれ
ばよい。

【００８２】（液体吐出部の基本構成の形態３）図７
は、本発明の基本的な概念の一つを示すもので、本発明
における液体吐出部の基本構成の第３の実施形態とな
る。図７は、一つの液流路中の気泡発生領域、そこで発
生する気泡および可動部材との位置関係を示していると
共に、液体吐出方法やリフィル方法をより分かり易くし
た実施形態である。

【００８３】前述の実施形態の多くは、可動部材３１の
自由端３２に対して、発生する気泡４０の圧力を集中し
て、急峻な可動部材３１の移動と同時に気泡４０の移動
を吐出口１８側に集中させることを達成している。これ
に対して、本実施形態は、発生する気泡４０の自由度を
与えながら、液体の吐出に直接作用する気泡４０の吐出
口１８側である気泡４０の下流側部分を、可動部材３１
の自由端３２側で規制するものである。

【００８４】構成上で説明すると、図７では、前述の図
２（第１実施形態）に比較すると、図２の素子基板１上
に設けられた気泡発生領域１１の下流端に位置するバリ
ヤーとしての凸部（図の斜線部分）が本実施形態では設
けられていない。つまり、可動部材３１の自由端領域お
よび両側端領域は、吐出口領域に対して気泡発生領域１
１を実質的に密閉せずに開放しており、この構成が本実
施形態である。

【００８５】本実施形態では、気泡の液滴吐出に直接作
用する下流側部分の内、下流側先端部の気泡成長が許容
されているので、その圧力成分を吐出に有効に利用して
いる。加えて少なくともこの下流側部分の上方へ向かう
圧力（図３のＶＢ、ＶＢ、ＶＢの分力）を可動部材３１
の自由端側部分が、この下流側先端部の気泡成長に加え
られるように作用するため吐出効率が上述した実施形態
と同様に向上する。前記実施形態に比較して本実施形態
は、発熱体２の駆動に対する応答性が優れている。

【００８６】また、本実施形態は、構造上簡単であるた
め製造上の利点がある。

【００８７】本実施形態の可動部材３１の支点部は、可
動部材３１の面部に対して小さい幅の１つの土台３４に
固定されている。従って、消泡時の気泡発生領域１１へ
の液体供給は、この土台３４の両側を通って供給される
（図の矢印参照）。この土台３４は、液体の供給性を確
保するものであればどのような構造でもよい。

【００８８】液体の供給時におけるリフィルは、本実施
形態の場合には、可動部材３１の存在によって、気泡の
消泡にともなって上方から気泡発生領域１１へ流れ込む
液体の流れが制御されるので、従来の発熱体のみの気泡
発生構造に対して優れたものとなる。無論、これによっ
て、メニスカスの後退量を減じることもできる。

【００８９】本第３実施形態の変形実施形態としては、
可動部材３１の自由端３２に対する両側端（一方でも
可）のみを気泡発生領域１１に対して実質的に密閉状態
とすることが好ましいものとして挙げられる。この構成
によれば、可動部材３１の側方へ向かう圧力をも先に説
明した気泡の吐出口側端部の成長に変更して利用するこ
とができるので、一層吐出効率が向上する。

【００９０】（液体吐出部の基本構成の形態４）前述し
た機械的変位による液体の吐出力をさらに向上させた例
を本実施形態で説明する。図８は、このようなヘッド構
造の横断面図である。図８においては、可動部材３１の
自由端３２の位置が発熱体２のさらに下流側に位置する
ように、可動部材３１が延在している実施形態を示して
いる。これによって、自由端３２位置での可動部材３１
の変位速度を高くすることができ、可動部材３１の変位
による吐出力の発生をさらに向上させることができる。

【００９１】また、自由端３２が先の実施形態に比較し
て吐出口１８側に近づくことになるので、気泡４０の成
長をより安定した方向成分に集中させて、より優れた吐
出を行うことができる。

【００９２】また、気泡４０の圧力中心部の気泡成長速
度に応じて、可動部材３１は変位速度Ｒ１で変位する
が、この位置より支点３３に対して、遠い位置の自由端
３２はさらに速い速度Ｒ２で変位する。これにより、自
由端３２を高い速度で機械的に液体に作用せしめて液移
動を起こさせることで吐出効率を高めている。

【００９３】また、自由端３２の形状は、図７と同じよ
うに液流れに対して垂直な形状とすることにより、気泡
４０の圧力や可動部材３１の機械的な作用をより効率的
に吐出に寄与させることができる。

【００９４】（液体吐出部の基本構成の形態５）図９
（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、本発明における液体吐出部
の基本構成の第５実施形態である。

【００９５】本実施形態の構造は先の実施形態と異な
り、吐出口１８と直接連通する領域は液室１３側と連通
した流路形状となっておらず、構造の簡略化が図れるも
のである。

【００９６】液供給は全て、可動部材３１の気泡発生領
域１１側の面に沿った液供給路１２からのみ行われるも
ので、可動部材３１の自由端３２や支点３３の吐出口１
８に対する位置関係や発熱体２に面する構成は前述の実
施形態と同様である。

【００９７】本実施形態は、吐出効率や液供給性等、前
述した効果を実現するものであるが、特にメニスカスの
後退を抑制し、ほとんど全ての液供給を消泡時の圧力を
利用して強制リフィルを行うものである。

【００９８】図９（ａ）は、発熱体２により液体を発泡
させた状態を示しており、図９（ｂ）は、気泡４０が収
縮しつつある状態を示し、このとき可動部材３１の初期
位置への復帰とＳ３による液供給が行われる。

【００９９】図９（ｃ）では、可動部材３１が初期位置
に復帰する際のわずかなメニスカス後退Ｍを、消泡後に
吐出口１８付近の毛細管力によって、リフィルしている
状態である。

【０１００】（液体吐出部の基本構成の形態６）次に、
本発明における液体吐出部の基本構成の第６実施形態に
ついて説明する。

【０１０１】本実施形態においても主たる液体の吐出原
理については先の実施形態と同じであるが、本実施形態
においては液流路を複流路構成にすることで、熱を加え
ることで発泡させる液体（発泡液）と、主として吐出さ
れる液体（吐出液）とを分けることができるものであ
る。

【０１０２】図１０は、本実施形態の液体吐出ヘッドの
流路方向の断面模式図を示しており、図１１はこの液体
吐出ヘッドの部分破断斜視図を示している。

【０１０３】本実施形態の液体吐出ヘッドは、液体に気
泡を発生させるための熱エネルギーを与える発熱体２が
設けられた素子基板１上に、発泡用の第２液流路１６が
あり、その上に吐出口１８に直接連通した吐出液用の第
１液流路１４が配されている。

【０１０４】第１液流路１４の上流側は、複数の第１液
流路１４に吐出液を供給するための第１共通液室１５に
連通しており、第２液流路１６の上流側は、複数の第２
液流路１６に発泡液を供給するための第２共通液室に連
通している。

【０１０５】但し、発泡液と吐出液を同じ液体とする場
合には、共通液室を一つにして共通化させてもよい。

【０１０６】第１と第２の液流路１４、１６の間には、
金属等の弾性を有する材料で構成された分離壁３０が配
されており、第１液流路１４と第２の液流路１６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３０に
よってできる限り完全に第１液流路１４と第２液流路１
６の液体の流通を分離した方がよいが、発泡液と吐出液
とがある程度混ざり合っても問題がない場合には、分離
壁３０に完全分離の機能を持たせなくてもよい。

【０１０７】発熱体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１０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３０は、
スリット３５によって吐出口側（液体の流れの下流側）
が自由端となりかつ共通液室（１５、１７）側に支点３
３が位置する片持梁形状の可動部材３１となっている。
この可動部材３１は、気泡発生領域１１（Ｂ）に面して
配されているため、発泡液の発泡によって第１液流路１
４の吐出口１８側に向けて開口するように動作する（図
中矢印方向）。図１１においても、発熱体２としての発
熱抵抗部と、この発熱抵抗部に電気信号を印加するため
の配線電極５とが配された素子基板１上に、第２の液流
路１６を構成する空間を介して分離壁３０が配置されて
いる。

【０１０８】可動部材３１の支点３３、自由端３２の配
置と、発熱体２との配置の関係については、先の実施形
態と同様にしている。

【０１０９】また、先の実施形態で液供給路１２と発熱
体２との構造の関係について説明したが、本実施形態に
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。

【０１１０】次に図１２を用いて本実施形態の液体吐出
ヘッドの動作を説明する。

【０１１１】ヘッドを駆動させるにあたっては、第１液
流路１４に供給される吐出液と第２の液流路１６に供給
される発泡液として同じ水系のインクを用いて動作させ
た。

【０１１２】発熱体２が発生した熱が、第２液流路１６
の気泡発生領域１１内の発泡液に作用することで、先の
実施形態で説明したのと同様に、発泡液にＵＳＰ４，７
２３，１２９に記載されているような膜沸騰現象に基づ
く気泡４０を発生させる。

【０１１３】本実施形態においては、気泡発生領域１１
の上流側を除く、３方からの発泡圧の逃げがないため、
この気泡発生にともなう圧力が吐出圧発生部に配された
可動部材６側に集中して伝搬し、気泡４０の成長をとも
なって可動部材６が図１２（ａ）の状態から図１２
（ｂ）のように第１液流路１４側に変位する。この可動
部材３１の動作によって第１液流路１４と第２液流路１
６とが大きく連通し、気泡４０の発生に基づく圧力が第
１液流路１４の吐出口１８側の方向（Ａ方向）に主に伝
わる。この圧力の伝搬と、前述のような可動部材３１の
機械的変位によって液体が吐出口１８から吐出される。

【０１１４】次に、気泡４０が収縮するに伴って可動部
材３１が図１２（ａ）の位置まで戻ると共に、第１液流
路１４では、吐出された吐出液体の量に見合う量の吐出
液体が上流側から供給される。本実施形態においても、
この吐出液体の供給は前述の実施形態と同様に可動部材
３１が閉じる方向であるため、吐出液体のリフィルを可
動部材３１で妨げることがない。

【０１１５】本実施形態は、可動部材３１の変位に伴う
発泡圧力の伝搬、気泡４０の成長方向、バック波の防止
等に関する主要部分の作用や効果については先の第１実
施形態等と同じであるが、本実施形態のような２流路構
成をとることによって、さらに次のような長所がある。

【０１１６】すなわち、上述の実施形態の構成による
と、吐出液と発泡液とを別液体とし、発泡液の発泡で生
じた圧力によって吐出液を吐出することができる。この
ため従来、熱を加えても発泡が十分に行われにくく吐出
力が不十分であったポリエチレングリコール等の高粘度
の液体であっても、この液体を第１の液流路１４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）や低沸点の液体
を第２の液流路１６に供給することで良好に吐出させる
ことができる。

【０１１７】また、発泡液として、熱を受けても発熱体
２の表面にコゲ等の堆積物を生じない液体を選択するこ
とで、発泡を安定化し、良好な吐出を行うことができ
る。

【０１１８】さらに、本実施形態のヘッドの構造におい
ては先の実施形態で説明したような効果をも生じるた
め、さらに高吐出効率、高吐出力で高粘性液体等の液体
を吐出することができる。

【０１１９】また、加熱に弱い液体の場合においてもこ
の液体を第１の液流路１４に吐出液として供給し、第２
の液流路１６で熱的に変質しにくく良好に発泡を生じる
液体を供給すれば、加熱に弱い液体に熱的な害を与える
ことなく、しかも上述のように高吐出効率、高吐出力で
吐出することができる。

【０１２０】（可動部材の強制変位手段を備えた形態）
本形態例では、図３３のように可動部材３１を第２の液
流路１６側に強制変位させるための強制変位手段として
の下部電磁石７０１と、図３４のように可動部材３１を
第１の液流路１４側に強制変位させるための強制変位手
段としての上部電磁石７０２とを備えた構成となってい
る。

【０１２１】すなわち、可動部材３１は磁性体によって
構成されており、図３３のように下部電磁石７０１が通
電励磁されたときに、その電磁力により吸引されて第２
の液流路１６側に強制変位され、また図３４のように上
部電磁石７０２が通電励磁されたときに、その電磁力に
より吸引されて第１の液流路１４側に強制変位されるよ
うになっている。そして、下部電磁石７０１が連続通電
されることによって、可動部材３１は図３３のような強
制変位された拘束状態（以下、「下側拘束状態」）に維
持され、上部電磁石７０２が連続通電されることによっ
て、可動部材３１は図３４のような強制変位された拘束
状態（上側拘束状態）に維持される。可動部材３１の下
側拘束状態においては、図３３のように、第２の液流路
１６と吐出口１８との間の連通の度合いが小さく制限さ
れ、一方、可動部材３１の上側拘束状態においては、図
３４のように、第１の液流路１４と吐出口１８との間の
連通の度合いが小さく制限されることになる。

【０１２２】図３３、図３４において、下部電磁石７０
１および上部電磁石７０２の磁束を点線で表す。それら
の磁束の方向は、可動部材３１の変位方向とされてい
る。また、可動部材３１を上方へ変位させる場合に比し
て、それを下方に変位させるために必要となる電磁吸着
力は小さくてすむため、下部電磁石７０１を上部電磁石
よりも小型化することができる。電磁石７０１、７０２
の吸着力は、それらの大小によって設定する他、それら
の通電量によって設定することもできる。また、それら
の電磁石７０１、７０２の極性は任意に選択することが
できる。

【０１２３】電磁石７０１、７０２は、複数のノズルに
対し共通のものとして配備して、複数のノズル毎の可動
部材３１を一括して下側拘束状態または上側拘束状態に
維持するようにしてもよく、この場合には、電磁石７０
１、７０２の磁力を複数のノズル毎の可動部材３１に作
用させるように磁路を形成すればよい。このように、電
磁石７０１、７０２を複数のノズルに対して共通化し
て、全ノズルの可動部材３１を同時に制御する方式を採
った場合には、構造を簡素化することができて製造しや
すくなる。また、電磁石７０１、７０２は、ヘッドＨに
内蔵する他、ヘッドＨの外部に外付けするようにしても
よい。

【０１２４】また、第１の液流路１４の内壁１４Ａは、
図３４のように強制変位された可動部材３１の形態に沿
うような形状とされており、その可動部材３１を上側拘
束状態に維持しやすくし、かつ第１、第２の液流路１
４、１６の隔離性能を向上させるようになっている。ま
た、ヘッドＨにおける第２の液流路１６は、発熱体２よ
りも上流側の部分が広く設定されており、この第２の液
流路１６に対する液体のリフィル性を優れたものとして
いる。また、その第２の液流路１６を広く設定すること
により、液体の蓄熱影響を回避することができる。

【０１２５】図３７は、電磁石７０１、７０２の制御系
を説明するための図であり、ヘッドＨの液体吐出部は前
述した図３３、図３４のように構成されていて、そのヘ
ッドＨにおける発熱体２と電磁石７０１、７０２がＣＰ
Ｕ７０３の制御下にあるヘッド制御回路７０４によって
制御される。７０５は吸引回復装置であり、ヘッドＨの
吐出口１８をキャッピング可能なキャップ７０５Ａの内
部を強制的に吸引したり、ヘッドＨに対する液体の供給
圧を上昇させたりして、その吐出口１８から液体を強制
的に排出し、増粘した液体などによる目詰まりを防止す
る。以下、前者のような吸引による液体の排出動作を
「吸引回復動作」、後者のような加圧による液体の排出
動作を「加圧回復動作」といい、また、それらを総称し
て「回復動作」という。ヘッド制御回路７０４は、ヘッ
ドＨの作動状態に応じて電磁石７０１、７０２を制御す
る。

【０１２６】本例の場合は、ヘッドＨの捺染機への適用
を考慮し、第１の液流路１４内の液体（以下、「主液
Ａ」という）、および第２の液流路１６内の液体（以
下、「副液Ｂ」という）として異なるインクを使用し、
後述するように電磁石７０１、７０２を制御することに
よって、吐出口１８からの吐出動作時における主液Ａと
副液Ｂの吐出の割合、および上述した吸引回復動作時に
おける主液Ａと副液Ｂの選択的な排出を実現する。以
下、その制御形態を（１）主液回復時、（２）副液回復
時、（３）主液吐出時、（４）副液吐出時の制御に分け
て説明する。

【０１２７】（１）主液回復時の制御この制御は、主液Ａを吸引する吸引回復動作時の制御で
あり、このときは、まず図３３のように、下側電磁石７
０１をＯＮ、上側電磁石７０２をＯＦＦにして、可動部
材３１を下側拘束状態とする。そして、この状態におい
て吸引回復動作を実行する。そのときの吸引力は、下側
拘束状態の可動部材３１を上方に戻さないような大きさ
とする。したがって、主液Ａが吐出口１８から吸引排出
されることになる。

【０１２８】そして、このような主液Ａの吸引回復を行
った後、下部電磁石７０１をＯＦＦとし、可動部材３１
の拘束を解く。

【０１２９】（２）副液回復時の制御この制御は、副液Ｂを吸引する吸引回復動作時の制御で
あり、このときは、まず図３４のように、下側電磁石７
０１をＯＦＦ、上側電磁石７０２をＯＮにして、可動部
材３１を上側拘束状態とする。そして、この状態におい
て吸引回復動作を実行する。そのときの吸引力は、上側
拘束状態の可動部材３１を下方に戻さないような大きさ
とする。したがって、副液Ｂが吐出口１８から吸引排出
されることになる。

【０１３０】そして、このような副液Ｂの吸引回復を行
った後、上部電磁石７０２をＯＦＦとし、可動部材３１
の拘束を解く。

【０１３１】（３）主液吐出時の制御この制御は、図３５のように、電磁石７０１、７０２を
共にＯＦＦとし、可動部材３１を自由状態として、前述
したような液体の吐出動作を実施する。つまり、発熱体
２の発熱によって生じる副液Ｂの気泡４０の成長に伴っ
て可動部材３１が変位し、吐出口１８から主液Ａが液滴
４５となって吐出されることになる。

【０１３２】（４）副液吐出時の制御この制御は、図３６のように、下部電磁石７０１をＯＦ
Ｆ、上部電磁石７０２をＯＮとし、可動部材３１を上側
拘束状態とする。そして、この状態において、前述した
ような液体の吐出動作を実施する。ただし、このとき
は、可動部材３１によって第１の液流路１４と吐出口１
８との間の連通の度合いが小さく制限されているため、
吐出口１８から副液Ｂが液滴４５となって吐出されるこ
とになる。

【０１３３】以上の（１）、（２）の制御により、主液
Ａと副液Ｂの吸引回復動作を個別に実施できることにな
り、この結果、それらの回収効率を高めたり、それらの
液体としてのインクの分散破壊物や固着成分などを効率
良く除去することができる。また、このような吸引回復
動作に代えて、加圧回復動作を実施することもでき、こ
の場合には、主液Ａと副液Ｂの差圧を利用して、可動部
材３１を自動的に強制変位させることができる。すなわ
ち、主液Ａの供給圧を高めて吐出口１８から排出させる
主液Ａの加圧回復動作時は、図３３と同様に可動部材３
１が変位し、第２の液流路１６内への主液Ａの混入、お
よび吐出口１８からの副液Ｂの排出が防止されることに
なる。一方、副液Ｂの供給圧を高めて吐出口１８から排
出させる副液Ｂの加圧回復動作時は、図３４と同様に可
動部材３１が変位し、第１の液流路１４内への副液Ｂの
混入、および吐出口１８からの主液Ａの排出が防止され
ることになる。また、このような吸引回復動作と加圧回
復動作を同時に実施するようにしてもよい。

【０１３４】また、上記（３）、（４）の制御により、
主液Ａと副液Ｂを選択的に吐出させることができ、この
結果、記録媒体の状態などに応じて、それらの液体とし
てのインクを適宜選択的に吐出して記録を行うことがで
きる。また、主液Ａ、副液Ｂとして異なる成分のインク
を用いて捺染機に適用することにより、例えば、混紡対
応のインクを吐出したり、インクを適宜調合して吐出し
たり、希釈材混合の淡インクを吐出したりすることがで
きる。

【０１３５】（他の実施形態）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形態例について説明
を行ったが、以下にこれらの実施形態例に好ましく適用
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流路形態の実施形態
例と２流路形態の実施形態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、両実施形態例
に適用しうるものである。

【０１３６】＜液流路の天井形状＞図１３は本発明の液
体吐出ヘッドの流路方向断面図であるが、第１液流路１
３（若しくは図１における液流路１０）を構成するため
の溝が設けられた溝付き部材５０が分離壁３０上に設け
られている。本実施形態例においては。可動部材３１の
自由端３２位置近傍の流路天井の高さが高くなってお
り、可動部材３１の動作角度θをより大きく取れるよう
にしている。この可動部材３１の動作範囲は、液流路の
構造、可動部材３１の耐久性や発泡力等を考慮して決定
すればよいが、吐出口１８の軸方向の角度を含む角度ま
で動作することが望ましいと考えられる。

【０１３７】また、この図で示されるように吐出口１８
の直径より可動部材３１の自由端３２の変位高さを高く
することで、より十分な吐出力の伝達が成される。ま
た、この図で示されるように、可動部材３１の自由端３
２位置の液流路天井の高さより可動部材３１の支点３３
位置の液流路天井の高さの方が低くなっているため、可
動部材３１の変位よる上流側への圧力波の逃げがさらに
有効に防止できる。

【０１３８】＜第２液流路と可動部材との配置関係＞図
１４は、上述の可動部材３１と第２の液流路１６との配
置関係を説明するための図であり、同図（ａ）は分離壁
３０、可動部材３１近傍を上方から見た図であり、同図
（ｂ）は、分離壁３０を外した第２液流路１６を上方か
ら見た図である。そして、同図（ｃ）は、可動部材６と
第２液流路１６との配置関係を、これらの各要素を重ね
ることで模式的に示した図である。なお、いずれの図も
図面下方が吐出口１８が配されている前面側である。

【０１３９】本実施形態例の第２の液流路１６は発熱体
２の上流側（ここでの上流側とは、第２共通液室側から
発熱体位置、可動部材、第１流路を経て吐出口に向う大
きな流れの中の上流側のことである。）に狭窄部１９を
持っており、発泡時の圧力が第２液流路１６の上流側に
容易に逃げることを抑制するような室（発泡室）構造と
なっている。

【０１４０】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。

【０１４１】しかし、本実施形態例の場合、吐出される
液体の多くを第１液流路内の吐出液とすることができ、
発熱体２が設けられた第２液流路内の発泡液はあまり消
費されないようにできるため、第２液流路の気泡発生領
域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３１側に向けることができる。そしてこの圧力
を可動部材３１を介して吐出力として利用することがで
きるため、より高い吐出効率、吐出力を達成することが
できる。ただ、第１液流路１６の形状は上述の構造に限
られるものではなく、気泡発生に伴う圧力が効果的に可
動部材３１側に伝えられる形状であれば良い。

【０１４２】なお、図１４（ｃ）で示されるように可動
部材３１の側方は、第２液流路を構成する壁の一部を覆
っており、このことで、可動部材３１の第２液流路への
落ち込みが防止できる。これによって、前述した吐出液
と発泡液との分離性をさらに高めることができる。ま
た、気泡のスリットからの逃げの抑制ができるため、さ
らに吐出圧や吐出効率を高めることができる。さらに、
前述の消泡時の圧力による上流側からのリフィルの効果
を高めることができる。

【０１４３】なお、図１２（ｂ）や図１３においては、
可動部材３１の第１の液流路１４側への変位に伴って第
２の液流路４の気泡発生領域で発生した気泡の一部が第
１の液流路１４側に延在しているが、この様に気泡が延
在するような第２流路の高さにすることで、気泡が延在
しない場合に比べ更に吐出力を向上させることができ
る。この様に気泡が第１の液流路１４に延在するように
するためには、第２の液流路１６の高さを最大気泡の高
さより低くすることが望ましく、この高さを数μｍ〜３
０μｍとすることが望ましい。なお、本実施形態例にお
いてはこの高さを１５μｍとした。

【０１４４】＜可動部材および分離壁＞図１５は可動部
材３１の他の形状を示すもので、３５は、分離壁に設け
られたスリットであり、このスリットによって、可動部
材３１が形成されている。同図（ａ）は長方形の形状で
あり、（ｂ）は支点側が細くなっている形状で可動部材
３１の動作が容易な形状であり、同図（ｃ）は支点側が
広くなっており、可動部材３１の耐久性が向上する形状
である。動作の容易性と耐久性が良好な形状として、図
１４（ａ）で示したように、支点側の幅が円弧状に狭く
なっている形態が望ましいが、可動部材３１の形状は第
２の液流路側に入り込むことがなく、容易に動作可能な
形状で、耐久性に優れた形状であればよい。

【０１４５】先の実施形態例においては、板状可動部材
３１およびこの可動部材３１を有する分離壁５は厚さ５
μｍのニッケルで構成したが、これに限られることなく
可動部材３１、分離壁５を構成する材質としては発泡液
と吐出液に対して耐溶剤性があり、可動部材３１として
良好に動作するための弾性を有し、微細なスリットが形
成できるものであればよい。

【０１４６】可動部材３１の材料としては、耐久性の高
い、銀、ニッケル、金、鉄、チタン、アルミニュウム、
白金、タンタル、ステンレス、りん青銅等の金属、およ
びその合金、または、アクリロニトリル、ブタジエン、
スチレン等のニトリル基を有する樹脂、ポリアミド等の
アミド基を有する樹脂、ポリカーボネイト等のカルボキ
シル基を有する樹脂、ポリアセタール等のアルデヒド基
を持つ樹脂、ポリサルフォン等のスルホン基を持つ樹
脂、そのほか液晶ポリマー等の樹脂およびその化合物、
耐インク性の高い、金、タングステン、タンタル、ニッ
ケル、ステンレス、チタン等の金属、これらの合金およ
び耐インク性に関してはこれらを表面にコーティングし
たもの若しくは、ポリアミド等のアミド基を有する樹
脂、ポリアセタール等のアルデヒド基を持つ樹脂、ポリ
エーテルエーテルケトン等のケトン基を有する樹脂、ポ
リイミド等のイミド基を有する樹脂、フェノール樹脂等
の水酸基を有する樹脂、ポリエチレン等のエチル基を有
する樹脂、ポリプロピレン等のアルキル基を持つ樹脂、
エポキシ樹脂等のエポキシ基を持つ樹脂、メラミン樹脂
等のアミノ基を持つ樹脂、キシレン樹脂等のメチロール
基を持つ樹脂およびその化合物、さらに二酸化珪素等の
セラミックおよびその化合物が望ましい。分離壁の材
質としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミ
ド、ポリエチレンテレフタレート、メラミン樹脂、フェ
ノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリブタジエン、ポリウレ
タン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルサル
フォン、ポリアリレート、ポリイミド、ポリサルフォ
ン、液晶ポリマー（ＬＣＰ）等の近年のエンジニアリン
グプラスチックに代表される耐熱性、耐溶剤性、成型性
の良好な樹脂、およびその化合物、もしくは、二酸化珪
素、チッ化珪素、ニッケル、金、ステンレス等の金属、
合金およびその化合物、もしくは表面にチタンや金をコ
ーティングしたものが望ましい。

【０１４７】また、分離壁の厚さは、分離壁としての強
度を達成でき、可動部材として良好に動作するという観
点からその材質と形状等を考慮して決定すればよいが、
０．５μｍ〜１０μｍ程度が望ましい。

【０１４８】なお、可動部材３１を形成するためのスリ
ット３５の幅は本実施形態例では２μｍとしたが、発泡
液と吐出液とが異なる液体であり、両液体の混液を防止
したい場合は、スリット幅を両者の液体間でメニスカス
を形成する程度の間隔とし、夫々の液体同士の流通を抑
制すればよい。例えば、発泡液として２ｃＰ（センチポ
アズ）程度の液体を用い、吐出液として１００ｃＰ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。

【０１４９】本発明における可動部材３１としてはμｍ
オーダーの厚さ（ｔμｍ）を対象としており、ｃｍオー
ダーの厚さの可動部材３１は意図していない。μｍオー
ダーの厚さの可動部材３１にとって、μｍオーダーのス
リット幅（Ｗμｍ）を対象とする場合、製造のバラツキ
をある程度考慮することが望ましい。

【０１５０】スリットを形成する可動部材３１の自由端
３２あるいは／且つ側端に対向する部材の厚みが可動部
材３１の厚みと同等の場合（図１２、図１３等）、スリ
ット幅と厚みの関係を製造のバラツキを考慮して以下の
ような範囲にすることで発泡液と吐出液の混液を安定的
に抑制することができる。このことは限られた条件では
あるが設計上の観点として、３ｃｐ以下の粘度の発泡液
に対して高粘度インク（５ｃｐ、１０ｃｐ等）を用いる
場合、Ｗ／ｔ≦１を満足するようにすることで、２液の
混合を長期にわたって抑制することが可能な構成となっ
た。

【０１５１】本発明の「実質的な密閉状態」を与えるス
リットとしては、このような数μｍオーダであればより
確実である。

【０１５２】上述のように、発泡液と吐出液とに機能分
離させた場合、可動部材３１がこれらの実質的な仕切部
材となる。この可動部材３１が気泡の生成に伴って移動
する際に吐出液に対して発泡液がわずかに混入すること
が見られる。画像を形成する吐出液は、インクジェット
記録の場合、色材濃度を３％乃至５％程度有するものが
一般的であることを考慮すると、この発泡液が吐出液滴
に対して２０％以下の範囲で含まれても大きな濃度変化
をもたらさない。従って、このような混液としては、吐
出液滴に対して２０％以下となるような発泡液と吐出液
との混合を本発明に含むものとする。

【０１５３】尚、上記構成例の実施では、粘性を変化さ
せても上限で１５％の発泡液の混合であり、５ｃＰ以下
の発泡液では、この混合比率は、駆動周波数にもよる
が、１０％程度を上限とするものであった。

【０１５４】特に、吐出液の粘度を２０ｃＰ以下にすれ
ばする程、この混液は低減（例えば５％以下）できる。

【０１５５】次に、このヘッドにおける発熱体２と可動
部材３１の配置関係について、図を用いて説明する。た
だし、可動部材３１と発熱体２の形状および寸法，数
は、以下に限定されるものではない。発熱体２と可動部
材３１の最適な配置によって、発熱体２による発泡時の
圧力を吐出圧として有効に利用することが可能となる。

【０１５６】熱等のエネルギーをインクに与えること
で、インクに急峻な体積変化（気泡の発生）を伴う状態
変化を生じさせ、この状態変化に基づく作用力によって
吐出口からインクを吐出し、これを被記録媒体上に付着
させて画像形成を行うインクジェット記録方法、いわゆ
るバブルジェット記録方法の従来技術においては、図１
６に示すように、発熱体２の面積とインク吐出量は比例
関係にあるが、インク吐出に寄与しない非発泡有効領域
Ｓが存在していることがわかる。また、発熱体２上のコ
ゲの様子から、この非発泡有効領域Ｓが発熱体２の周囲
に存在していることがわかる。これらの結果から、発熱
体２周囲の約４μｍ幅は、発泡に関与されていないとさ
れている。

【０１５７】したがって、発泡圧を有効利用するために
は、発熱体２の周囲から約４μｍ以上内側の発泡有効領
域の直上が可動部材３１の可動領域で覆われるように、
可動部材３１を配置するのが効果的であると、言える。
本実施形態例においては、発泡有効領域を発熱体２周囲
から約４μｍ以上内側としたが、発熱体２の種類や形成
方法によっては、これに限定されるものではない。

【０１５８】図１７に、５８×１５０μｍの発熱体２に
可動領域の総面積が異なる可動部材３０１（（ａ）
図）、可動部材３０２（（ｂ）図）を配置したときの上
部から見た模式図を示す。

【０１５９】可動部材３０１の寸法は、５３×１４５μ
ｍで、発熱体２の面積よりも小さいが、発熱体２の発泡
有効領域と同じ程度の寸法であり、該発泡有効領域を覆
うように、配置されている。一方、可動部材３０２の寸
法は、５３×２２０μｍで発熱体２の面積よりも大きく
（幅寸法を同じにした場合、支点から可動先端間の寸法
が発熱体の長さよりも長い）、可動部材３０１と同じよ
うに発泡有効領域を覆うように配置されている。上記２
種の可動部材３０１、３０２に対し、それらの耐久性と
吐出効率について測定を行った。測定条件は以下の通り
である。

【０１６０】発泡液：エタノール４０％水溶液吐出用インク：染料インク電圧：２０．２Ｖ周波数：３ｋＨｚこの測定条件で実験を行った結果、可動部材の耐久性に
関しては、（ａ）可動部材３０１の方は、１×１０⁷パ
ルス印加したところで可動部材３０１の支点部分に損傷
が見られた。（ｂ）可動部材３０２の方は、３×１０⁸
パルス印加しても、損傷は見られなかった。また、投入
エネルギーに対する吐出量と吐出速度からもとまる運動
エネルギーも約１．５〜２．５倍程度向上することが確
認された。

【０１６１】以上の結果から、耐久性、吐出効率の両面
からみても、発泡有効領域の真上を覆うように可動部材
を設け、該可動部材の面積が発熱体の面積よりも大きい
方が、優れていることがわかる。

【０１６２】図１８に発熱体２のエッジから可動部材３
１の支点までの距離と、可動部材３１の変位量の関係を
示す。また、図１９に、発熱体２と可動部材３１との位
置関係を側面方向から見た断面構成図を示す。発熱体２
は４０×１０５μｍのものを用いた。発熱体２のエッジ
から可動部材３１の支点３３までの距離ｌが大きい程、
変位量が大きいことがわかる。したがって、要求される
インクの吐出量や吐出液の流路構造および発熱体形状な
どによって、最適変位量を求め、可動部材３１の支点の
３３位置を決めることが望ましい。

【０１６３】また、可動部材３１の支点３３が発熱体２
の発泡有効領域直上に位置する場合は、可動部材３１の
変位による応力に加え、発泡圧力が直接支点に加わるた
め可動部材３１の耐久性が低下してしまう。本発明者の
実験によると、発泡有効領域の真上に支点を設けたもの
では、１×１０⁶パルス程度で、可動壁に損傷が生じて
おり、耐久性が低下してしまうことが分かっている。し
たがって、可動部材３１の支点３３は、発熱体２の発泡
有効領域直上外に配置することで耐久性がそれ程高くな
い形状や材質の可動部材３１であっても実用可能性が高
くなる。ただし、前記発泡有効領域直上に支点がある場
合でも形状や材質を選択すれば、良好に用いることがで
きる。かかる構成において、高吐出効率および耐久性に
優れた液体吐出ヘッドが得られる。

【０１６４】＜素子基板＞以下に液体に熱を与えるため
の発熱体が設２けられた素子基板の構成について説明す
る。

【０１６５】図２０は本発明の液体吐出ヘッドの縦断面
図を示したもので、図２０（ａ）は後述する保護膜があ
るヘッド、同図（ｂ）は保護膜がないものである。

【０１６６】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。

【０１６７】素子基板１には、シリコン等の気体１０７
に絶縁および蓄熱を目的としたシリコン酸化膜またはチ
ッ化シリコン膜１０６を成膜し、その上に発熱体２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１０５（０．０１〜０．２μｍ厚）とアルミニュ
ウム等の配線電極（０．２〜１．０μｍ厚）を図１１の
ようにパターニングされている。この２つの配線電極１
０４から抵抗層１０５に電圧を印加し、抵抗層に電流を
流し発熱させる。配線電極間の抵抗層上には、酸化シリ
コンやチッ化シリコン等の保護層を０．１〜２．０μｍ
厚で形成し、さらにそのうえにタンタル等の耐キャビテ
ーション層（０．１〜０．６μｍ厚）が成膜されてお
り、インク等の各種の液体から抵抗層１０５を保護して
いる。

【０１６８】特に、気泡の発生、消泡の際に発生する圧
力や衝撃波は非常に強く、堅くてもろい酸化膜の耐久性
を著しく低下させるため、金属材料のタンタル（Ｔａ）
等が耐キャビテーション層として用いられる。

【０１６９】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２０（ｂ）に示す。このような保護層を必要
としない抵抗層の材料としてはイリジュウム−タンタル
−アルミ合金等が挙げられる。

【０１７０】このように、前述の各実施形態例における
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。

【０１７１】本実施形態例においては、発熱体２として
電気信号に応じて発熱する抵抗層で構成された発熱部を
有するものを用いたが、これに限られることなく、吐出
液を吐出させるのに十分な気泡を発泡液に生じさせるも
のであればよい。例えば、発熱部としてレーザ等の光を
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。

【０１７２】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。

【０１７３】また、前述のような素子基板１に設けられ
ている電気熱変換体の発熱部を駆動し、液体を吐出する
ためには、前述の抵抗層１０５に配線電極１０４を介し
て図２１で示されるような矩形パルスを印加し、配線電
極間の抵抗層１０５を急峻に発熱させる。

【０１７４】＜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。

【０１７５】図２２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、先の実施形態例と同じ構成要素
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。

【０１７６】本実施形態例においては、溝付き部材５０
は、吐出口１８を有するオリフィスプレート５１と、複
数の第１液流路１４を構成する複数の溝と、複数の液流
路１４に共通して連通し、各第１の液流路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。

【０１７７】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。

【０１７８】第１の液体（吐出液）は、図２２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２２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。

【０１７９】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。

【０１８０】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。

【０１８１】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２３で示す本実施形態例の
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。

【０１８２】本実施形態例では、アルミニュウム等の金
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２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。

【０１８３】この素子基板１上には、第２液路壁により
形成された液流路１６を構成する複数の溝と、複数の発
泡液流路に連通し、それぞれの発泡液路に発泡液を供給
するための第２共通液室（共通発泡液室）１７を構成す
る凹部と、前述した可動壁３１が設けられた分離壁３０
とが配されている。

【０１８４】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。

【０１８５】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２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。

【０１８６】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。

【０１８７】以上説明したように本実施形態例によれ
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。

【０１８８】また第２液流路に連通した第２の共通液室
への、第２液体の供給は、第１液体と第２液体を分離す
る分離壁を突き抜ける方向で第２液流路によって行なわ
れる構造であるため、前記分離壁と溝付部材と発熱体形
成基板との貼り合わせ工程が１度で済み、作りやすさが
向上すると共に、貼り合わせ精度が向上し、良好に吐出
することができる。

【０１８９】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。

【０１９０】＜吐出液体、発泡液体＞先の実施形態例で
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３１を有する構成によって、従来の液体吐出ヘッドよ
りも高い吐出力や吐出効率でしかも高速に液体を吐出す
ることができる。本実施形態例の内、発泡液と吐出液と
に同じ液体を用いる場合には、発熱体２から加えられる
熱によって劣化せずに、また加熱によって発熱体２上に
堆積物を生じにくく、熱によって気化、凝縮の可逆的状
態変化を行うことが可能であり、さらに液流路や可動部
材３１や分離壁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。

【０１９１】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。

【０１９２】一方、本発明の２流路構成のヘッドを用
い、吐出液と発泡液を別液体とした場合には、発泡液と
して前述のような性質の液体を用いればよく、具体的に
は、メタノール、エタノール、ｎ−プロパノール、イソ
プロパノール、ｎ−ヘキサン、ｎ−ヘプタン、ｎ−オク
タン、トルエン、キシレン、二塩化メチレン、トリクレ
ン、フレオンＴＦ、フレオンＢＦ、エチルエーテル、ジ
オキサン、シクロヘキサン、酢酸メチル、酢酸エチル、
アセトン、メチルエチルケトン、水等およびこれらの混
合物が挙げられる。

【０１９３】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。

【０１９４】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。

【０１９５】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。

【０１９６】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得ることができた。

【０１９７】染料インク（粘度２ｃＰ）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さえ
も良好に吐出でき、高画質な記録物を得ることができ
た。

【０１９８】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１５ｃＰ）の組成カーボンブラック５重量％スチレン−アクリル酸−アクリル酸エチル共重合体１重量％（酸価１４０、重量平均分子量８０００）モノエタノールアミン０．２５重量％グリセリン６９重量％チオジグリコール５重量％エタノール３重量％水１６．７５重量％吐出液２（粘度５５ｃＰ）の組成ポリエチレングリコール２００１００重量％吐出液３（粘度１５０ｃＰ）の組成ポリエチレングリコール６００１００重量％ところで、前述したような従来吐出されにくいとされて
いた液体の場合には、吐出速度が低いために、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
述の実施形態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。

【０１９９】＜液体吐出ヘッドの製造＞次に、本発明の
液体吐出ヘッドの製造工程について説明する。

【０２００】図２で示したような液体吐出ヘッドの場合
には、素子基板１上に可動部材３１を設けるための土台
３４をドライフィルム等をパターニングすることで形成
し、この土台３４に可動部材３１を接着、もしくは溶着
固定した。その後、各液流路１０を構成する複数の溝と
吐出口１８と共通液室１３を構成する凹部を有する溝付
部材を、溝と可動部材３１が対応するような状態で素子
基板１に接合することで形成した。

【０２０１】次に、図１０や図２３で示されるような２
流路構成の液体吐出ヘッドの製造工程について説明す
る。

【０２０２】大まかには、素子基板１上に第２液流路１
６の壁を形成し、その上に分離壁３０を取り付け、さら
にその上に第１液流路１４を構成する溝等が設けられた
溝付き部材５０を取り付ける。もしくは、第２液流路１
６の壁を形成した後、この壁の上に分離壁３０を取り付
けた溝付き部材５０を接合することでヘッドの製造を行
った。

【０２０３】さらに第２液流路の作製方法について詳し
く説明する。

【０２０４】図２４（ａ）〜（ｅ）は、本発明の液体吐
出ヘッドの製造方法の第１の実施例を説明するための概
略断面図である。

【０２０５】本実施例においては、（ａ）に示すよう
に、素子基板（シリコンウエハ）１上に半導体製造工程
で用いるのと同様の製造装置を用いてハフニュウムボラ
イドやチッ化タンタル等からなる発熱体２を有する電気
熱変換用素子を形成した後、次工程における感光性樹脂
との密着性の向上を目的として素子基板１の表面に洗浄
を施した。さらに、密着性を向上させるには、素子基板
１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：Ａ１８
９）をエチルアルコールで１重量％に希釈した液を上記
改質表面上にスピンコートすることで達成される。

【０２０６】次に、表面洗浄を行い、密着性を向上した
基板１上に、（ｂ）に示すように、紫外線感光性樹脂フ
ィルム（東京応化製：ドライフィルムオーディルＳＹ
−３１８）ＤＦをラミネートした。

【０２０７】次に、（ｃ）に示すように、ドライフィル
ムＤＦ上にフォトマスクＰＭを配し、このフォトマスク
ＰＭを介してドライフィルムＤＦのうち、第２の流路壁
として残す部分に紫外線を照射した。この露光工程は、
キヤノン（株）製：ＭＰＡ−６００を用いて行い、約６
００ｍＪ／ｃｍ²の露光量で行った。

【０２０８】次に、（ｄ）に示すように、ドライフィル
ムＤＦを、キシレンとブチルセルソルブアセテートとの
混合液からなる現像液（東京応化製：ＢＭＲＣ−３）で
現像し、未露光部分を溶解させ、露光して硬化した部分
を第２液流路１６の壁部分として形成した。さらに、素
子基板１表面に残った残渣を酸素プラズマアッシング装
置（アルカンテック社製：ＭＡＳ−８００）で約９０秒
間処理して取り除き、引き続き、１５０℃で２時間、さ
らに紫外線照射１００ｍＪ／ｃｍ²を行って露光部分を
完全に硬化させた。

【０２０９】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。シリコン基板を、厚さ０．０５ｍｍのダイヤモンド
ブレードを取り付けたダイシングマシン（東京精密製：
ＡＷＤ−４０００）で各々のヒータボード１に切断、分
離した。分離されたヒータボード１を接着剤（東レ製：
ＳＥ４４００）でアルミベースプレート７０上に固定し
た（図２７）。次いで、予めアルミベースプレート７０
上に接合しておいたプリント配線基板７１と、ヒータボ
ード１とを直径０．０５ｍｍのアルミワイヤ（図示略）
で接続した。

【０２１０】次に、このようにして得られたヒータボー
ド１に、図２４（ｅ）に示すように、上述の方法で溝付
部材５０と分離壁３０との接合体を位置決め接合した。
すなわち、分離壁３０を有する溝付部材とヒータボード
１とを位置決めし、押さえバネ７８により係合、固定し
た後、インク・発泡液用供給部材８０をアルミベースプ
レート７０上に接合固定し、アルミワイヤ間、溝付部材
５０とヒータボード１とインク・発泡液用供給部材８０
との隙間を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。

【０２１１】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５０と分離壁３０とをあらかじめ先の工程で接合して
おくことで、第１液流路１４と可動部材３１の位置精度
を高めることができる。

【０２１２】そして、これらの高精度製造技術によっ
て、吐出安定化が図られ印字品位が向上する。また、ウ
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。

【０２１３】なお、本実施例では、第２の液流路を形成
するために紫外線硬化型のドライフィルムを用いたが、
紫外域、特に２４８ｎｍ付近に吸収帯域をもつ樹脂を用
い、ラミネート後、硬化させ、エキシマレーザで第２の
液流路となる部分の樹脂を直接除去することによっても
得ることが可能である。

【０２１４】図２５（ａ）〜（ｄ）は、本発明の液体吐
出ヘッドの製造方法の第２の実施例を説明するための概
略断面図である。

【０２１５】本実施例においては、（ａ）に示すよう
に、ＳＵＳ基板１００上に厚さ１５μｍのレジスト１０
１を第２の液流路の形状でパターニングした。

【０２１６】次に、（ｂ）に示すように、ＳＵＳ基板１
００に対して電気メッキを行ってＳＵＳ基板１００上に
ニッケル層１０２を同じく１５μｍ成長させた。メッキ
液としては、スルフォミン酸ニッケルに応力減少剤（ワ
ールドメタル社製：ゼロオール）とほう酸、ピット防止
剤（ワールドメタル社製：ＮＰ−ＡＰＳ）、塩化ニッケ
ルを使用した。電着時の電界のかけ方としては、アノー
ド側に電極を付け、カソード側に既にパターニングした
ＳＵＳ基板１００を取り付け、メッキ液の温度を５０℃
とし、電流密度を５Ａ／ｃｍ²とした。

【０２１７】次に、（ｃ）に示すように、上記のような
メッキを終了したＳＵＳ基板１００に超音波振動を与
え、ニッケル層１０２の部分をＳＵＳ基板１００から剥
離し、所望の第２の液流路を得た。

【０２１８】一方、電気熱変換用素子を配設したヒータ
ボードを、半導体と同様の製造装置を用いてシリコンウ
エハに形成した。このウエハを先の実施例と同様に、ダ
イシングマシンで各々のヒータボードに分離した。この
ヒータボード１を、予めプリント基板１０４が接合され
たアルミベースプレート７０に接合し、プリント基板７
１とアルミワイヤ（図示略）とを接続することで電気的
配線を形成した。このような状態のヒータボード１上
に、図２５（ｄ）に示すように、先の工程で得た第２液
流路と位置決め固定した。この固定に際しては、後工程
で第１の実施例と同様に分離壁を固定した天板と押さえ
バネによって係合・密着されるため、天板接合時に位置
ズレが発生しない程度に固定されていれば十分である。

【０２１９】本実施例では、上記位置決め固定に紫外線
硬化型接着剤（グレースジャパン製：アミコンＵＶ−３
００）を塗布し、紫外線照射装置を用い、露光量を１０
０ｍＪ／ｃｍ²として約３秒間で固定を完了した。

【０２２０】本実施例の製法によれば、発熱体に対して
位置ズレのない精度の高い第２の液流路を得ることがで
きることに加え、ニッケルで流路壁を形成しているた
め、アルカリ性の液体に強く、信頼性の高いヘッドを提
供することが可能となる。

【０２２１】図２６（ａ）〜（ｄ）は、本発明の液体吐
出ヘッドの製造方法の第３の実施例を説明するための概
略断面図である。

【０２２２】本実施例においては、（ａ）に示すよう
に、アライメント穴あるいはマーク１００ａを有する厚
さ１５μｍのＳＵＳ基板１００の両面にレジスト３１を
塗布した。ここで、レジストとしては、東京応化製のＰ
ＭＥＲＰ−ＡＲ９００を使用した。

【０２２３】この後、（ｂ）に示すように、素子基板１
００のアライメント穴１００ａに合わせて、露光装置
（キヤノン（株）製：ＭＰＡ−６００）を用いて露光
し、第２の液流路を形成すべき部分のレジスト１０３を
除去した。露光は８００ｍＪ／ｃｍ²の露光量で行っ
た。

【０２２４】次に、（ｃ）に示すように、両面のレジス
ト１０３がパターニングされたＳＵＳ基板１００を、エ
ッチング液（塩化第２鉄または塩化第２銅の水溶液）に
浸漬し、レジスト１０３から露出している部分をエッチ
ングした後、レジストを剥離した。

【０２２５】次に、（ｄ）に示すように、先の製造方法
の実施例と同様に、ヒータボード１上に、エッチングさ
れたＳＵＳ基板１００を位置決め固定して第２の液流路
４を有する液体吐出ヘッドを組み立てた。

【０２２６】本実施例の製法によれば、ヒータに対し位
置ズレのない精度の高い第２液流路４を得ることができ
ることに加え、ＳＵＳで流路を形成しているため、酸や
アルカリ性の液体に強く信頼性の高い液体吐出ヘッドを
提供することができる。

【０２２７】以上説明したように、本実施例の製造方法
によれば、素子基板状に予め第２液流路の壁を配設する
ことによって、電気熱変換体と第２液流路とが高精度に
位置決めすることが可能となる。また、切断、分離前の
基板上の多数の素子基板に対して第２の液流路を同時に
形成することができるので、多量に、かつ、低コストの
液体吐出ヘッドを提供することができる。

【０２２８】また、本実施例の製造方法の液体吐出ヘッ
ドの製造方法を実施することによって得られた液体吐出
ヘッドは、発熱体と第２液流路とが高精度に位置決めさ
れているので、電気熱変換体の発熱による発泡の圧力を
効率よく受けることができ、吐出効率に優れたものとな
る。

【０２２９】＜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。

【０２３０】図２７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。

【０２３１】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と溝付天板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。

【０２３２】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。

【０２３３】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。

【０２３４】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８４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８３，７１，２１
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８４，７１，２２を介して第２液
室に供給される。

【０２３５】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。

【０２３６】なお、この液体容器には、各液体の消費後
に液体を再充填して使用してもよい。このためには液体
容器に液体注入口を設けておくことが望ましい。又、液
体吐出ヘッドと液体容器とは一体であってもよく、分離
可能としてもよい。

【０２３７】＜液体吐出装置＞図２８は、前述の液体噴
射ヘッドを搭載した液体吐出装置の概略構成を示してい
る。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。

【０２３８】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液
体が吐出される。

【０２３９】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。この記録装置及びこの記録装置
で行う液体吐出方法によって、各種の被記録媒体に対し
て液体を吐出することで良好な画像の記録物を得ること
ができた。

【０２４０】図２９は、本発明の液体吐出方法および液
体吐出ヘッドを適用したインク吐出記録を動作させるた
めの装置全体のブロック図である。

【０２４１】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。

【０２４２】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。

【０２４３】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、アルミニュウムや銅等
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。

【０２４４】また上述の記録装置として、各種の紙やＯ
ＨＰシート等に対して記録を行うプリンタ装置、コンパ
クトディスク等のプラスチック材に記録を行うプラスチ
ック用記録装置、金属板に記録を行う金属用記録装置、
皮革に記録を行う皮革用記録装置、木材に記録を行う木
材用記録装置、セラミックス材に記録を行うセラミック
ス用記録装置、スポンジ等の三次元網状構造体に対して
記録を行う記録装置、又布帛に記録を行う捺染装置等を
も含むものである。

【０２４５】またこれらの液体吐出装置に用いる吐出液
としては、夫々の被記録媒体や記録条件に合わせた液体
を用いればよい。

【０２４６】＜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。

【０２４７】図３０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２０２によりＸ方向に所定の
間隔を持って互いに平行に固定支持されている。

【０２４８】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。

【０２４９】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。

【０２５０】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。

【０２５１】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。

【０２５２】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。

【０２５３】前処理と後処理は、記録を行う被記録媒体
の種類やインクの種類に応じて、その処理内容が異なる
が、例えば、金属、プラスチック、セラミックス等の被
記録媒体に対しては、前処理として、紫外線とオゾンの
照射を行い、その表面を活性化することでインクの付着
性の向上を図ることができる。また、プラスチック等の
静電気を生じやすい被記録媒体においては、静電気によ
ってその表面にゴミが付着しやすく、このゴミによって
良好な記録が妨げられる場合がある。このため、前処理
としてイオナイザ装置を用い被記録媒体の静電気を除去
することで、被記録媒体からごみの除去を行うとよい。
また、被記録媒体として布帛を用いる場合には、滲み防
止、先着率の向上等の観点から布帛にアルカリ性物質、
水溶性物質、合成高分子、水溶性金属塩、尿素およびチ
オ尿素から選択される物質を付与する処理を前処理とし
て行えばよい。前処理としては、これらに限らず、被記
録媒体の温度を記録に適切な温度にする処理等であって
もよい。

【０２５４】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。

【０２５５】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。

【０２５６】＜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３１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。

【０２５７】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。

【０２５８】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。

【０２５９】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。

【０２６０】また、この図３１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。

【０２６１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
可動部材を用いる新規な吐出原理に基づく液体の吐出方
式、つまり発生する気泡とこれによって変位する可動部
材との相乗効果により、吐出口近傍の液体を効率よく吐
出できる吐出方式において、種々の使用状況に応じて可
動部材を強制変位させることにより、液体の吐出動作時
または回復動作時等において作動状態の多様化を図るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にて用いられる第１形態の液体吐出ヘッ
ドを示す模式断面図である。

【図２】本発明にて用いられる第１形態の液体吐出ヘッ
ドの部分破断斜視図である。

【図３】従来のヘッドにおける気泡からの圧力伝搬を示
す模式図である。

【図４】本発明にて用いられる第１形態のヘッドにおけ
る気泡からの圧力伝搬を示す模式図である。

【図５】本発明にて用いられる第１形態のヘッドにおけ
る液体の流れを説明するための模式図である。

【図６】本発明にて用いられる第２形態の液体吐出ヘッ
ドの部分破断斜視図である。

【図７】本発明にて用いられる第３形態の液体吐出ヘッ
ドの部分破断斜視図である。

【図８】本発明にて用いられる第４形態の液体吐出ヘッ
ドの断面図である。

【図９】本発明にて用いられる第５形態の液体吐出ヘッ
ドの模式断面図である。

【図１０】本発明にて用いられる第６形態の液体吐出ヘ
ッド（２流路）の断面図である。

【図１１】本発明にて用いられる第６形態の液体吐出ヘ
ッドの部分破断斜視図である。

【図１２】本発明にて用いられる第６形態の液体吐出ヘ
ッドにおける可動部材の動作を説明するための図であ
る。

【図１３】本発明にて用いられる液体吐出ヘッドの可動
部材と第１液流路の構造を説明するための図である。

【図１４】本発明にて用いられる液体吐出ヘッドの可動
部材と液流路の構造を説明するための図である。

【図１５】本発明にて用いられる液体吐出ヘッドの可動
部材の他の形状を説明するための図である。

【図１６】本発明にて用いられる液体吐出ヘッドの発熱
体面積とインク吐出量の関係を示す図である。

【図１７】本発明にて用いられる液体吐出ヘッドの可動
部材と発熱体との配置関係を示す図である。

【図１８】本発明にて用いられる液体吐出ヘッドの発熱
体のエッジと支点までの距離と可動部材の変位量の関係
を示す図である。

【図１９】本発明にて用いられる液体吐出ヘッドの発熱
体と可動部材との配置関係を説明するための図である。

【図２０】本発明にて用いられる液体吐出ヘッドの縦断
面図である。

【図２１】本発明にて用いられる液体吐出ヘッドの駆動
パルスの形状を示す模式図である。

【図２２】本発明にて用いられる液体吐出ヘッドの供給
路を説明するための断面図である。

【図２３】本発明にて用いられる液体吐出ヘッドの分解
斜視図である。

【図２４】本発明にて用いられる液体吐出ヘッドの製造
方法を説明するための工程図である。

【図２５】本発明にて用いられる液体吐出ヘッドの製造
方法を説明するための工程図である。

【図２６】本発明にて用いられる液体吐出ヘッドの製造
方法を説明するための工程図である。

【図２７】本発明にて用いられる液体吐出ヘッドカート
リッジの分解斜視図である。

【図２８】本発明に係る液体吐出装置の概略構成図であ
る。

【図２９】本発明に係る液体吐出装置のブロック構成図
である。

【図３０】本発明に係る液体吐出装置のシステム構成を
示す図である。

【図３１】ヘッドキットの模式図である。

【図３２】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。

【図３３】本発明に係る液体吐出ヘッドの主液吸引回復
動作を説明するための要部の断面図である。

【図３４】本発明に係る液体吐出ヘッドの副液吸引回復
動作を説明するための要部の断面図である。

【図３５】本発明に係る液体吐出ヘッドの主液吐出動作
を説明するための要部の断面図である。

【図３６】本発明に係る液体吐出ヘッドの副液吐出動作
を説明するための要部の断面図である。

【図３７】図３３に示す液体吐出ヘッドの制御系のブロ
ック構成図である。

【符号の説明】１素子基板２発熱体３面積中心１０液流路１１気泡発生領域１２供給路１３共通液室１４第１液流路１５第１共通液室１６第２液流路１７第２共通液室１８吐出口１９狭窄部２０第１供給路２１第２供給路２２第１液流路壁２３第２液流路壁２４凸部３０分離壁３１可動部材３２自由端３３支点３４支持部材３５スリット３６気泡発生領域前壁３７気泡発生領域側壁４０気泡４５液滴５０溝付き部材５１オリフィスプレート７０支持体７８ばね８０供給部材７０１下部電磁石７０２上部電磁石

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】液体を吐出する吐出口と、液体に気泡を
発生させる気泡発生領域と、前記気泡発生領域に面して
配され、第１の位置と該第１の位置よりも気泡発生領域
から遠い第２の位置との間を変位可能な可動部材とを有
し、該可動部材を、前記気泡発生領域での気泡の発生に
基づく圧力によって、前記第１の位置から前記第２の位
置へ変位させ、前記可動部材の変位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
ることで液体を吐出する液体吐出ヘッドであって、前記可動部材を前記第１、第２の位置の少なくとも一方
の方向に強制変位可能な変位強制手段を備えたことを特
徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項２】流路中に配された発熱体に沿って該発熱
体より上流側から液体を供給し、供給された液体に発熱
体で発生した熱を作用させることで気泡を生じさせ、該
気泡の発生に基づく圧力によって、前記発熱体に面して
配されて前記液体の吐出口側に自由端を有する可動部材
の自由端を変位させ、該可動部材の変位によって前記圧
力を吐出口側に導くことで液体を吐出する液体吐出ヘッ
ドであって、前記可動部材を強制変位可能な変位強制手段を備えたこ
とを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項３】吐出口に連通する第１の液流路と、気泡
発生領域を有する第２の液流路と、前記吐出口側に自由
端を有し前記第１の液流路と前記気泡発生領域との間に
配された可動部材とを有し、前記気泡発生領域に気泡を
発生させ、該気泡の発生による圧力に基づいて前記可動
部材の自由端を前記第１の液流路側に変位させ、該可動
部材の変位によって前記圧力を前記第１の液流路の吐出
口側に導くことで液体を吐出する液体吐出ヘッドであっ
て、前記可動部材を前記第１、第２の流路側の少なくとも一
方の方向に強制変位可能な変位強制手段を備えたことを
特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項４】前記変位強制手段は、前記可動部材を複
数同時に強制変位可能であることを特徴とする請求項１
から３のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
【請求項５】前記変位強制手段は、前記可動部材を磁
力によって強制変位させる電磁石を有することを特徴と
する請求項１から４のいずれかに記載の液体吐出ヘッ
ド。
【請求項６】前記電磁石は、前記液体の流路の外部に
備わることを特徴とする請求項５に記載の液体吐出ヘッ
ド。
【請求項７】請求項１から６のいずれかに記載の液体
吐出ヘッドを用い、前記気泡発生領域にて気泡を発生さ
せることによって前記吐出口から前記液体を吐出させる
液体吐出方法であって、前記液体吐出ヘッドの作動形態に応じて前記変位強制手
段を制御することを特徴とする液体吐出方法。
【請求項８】請求項１から６のいずれかに記載の液体
吐出ヘッドを用い、前記気泡発生領域にて気泡を発生さ
せることによって前記吐出口から前記液体を吐出させる
液体吐出方法であって、前記変位強制手段を制御すると共に、前記吐出口から液
体を排出させることを特徴とする液体吐出方法。
【請求項９】請求項３に記載の液体吐出ヘッドを用
い、前記気泡発生領域にて気泡を発生させることによっ
て前記吐出口から前記液体を吐出させる液体吐出方法で
あって、前記液体吐出ヘッドの作動形態に応じて前記変位強制手
段を制御し、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一液体であることを特徴とする
液体吐出方法。
【請求項１０】請求項３に記載の液体吐出ヘッドを用
い、前記気泡発生領域にて気泡を発生させることによっ
て前記吐出口から前記液体を吐出させる液体吐出方法で
あって、前記液体吐出ヘッドの作動形態に応じて前記変位強制手
段を制御し、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
る液体吐出方法。
【請求項１１】請求項３に記載の液体吐出ヘッドを用
い、前記気泡発生領域にて気泡を発生させることによっ
て前記吐出口から前記液体を吐出させる液体吐出方法で
あって、前記液体吐出ヘッドの作動形態に応じて前記変位強制手
段を制御し、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、低粘度性、発泡性、熱安定
性の少なくとも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方法。
【請求項１２】前記液体吐出ヘッドの吐出口から液体
を吐出するときに、前記可動部材を前記変位強制手段に
よって前記可動部材を強制変位させた拘束状態と、前記
可動部材を前記変位強制手段によって強制変位させない
自由状態を選択することを特徴とする請求項７から１１
のいずれかに記載の液体吐出方法。
【請求項１３】前記液体吐出ヘッドの吐出口から液体
を吸引するときに、前記可動部材を前記変位強制手段に
よって前記可動部材を強制変位させた拘束状態と、前記
可動部材を前記変位強制手段によって強制変位させない
自由状態を選択することを特徴とする請求項７から１１
のいずれかに記載の液体吐出方法。
【請求項１４】前記可動部材を前記変位強制手段によ
って強制変位させた拘束状態を選択するときに、前記可
動部材の強制変位の方向をも選択することを特徴とする
請求項１２または１３に記載の液体吐出方法。
【請求項１５】請求項１から６のいずれかに記載の液
体吐出ヘッドを用い、前記気泡発生領域にて気泡を発生
させることによって前記吐出口から前記液体を吐出させ
る液体吐出装置であって、前記液体吐出ヘッドの作動形態に応じて前記変位強制手
段を制御する制御手段を備えたことを特徴とする液体吐
出装置。
【請求項１６】請求項１から６のいずれかに記載の液
体吐出ヘッドを用い、前記気泡発生領域にて気泡を発生
させることによって前記吐出口から前記液体を吐出させ
る液体吐出装置であって、前記変位強制手段を制御すると共に、前記吐出口から液
体を排出させる制御手段を備えたことを特徴とする液体
吐出装置。
【請求項１７】請求項３に記載の液体吐出ヘッドを用
い、前記気泡発生領域にて気泡を発生させることによっ
て前記吐出口から前記液体を吐出させる液体吐出装置で
あって、前記液体吐出ヘッドの作動形態に応じて前記変位強制手
段を制御する制御手段を備え、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一液体であることを特徴とする
液体吐出装置。
【請求項１８】請求項３に記載の液体吐出ヘッドを用
い、前記気泡発生領域にて気泡を発生させることによっ
て前記吐出口から前記液体を吐出させる液体吐出装置で
あって、前記液体吐出ヘッドの作動形態に応じて前記変位強制手
段を制御する制御手段を備え、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
る液体吐出装置。
【請求項１９】請求項３に記載の液体吐出ヘッドを用
い、前記気泡発生領域にて気泡を発生させることによっ
て前記吐出口から前記液体を吐出させる液体吐出装置で
あって、前記液体吐出ヘッドの作動形態に応じて前記変位強制手
段を制御する制御手段を備え、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、低粘度性、発泡性、熱安定
性の少なくとも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装置。
【請求項２０】前記制御手段は、前記液体吐出ヘッド
の吐出口から液体を吐出するときに前記変位強制手段を
制御し、前記可動部材を前記変位強制手段によって前記
可動部材を強制変位させた拘束状態と、前記可動部材を
前記変位強制手段によって強制変位させない自由状態を
選択することを特徴とする請求項１５から１９のいずれ
かに記載の液体吐出装置。
【請求項２１】前記制御手段は、前記液体吐出ヘッド
の吐出口から液体を吸引するときに前記変位強制手段を
制御し、前記可動部材を前記変位強制手段によって前記
可動部材を強制変位させた拘束状態と、前記可動部材を
前記変位強制手段によって強制変位させない自由状態を
選択することを特徴とする請求項１５から１９のいずれ
かに記載の液体吐出装置。
【請求項２２】前記制御手段は、前記可動部材を前記
変位強制手段によって強制変位させた拘束状態を選択す
るときに、前記可動部材の強制変位の方向をも選択する
ことを特徴とする請求項２０または２１に記載の液体吐
出装置。