JPH1024610A

JPH1024610A - 液体輸送方法、液体吐出ヘッド、液体吐出方法、ヘッドカートリッジおよび液体吐出記録方法

Info

Publication number: JPH1024610A
Application number: JP18357396A
Authority: JP
Inventors: Fumi Yoshihira; 文吉平; Toshio Kashino; 俊雄樫野; Hiroyuki Ishinaga; 博之石永; Kiyomitsu Kudo; 清光工藤; Yoshie Nakada; 佳恵中田; Hiroshi Sugitani; 博志杉谷
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】バブルジェット記録方式において、吐出効率
の向上、高速リフィル、バック波抑制を同時に達成す
る。【解決手段】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手段と、前記気泡発生手段に対応し
て設けられ、前記液体が流れる液流路を遮断するように
設けられ、前記気泡発生手段が発生した気泡の消泡に伴
って液流路を連通する位置に変位する可動部材と、を有
し、前記気泡の発生に基づく圧力によって前記吐出口か
ら前記液体を吐出することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、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、液体吐出ヘッ
ドの製造方法に関する。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。

【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ー、複写機、通信
システムを有するファクシミリ、プリンタ部を有するワ
ードプロセッサ等の装置、さらには各種処理装置と複合
的に組み合わせた産業用記録装置に適用できる発明であ
る。

【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、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。

【０００６】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。

【０００７】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。

【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１７
（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１０１２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１７、（ａ），（ｂ）に示す発明は、発
熱素子１００２が形成する気泡の発生領域よりも離れ且
つ、発熱素子１００２に関して吐出口１０１１とは反対
側に位置する弁１０１０を開示する。

【００１２】図１７（ｂ）においては、この弁１０１０
は、板材等を利用する製造方法によって、流路１００３
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１００３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１
０１０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。

【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１００３内部に、気泡が発生し
た際を検討するとわかるように、弁１０１０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
１００３内に発生した時点では、図１７（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
１００３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。

【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。

【００１７】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。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】上述したようにバブル
ジェット記録方式では、吐出効率の向上、高速リフィ
ル、バック波抑制を図ることが重要となるが、これらの
１つの目的を達成するための手段が他の目的に対しては
相反する条件となってしまうことがあり、従来、これら
の各目的を同時に満足するものがない。

【００１９】本発明は、基本的に従来の気泡（特に膜沸
騰に伴う気泡）を液流中に形成して液体を吐出する方式
において、吐出効率の向上（圧力波損失防止）と高速リ
フィルとを満足する技術課題に鑑み、流路中の可動部材
および気泡による液滴吐出の解析を行うという知見によ
ってなされたものである。

【００２０】この知見によって可動部材が、液路を横断
又は遮断する配置であること、及び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
泡の上流側を規制することを前提とすることに至った。
特に本発明で注目したことは、液体の移動をなめらかに
することにより、吐出状態を安定化するという画期的な
技術を導き出すに至った。

【００２１】本発明の主たる目的は以下の通りである。

【００２２】第１の目的は、可動部材により発生した気
泡の圧力及び液の流れを制御する液体吐出ヘッドを提供
することにある。

【００２３】第２の目的は、バック波防止と高速リフィ
ルを満足できる液体吐出ヘッドの提供を行うことであ
る。

【００２４】第３の目的は、２液別液体の場合に液の流
れを遮断して拡散を防止することで、吐出液体の選択自
由度を高くすることである。

【００２５】

【課題を解決するための手段】上述のような目的を達成
するための本発明の代表的な要件は、次のようなもので
ある。

【００２６】液体を吐出する吐出口と、液体に気泡を発
生させる気泡発生手段と、前記気泡発生手段に対応して
設けられ、前記液体が流れる液流路を遮断するように設
けられ、前記気泡発生手段が発生した気泡の消泡に伴っ
て液流路を連通する位置に変位する可動部材と、を有
し、前記気泡の発生に基づく圧力によって前記吐出口か
ら前記液体を吐出することを特徴とする液体吐出ヘッ
ド。

【００２７】または、気泡発生手段と可動部材とが複数
組設けられることを特徴とする液体吐出ヘッド。

【００２８】または、気泡発生手段が発生した気泡を可
動部材により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ことを特徴とする
液体吐出ヘッド。

【００２９】または、液体が流れる液流路と、前記液流
路中に設けられ、前記液体に気泡を発生させる気泡発生
手段と、前記気泡発生手段に対応して前記液流路を遮断
するように設けられ、前記気泡発生手段が発生した気泡
の消泡に伴って前記液流路を遮断する可動部材と、を有
し、前記気泡の発生に基づく圧力によって前記液体を輸
送することを特徴とする液体吐出ヘッド。

【００３０】または、液体の吐出がピエゾ素子を用いて
行われることを特徴とする液体吐出ヘッド。

【００３１】または、液体の吐出が液体吐出用の気泡を
発生させることにより行われることを特徴とする液体吐
出ヘッド。

【００３２】または、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の位置よりも前記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
は、前記気泡発生部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の位置へ変位すると共
に、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
体を吐出することを特徴とする液体吐出ヘッド。

【００３３】または、吐出口に連通した第１の液流路
と、第１の気泡発生手段によって液体に熱を加えること
で該液体に気泡が発生する第１の気泡発生領域を有する
第２の液流路と、前記第１の液流路と前記第１の気泡発
生領域との間に配され、吐出口側に自由端を有し、前記
気泡発生領域内での気泡の発生による圧力に基づいて該
自由端を前記第１の液流路側に変位させて前記圧力を前
記第１の液流路の吐出口側に導く第１の可動部材と、液
体に気泡を発生させる第２の気泡発生手段と、前記第２
の気泡発生手段に対応して設けられ、自然状態において
は前記第２の液流路を遮断し、前記第２の気泡発生手段
が発生した気泡の消泡に伴って第２の液流路を連通させ
るように変位する第２の可動部材を有することを特徴と
する液体吐出ヘッド。

【００３４】または、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手段と、前記気泡発生手段に
対応して設けられ、前記液体が流れる液流路を遮断する
ように設けられ、前記気泡発生手段が発生した気泡の消
泡に伴って液流路を連通する位置に変位する可動部材
と、を用い、前記気泡の発生に基づく圧力によって前記
吐出口から前記液体を吐出することを特徴とする液体吐
出方法。

【００３５】または、気泡発生手段と可動部材とが複数
組設けられることを特徴とする液体吐出方法。

【００３６】または、気泡発生手段が発生した気泡を可
動部材により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ことを特徴とする
液体吐出方法。

【００３７】または、液体が流れる液流路と、前記液流
路中に設けられ、前記液体に気泡を発生させる気泡発生
手段と、前記気泡発生手段に対応して前記液流路を遮断
するように設けられ、前記気泡発生手段が発生した気泡
の消泡に伴って前記液流路を遮断する可動部材と、を用
い、前記気泡の発生に基づく圧力によって前記液体を輸
送することを特徴とする液体吐出方法。

【００３８】または、液体の吐出がピエゾ素子を用いて
行われることを特徴とする液体吐出方法。

【００３９】または、液体の吐出が液体吐出用の気泡を
発生させることにより行われることを特徴とする液体吐
出方法。

【００４０】または、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の位置よりも前記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
は、前記気泡発生部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の位置へ変位すると共
に、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
体を吐出することを特徴とする液体吐出方法。

【００４１】または、液体を吐出口より吐出する液体吐
出ヘッドにおける液体吐出方法であって、吐出口に連通
した第１の液流路と、第１の気泡発生手段によって液体
に熱を加えることで該液体に気泡が発生する第１の気泡
発生領域を有する第２の液流路と、前記第１の液流路と
前記第１の気泡発生領域との間に配され、吐出口側に自
由端を有する第１の可動部材と、液体に気泡を発生させ
る第２の気泡発生手段と、前記第２の気泡発生手段に対
応して設けられ、自然状態においては前記第２の液流路
を遮断する第２の可動部材とを有する液体吐出ヘッドを
用い、前記気泡発生領域内での気泡の発生による圧力に
基づいて前記第１の可動部材の自由端を前記第１の液流
路側に変位させて前記圧力を前記第１の液流路の吐出口
側に導いて液体を吐出させ、前記第２の気泡発生手段が
発生した気泡の消泡に伴って第２の液流路を連通させる
ように前記第２の可動部材を変位させることにより液体
を輸送する液体吐出方法。

【００４２】または、記録液体を吐出口より吐出する液
体吐出ヘッドにおける液体吐出記録方法であって、液体
に気泡を発生させる気泡発生手段と、前記気泡発生手段
に対応して設けられ、前記記録液体が流れる液流路を遮
断する可動部材とを有する液体吐出ヘッドを用い、気泡
発生手段が発生した気泡を可動部材により吐出口に向か
う方向の上流よりも下流に大きく膨張させることで前記
気泡の発生に基づく圧力によって前記吐出口から記録液
体を被記録物に吐出し、前記気泡発生手段が発生した気
泡の消泡に伴って液流路を連通する位置に可動部材を変
位させて記録を行うることを特徴とする液体吐出記録方
法。

【００４３】または、上記のように構成された液体吐出
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ヘッドカートリッジ。

【００４４】または、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ヘッドカートリッジ。

【００４５】または、前記液体容器には、液体が再充填
されているヘッドカートリッジ。

【００４６】または、前記液体容器には、液体を再充填
するための液体注入口が設けられているヘッドカートリ
ッジ。

【００４７】または、液体吐出ヘッドと、第１の液流路
に供給される第１の液体と、第２の液流路に供給される
第２の液体とを保持する液体容器とを有するヘッドカー
トリッジ。

【００４８】または、上記のように構成された液体吐出
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と、を有する液
体吐出装置。

【００４９】または、上記のように構成された液体吐出
ヘッドと、該液体吐出ヘッドから吐出された液体を受け
る被記録媒体を搬送する被記録媒体搬送手段と、を有す
る液体吐出装置。

【００５０】または、上記のように構成された液体吐出
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、を有する記録システム。

【００５１】または、上記のように構成された液体吐出
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、を有する記録システム。

【００５２】または、上記のように構成された液体吐出
ヘッドと、該液体吐出ヘッドに供給される液体を保持し
た液体容器と、を内包したヘッドキット。

【００５３】または、上記のように構成された液体吐出
記録方法によって液体として吐出されたインクを受けた
記録物。

【００５４】または、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手段と、前記気泡発生手段に
対応して設けられ、自然状態においては前記液体が流れ
る液流路を遮断し、前記気泡発生手段が発生した気泡の
消泡に伴って液流路を連通させるように変位することに
より前記液体を輸送する可動部材を有することを特徴と
する液体吐出ヘッド。

【００５５】または、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手段と、前記気泡発生手段に
対応して設けられ、自然状態においては前記液体が流れ
る液流路を遮断し、前記気泡発生手段が発生した気泡の
消泡に伴って液流路を連通させるように変位する可動部
材とによって前記液体を輸送することを特徴とする液体
輸送方法。

【００５６】（作用）上記のように構成される本発明に
おいては、気泡発生手段に対応して設けられる可動部材
が自然状態において流路を遮断し、消泡によって流路を
連通させるものであるため、気泡の発生による圧力伝搬
は可動部材によって遮断されていない方向に揃えられ、
かつ、バック波が発生しないため、（輸送または吐出）
効率のよいものとなる。

【００５７】また、消泡によって始めて流路が連通する
形態であるために、ストップバルブとしても使用するこ
とができ、複数の液体を使用する装置では、各液体の供
給路に配置することにより各液体の混合を防止すること
ができる。

【００５８】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施例に適用可能な吐出原理について説明する。

【００５９】（実施例１）図１は、本発明の第１の実施
例である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。

【００６０】図１の液体吐出ヘッドは、気泡発生手段で
あり、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１０２（図２
においては、４０μｍ×１０５μｍの形状の発熱抵抗
体）が素子基板１０１に設けられており、この素子基板
１０１上に発熱体１０２に対応して液流路１１０が配さ
れている。液流路１１０は吐出口１１８に連通している
と共に、複数の液流路１１０に液体を供給するための共
通液室１１３に連通しており、吐出口１１８から吐出さ
れた液体に見合う液体をこの共通液室１１３から受け取
る。

【００６１】この液流路１１０の素子基板上１０１に
は、前述の発熱体１０２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１３１が片持梁状に設けられている。この可
動部材１３１の一端はヒーターボード等に固定されてい
る。この固定によって、可動部材１３１は保持されると
共に変位する際の支点（支点部分）１３３が構成されて
いる。

【００６２】この可動部材１３１の支点１３３は、液体
の吐出動作によって共通液室１１３から可動部材１３１
を経て吐出口１１８側へ流れる大きな流れの上流側に位
置するもので、固定端となる。この支点１３３に対して
下流側に自由端（自由端部分）１３２を持つように、発
熱体１０２に面した位置に発熱体１０２を覆うような状
態で配されている。なお、発熱体１０２、可動部材１３
１の種類や形状および配置は上記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。

【００６３】次に、本実施例における液体吐出動作につ
いて説明する。

【００６４】発熱体１０２を発熱させることで液体に熱
を作用させ、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
１３１により、図１（ｂ）で示されるように気泡の発生
に基づく圧力の伝搬や気泡自身の成長が吐出口１１８側
に導かれる。

【００６５】ここで、本発明の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１３
１によって気泡の発生に伴う圧力や気泡自身を吐出口１
１８が配された下流側へ導くことである。

【００６６】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１１８
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。

【００６７】図３に示されるような従来のヘッドにおい
ては、発生した気泡１４０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１４０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１１８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、伝搬方向Ｖ1は吐出方向ＶAの方向に最も近いため効
率よく動き、逆にＶ4は伝搬方向ＶAに向う方向成分は比
較的少ない。

【００６８】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１３１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１４０に示される圧力が吐出
のために直接的に働き、効率よく吐出に寄与することに
なる。

【００６９】そして、気泡１４０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。

【００７０】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。

【００７１】図１（ａ）に示される状態は、発熱体１０
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１０２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１３１が発熱体１０２と対
面する位置に液流路１１０を遮断するように設置されて
いることである。

【００７２】図１（ｂ）に示される状態は、発熱体１０
２に電気エネルギ等が印加されて発熱体１０２が発熱
し、発生した熱によって液体の一部が加熱され、膜沸騰
に伴う気泡が発生した状態である。

【００７３】このように気泡１４０の成長に応じて可動
部材１３１が気泡１４０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１３２側への気泡１４０の
成長方向を吐出口１１８に均一的に向わせることができ
ることが吐出効率を高めると考えられる。可動部材１３
１は気泡１４０や発泡による圧力を吐出口１１８方向へ
導く際にも、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１４０の成長方向を制御することができる。

【００７４】図１（ｄ）は気泡１４０が、前述した膜沸
騰後、気泡１４０による負圧によって収縮し、消滅する
状態を示している。

【００７５】可動部材１３１は、気泡１４０の収縮によ
る負圧とメニスカスの復元力によって液流路１１０が開
放されるように支点１３３を中心として回転するように
変位する。次いで、気泡１４０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、す
なわち共通液室側１１３から液体が流れＶｃのように流
れ込んでくる。

【００７６】この後、気泡１４０が消滅して負圧がなく
なると、図１（ａ）〜図１（ｃ）に示すような自然状態
に変位する。

【００７７】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。

【００７８】図１（ｃ）の後、気泡１４０が最大体積の
状態を経て消泡過程に入ったときには可動部材１３１は
液路を開放するように変位し、消泡した体積を補う体積
の液体が共通液室からノズルに流れ込む。可動部材１３
１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１１８側から流れ込む液体の量と共通液室１１３
側から流れ込む液体の量は、気泡発生領域より吐出口１
１８に近い部分と共通液室１１３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）。

【００７９】このため、吐出口１１８に近い側の流抵抗
が小さな場合には、多くの液体が吐出口１１８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１１８
に近い側の流抵抗を小さくして吐出効率を高めようとす
るほど、消泡時のメニスカスの後退が大きくなり、リフ
ィル時間が長くなって高速印字を妨げることとなってい
た。

【００８０】これに対して可動部材１３１を設けた本実
施例においては、消泡時に可動部材１３１の変位が終了
した時点でメニスカスの後退がとまり、その後、共通液
室１１３より液体が供給される。これにより、従来、気
泡１４０が消泡するまでに起こっていたメニスカスの後
退を抑えることが可能となった。

【００８１】このように本実施例における上述した構成
は、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、画室の向上や高速記録を実現することでき
る。

【００８２】本実施例における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。図３に示すような従来の構
成によるものにおいては、発熱体１０２上で発生した気
泡の内、共通液室１１３側（上流側）における気泡１４
０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、
上流側への圧力と、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
のリフィル特性を低下させるものであり、高速駆動の妨
げにもなっていた。

【００８３】上記のように構成される本実施例において
は、吐出が終了するまで可動部材１３１が液流路を塞ぐ
形状であるために上流側へ液体を押し戻す力は全く作用
することがなく、この点からもリフィル特性の向上が図
られている。

【００８４】（実施例２）次に、本発明の他の実施例に
ついて説明する。

【００８５】図５は本発明の第２の実施例の構成を示す
模式的断面図である。図１に示した実施例が、可動部材
１３１を気泡が吐出口へ向けて成長するように吐出液流
路を塞ぐように設けて吐出液流路におけるバック波を防
止するとともに、消泡時の変位によってリフィル特性を
向上し、これにより吐出効率の向上を図ったものである
のに対し、本実施例は、吐出液と発泡液に異なる液体が
用いられる吐出ヘッドの発泡液供給路を遮断するように
可動部材１３１が配置された例である。

【００８６】本実施例の液体吐出ヘッドでは、第１の実
施例と異なる可動部材３１を用いて吐出液側でのバック
波の防止を図るとともに吐出効率の向上を図っており、
以下に本実施例における液体を吐出するための、気泡に
基づく圧力の伝搬方向や気泡の成長方向を制御すること
で吐出力や吐出効率の向上を図る機構について説明す
る。

【００８７】図６はこのような本実施例の液体吐出ヘッ
ドの吐出口部分を液流路方向で切断した断面模式図を示
しており、図７はこの液体吐出ヘッドの吐出口部分の部
分破断斜視図を示している。

【００８８】本実施例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（本実施例においては４
０μｍ×１０５μｍの形状の発熱抵抗体）が素子基板１
に設けられており、この素子基板上に発熱体２に対応し
て液流路１０が配されている。液流路１０は吐出口１８
に連通していると共に、複数の液流路１０に液体を供給
するための共通液室１３に連通しており、吐出口から吐
出された液体に見合う量の液体をこの共通液室１３から
受け取る。

【００８９】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。

【００９０】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２と可動部
材３１との間が気泡発生領域となる。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、気泡の成長や圧力の伝搬を制御しうる形状およ
び配置であればよい。なお、上述した液流路１０は、後
に取り上げる液体の流れの説明のため、可動部材３１を
境にして直接吐出口１８に連通している部分を第１の液
流路１４とし、気泡発生領域１１や液体供給路１２を有
する第２の液流路１６の２つの領域に分けて説明する。

【００９１】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に優先的に作用し、可動部材３１は
図６（ｂ）、（ｃ）もしくは図７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。

【００９２】ここで、本実施例の基本的な吐出原理の一
つを説明する。本実施例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、自然状態の第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。

【００９３】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と本実施例の図８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。

【００９４】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〜V4即ち気
泡のほぼ半分の位置より吐出口に近い部分の圧力伝搬の
方向成分であり、液吐出効率、液吐出力、吐出速度等に
直接寄与する重要な部分である。さらにV1は吐出方向Ｖ
A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。

【００９５】これに対して、図８で示される本実施例の
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。

【００９６】次に図６に戻って、本実施例の液体吐出ヘ
ッドの吐出動作について詳しく説明する。

【００９７】図６（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
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４０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。

【００９８】図６（ｂ）は、発熱体２に電気エネルギー
等が印加されて発熱体２が発熱し、発生した熱によって
気泡発生領域１１内を満たす液体の一部を加熱し、膜沸
騰に伴う気泡を発生させた状態である。

【００９９】このとき可動部材３１は気泡４０の発生に
基づく圧力により、気泡４０の圧力の伝搬方向を吐出口
方向に導くように第１位置から第２位置へ変位する。こ
こで重要なことは、前述したように、可動部材３１の自
由端３２を下流側（吐出口側）に配置し、支点３３を上
流側（共通液室側）に位置するように配置して、可動部
材３１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。

【０１００】図６（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４０は上流よ
り下流に大きく成長すると共に可動部材の第１の位置
（点線位置）を越えて大きく成長している。このように
気泡４０の成長に応じて可動部材３１が徐々に変位して
行くことで気泡４０の圧力伝搬方向や堆積移動のしやす
い方向、すなわち自由端側への気泡の成長方向を吐出口
に均一的に向かわせることができることも吐出効率を高
めると考えられる。可動部材は気泡や発泡圧を吐出口方
向へ導く際もこの伝達の妨げになることはほとんどな
く、伝搬する圧力の大きさに応じて効率よく圧力の伝搬
方向や気泡の成長方向を制御することができる。

【０１０１】図６（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。

【０１０２】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６（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（Ｂ1，Ｂ2）、すなわち共通液
室側から流れのＶ_D1、Ｖ_D2のように、また、吐出口側か
ら流れのＶｃのように液体が流れ込んでくる。

【０１０３】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、以下に本実施例の
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。

【０１０４】図６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。

【０１０５】図６（ｃ）の後、気泡４０が最大体積の状
態を経て消泡過程に入ったときには、消泡した体積を補
う体積の液体が気泡発生領域に、第１液流路１４の吐出
口１８側と第２液流路１６の共通液室側１３から流れ込
む。可動部材３１を持たない従来の液流路構造において
は、消泡位置に吐出口側から流れ込む液体の量と共通液
室から流れ込む液体の量は、気泡発生領域より吐出口に
近い部分と共通液室に近い部分との流抵抗の大きさに起
因する（流路抵抗と液体の慣性に基づくものである）。

【０１０６】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。

【０１０７】これに対して本実施例は可動部材３１を設
けたため、気泡の体積Ｗを可動部材３１の第１位置を境
に上側をＷ１、気泡発生領域１１側をＷ２とした場合、
消泡時に可動部材が元の位置に戻った時点でメニスカス
の後退は止まり、その後残ったＷ２の体積分の液体供給
は主に第２流路１６の流れＶD2からの液供給によって成
される。これにより、従来、気泡Ｗの体積の半分程度に
対応した量がメニスカスの後退量になっていたのに対し
て、それより少ないＷ１の半分程度のメニスカス後退量
に抑えることが可能になった。

【０１０８】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。

【０１０９】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、本実施例の高速リフィルにおいては可動部材
によって吐出口側の第１液流路１４の領域と、気泡発生
領域１１との吐出口側での液体の流通が抑制されるため
メニスカスの振動を極めて少なくすることができること
である。

【０１１０】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。

【０１１１】本実施例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。本発明においては、まず可動部材３
１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。

【０１１２】次に、本実施例の更なる特徴的な構造と効
果について、以下に説明する。

【０１１３】本実施例の第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１２
を有している。このような場合、気泡発生領域１１およ
び発熱体２の表面への液体の供給は、可動部材３１の気
泡発生領域１１に近い側の面に沿って、Ｖ_D2のように行
われる。このため、発熱体２の表面上に液体が淀むこと
が抑制され、液体中に溶存していた気体の析出や、消泡
できずに残ったいわゆる残留気泡が除去され易く、ま
た、液体への蓄熱が高くなりすぎることもない。従っ
て、より安定した気泡の発生を高速に繰り返し行うこと
ができる。なお、本実施例では実質的に平坦な内壁を持
つ液体供給路１２を持つもので説明したが、これに限ら
ず、発熱体表面となだらかに繋がり、なだらかな内壁を
有する液供給路であればよく、発熱体上に液体の淀み
や、液体の供給に大きな乱流を生じない形状であればよ
い。

【０１１４】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９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９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。

【０１１５】補足すれば、本実施例の図６においては、
前述のように可動部材３１の自由端３２が、発熱体２を
上流側領域と下流側領域とに２分する面積中心３（発熱
体の面積中心（中央）を通り液流路の長さ方向に直交す
る線）より下流側の位置に対向するように発熱体２に対
して延在している。これによって発熱体の面積中心位置
３より下流側で発生する液体の吐出に大きく寄与する圧
力、又は気泡を可動部材３１が受け、この圧力及び気泡
を吐出口側に導くことができ、吐出効率や吐出力を根本
的に向上させることができる。

【０１１６】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。

【０１１７】また、本実施例の構成においては可動部材
３１の自由端が瞬間的な機械的変位を行っていること
も、液体の吐出に対して有効に寄与している考えられ
る。

【０１１８】本実施例における吐出原理は上記のもので
ある。次に、本実施例における２液流路の構成について
図５を参照して説明する。

【０１１９】本実施例においては、複数の第１液流路１
４と各液流路１４に液体（吐出液）を供給するための第
１の共通液室１５が共通に連通し、複数の第２液流路１
６と各液流路１６に液体（発泡液）を供給するための第
２の共通液室１７が共通に連通している。

【０１２０】上記の各共通液室１５，１７に対して、液
体は第１液体供給路２０，第２液体供給路２１を介して
供給される。共通液室１７に液体を供給する第２液体供
給路２１は各液室を隔てる分離壁３０を突き抜けて第２
共通液室１７内に到達するように形成されている。第２
液体供給路２１が共通液室１７に接続する供給口となる
部分には、第１の実施例にて説明したものと同形状の可
動部材１３１が、その上面にて第２液体供給路２１を塞
ぐように設けられ、また、第１の実施例における可動部
材１３１と同じ配置関係となるように発熱体２が共通液
室１７に設けられている。

【０１２１】本実施例では、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。

【０１２２】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。

【０１２３】上記のように構成される本実施例において
吐出が行われると、吐出液側である共通液室１５では図
６乃至図９を用いて説明した吐出原理によりバック波が
防止され、発泡液側である共通液室１７では第１の実施
例にて説明した原理によりバック波が防止される。

【０１２４】発熱体２にエネルギーを供給して吐出を行
わせた場合、共通液室１７では発熱体２により発生した
気泡によるバック波が発生するが、発熱体２へのエネル
ギー供給に合わせて発熱体１０２にエネルギーを供給す
ることにより、発熱体１０２により発生した気泡により
前方へ液体を移動させ、上記のバック波を打ち消す方向
の流れが発生する。この後、各発熱体２，１０２上での
消泡に伴って各移動部材３１は自然状態に戻る方向に変
位し、可動部材１３１は、それまで塞いでいた第２液体
供給路２１を開ける方向に変位する。可動部材１３１の
変位状態は供給される発泡液に押されることから、発泡
液が充分にリフィルされるまで続く。このリフィル動作
は、各共通液室にバック波が生じないことから極めて速
やかに行われ、高速な動作が可能となっている。なお、
各発熱体へのエネルギー供給タイミングはこの例に限ら
れるものではなく、吐出ノズル、供給系の形状等に合わ
せて適宜選択すればよい。

【０１２５】また、本実施例では可動部材１３１が自然
状態では発泡液供給路２１と密接しているため、吐出用
の可動部材３１のスリットから、万が一、吐出液が発泡
液用の共通液室１７の方に拡散して来たとしても、可動
部材１３１のところで止められる。再び吐出する際の液
回復量は、吐出ヘッド内の発泡用の共通液室１７を新し
い発泡液で置換する適度でよく、常に正常な発泡を行う
ことが可能となっている。

【０１２６】（実施例３）上述した液路を遮断する可動
部材１３１を用いて発生した気泡の成長方向を規制する
することによりリフィルを速やかに行う本発明は、気泡
により液体を下流に移動させ、その後の消泡動作に伴っ
て、移動させた液体の箇所に、可動部材１３１によって
遮断されていた上流側の液体を移動させるものである。
このため、可動部材１３１は第１の実施例のように吐出
に適用させることや、第２の実施例のように液体の供給
弁として使用することもできる。さらには液体輸送機構
として使用することもできる。液体輸送機構として用い
る場合、可動部材１３１を設ける場所としては、ノズル
以外でも、ヘッド内流路の液の流れを制御できる場所で
あればどこでもよい。また、可動部材１３１を液体の輸
送方向が等しくなるように１個以上設けることによっ
て、より効果的に液体を輸送することができるため、ヘ
ッドの回復を積極的に行うことができる。

【０１２７】上記のような液体輸送機構は液体を吐出し
て記録を行う液体吐出装置や記録装置に好適に使用する
ことができるもので、例えば、ピエゾ素子を用いて液体
を吐出するものやバブルジェット方式のものに用いるこ
とができる。

【０１２８】次に、可動部材１３１の製造方法について
説明する。

【０１２９】図１０（ａ）〜（ｃ）は、母型を用いて電
鋳を行うことにより、可動部材を作製する工程を段階的
に示す模式的断面図である。

【０１３０】まず、あらかじめ図１０（ａ）に示すよう
な凹部を有する母型１２１を用意する。

【０１３１】この母型１２１は、例えば以下のように作
成することができる。

【０１３２】図１１（ａ）に示すように、ＳＵＳ基板１
１１に、約２μｍ厚のレジスト１１２ａを設け、凹部上
方となる部分をアッシングしながらアルコール、塩酸、
過酸化水素の混合液を用いたエッチングを基板１１１に
対して施し、図１１（ａ）点線部分を除去して深さ１０
μｍ程度の凹部を形成した。その後、図１１（ｂ）に示
すように、レジスト１１２ａを除去することにより、凹
部を有する基板１１１からなる母型１２１を得た。

【０１３３】母型１２１を用意したら、次に図１０
（ｂ）に示すように、母型１２１の上面および凹部の内
面全体に電気メッキにより５μｍ程度のニッケルメッキ
層１１３を形成した。

【０１３４】メッキ液としてはスルフォミン酸ニッケル
に応力減少剤ゼロオール（商標名：ワールドメタル社
製）、ほう酸、ピット防止剤ＮＳ−ＡＰＳ（商品
名：ワールドメタル社製）、塩化ニッケルを使用した。
電着時の電界のかけ方は、アノード側に電極をつけ、カ
ソード側に先にパターニングしたＳＵＳ基板１１１を取
り付け、メッキ液の温度を５０℃。電流密度を５Ａ／ｍ
²とした。

【０１３５】次に、図１０（ｃ）に示すように、母型１
２１からニッケルメッキ層１１３からなるニッケル板を
剥がすことにより、可動部材１３１として使用されるニ
ッケル板を得た。

【０１３６】＜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。

【０１３７】図１２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９０とから概略構成されている。

【０１３８】液体吐出ヘッド部２００は、素子基板１
（または１０１）、分離壁３０、溝付部材５０、押さえ
バネ７８、液体供給部材８０、支持体７０等から成って
いる。素子基板１には、前述のように発泡液に熱を与え
るための発熱抵抗体が、複数個、列状に設けられてお
り、また、この発熱抵抗体を選択的に駆動するための機
能素子が複数設けられている。この素子基板１と可動壁
を持つ前述の分離壁３０との間に発泡液路が形成され発
泡液が流通する。この分離壁３０と溝付天板５０との接
合によって、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。

【０１３９】押さえバネ７８は、溝付部材５０に素子基
板１（または１０１）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。

【０１４０】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。

【０１４１】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８１を介して液体供給部材８０の吐出液体供給路８４
に供給され、各部材の吐出液体供給路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８２を介して液体供給
部材８０の発泡液供給路８３に供給され、各部材の発泡
液体供給路２０を介して第２液室に供給される。

【０１４２】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。

【０１４３】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。

【０１４４】＜液体吐出装置＞図１３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。

【０１４５】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。

【０１４６】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
８５等を有している。この記録装置及びこの記録装置で
行う液体吐出方法によって、各種の被記録媒体に対して
液体を吐出することで良好な画像の記録物を得ることが
できた。

【０１４７】図１４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。

【０１４８】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。

【０１４９】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。

【０１５０】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。

【０１５１】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。

【０１５２】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。

【０１５３】＜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。

【０１５４】図１５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。

【０１５５】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。

【０１５６】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。

【０１５７】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。

【０１５８】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。

【０１５９】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。

【０１６０】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。

【０１６１】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。

【０１６２】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。

【０１６３】＜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１７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。

【０１６４】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。

【０１６５】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。

【０１６６】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。

【０１６７】また、この図１７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。

【０１６８】

【発明の効果】本発明のような、可動部材を液体吐出ヘ
ッド内に配置することで、発泡の圧力をノズル側へ向け
ることができ、吐出口側の液体の移動とを効率よく行う
ことができ、加えて消泡の圧力で、液体を移動させるこ
とができるので、積極的に高速リフィル（或いは補充に
よる回復）を行う液体吐出ヘッドを得ることができる効
果がある。

【０１６９】また、可動部材をノズル内に設置すること
で、高吐出効率の液体吐出ヘッドを得ることができる効
果がある。

【０１７０】請求項４に記載されるようなが異なる液体
を使用する液体吐出ヘッドにおいては、液体の供給口に
可動部材を設置することで、２液の拡散を防止すること
ができ、信頼性を向上することができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）〜（ｄ）は本発明の第１の実施例である
液体吐出ヘッドを液流路方向で切断した断面模式図であ
る。

【図２】図１に示した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の吐出原理を説明するた
めの図である。

【図４】本発明の吐出原理を説明するための図である。

【図５】本発明の第２の実施例の構成を示す模式的断面
図である。

【図６】（ａ）〜（ｄ）は本発明の第２の実施例である
液体吐出ヘッドを液流路方向で切断した断面模式図であ
る。

【図７】図６に示した実施例の吐出口部分の部分破断斜
視図である。

【図８】図６に示した実施例の液体の流れを説明するた
めの模式図である。

【図９】図６に示した実施例の液体の流れを説明するた
めの模式図である。

【図１０】（ａ）〜（ｃ）は、母型を用いて電鋳を行う
ことにより、可動部材を作製する工程を段階的に示す模
式的断面図である。

【図１１】（ａ），（ｂ）は図１０に示す母型の作製工
程を示す模式的断面図である。

【図１２】液体吐出ヘッドカートリッジの分解斜視図で
ある。

【図１３】液体吐出装置の概略構成図である。

【図１４】装置ブロック図である。

【図１５】液体吐出記録システムを示す図である。

【図１６】ヘッドキットの模式図である。

【図１７】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】１，１０１素子基板２，１０２発熱体３面積中心１０，１１０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

フロントページの続き (72)発明者工藤清光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 (72)発明者中田佳恵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 (72)発明者杉谷博志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

【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手段と、前記気泡発生手段に対応して設けられ、前記液体が流れ
る液流路を遮断するように設けられ、前記気泡発生手段
が発生した気泡の消泡に伴って液流路を連通する位置に
変位する可動部材と、を有し、前記気泡の発生に基づく圧力によって前記吐出口から前
記液体を吐出することを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項２】請求項１記載の液体吐出ヘッドにおい
て、気泡発生手段と可動部材とが複数組設けられることを特
徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項３】請求項１記載の液体吐出ヘッドにおい
て、気泡発生手段が発生した気泡を可動部材により吐出口に
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
液体を吐出することを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項４】液体が流れる液流路と、前記液流路中に設けられ、前記液体に気泡を発生させる
気泡発生手段と、前記気泡発生手段に対応して前記液流路を遮断するよう
に設けられ、前記気泡発生手段が発生した気泡の消泡に
伴って前記液流路を遮断する可動部材と、を有し、前記気泡の発生に基づく圧力によって前記液体を輸送す
ることを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項５】請求項４記載の液体吐出ヘッドにおい
て、液体の吐出がピエゾ素子を用いて行われることを特徴と
する液体吐出ヘッド。
【請求項６】請求項４記載の液体吐出ヘッドにおい
て、液体の吐出が液体吐出用の気泡を発生させることにより
行われることを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項７】請求項４記載の液体吐出ヘッドにおい
て、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
前記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、該可動部材は、前記気泡発生部で
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の位置へ変位すると共に、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ことを特
徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項８】吐出口に連通した第１の液流路と、第１の気泡発生手段によって液体に熱を加えることで該
液体に気泡が発生する第１の気泡発生領域を有する第２
の液流路と、前記第１の液流路と前記第１の気泡発生領域との間に配
され、吐出口側に自由端を有し、前記気泡発生領域内で
の気泡の発生による圧力に基づいて該自由端を前記第１
の液流路側に変位させて前記圧力を前記第１の液流路の
吐出口側に導く第１の可動部材と、液体に気泡を発生させる第２の気泡発生手段と、前記第２の気泡発生手段に対応して設けられ、自然状態
においては前記第２の液流路を遮断し、前記第２の気泡
発生手段が発生した気泡の消泡に伴って第２の液流路を
連通させるように変位する第２の可動部材を有すること
を特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項９】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手段と、前記気泡発生手段に対応して設けられ、前記液体が流れ
る液流路を遮断するように設けられ、前記気泡発生手段
が発生した気泡の消泡に伴って液流路を連通する位置に
変位する可動部材と、を用い、前記気泡の発生に基づく圧力によって前記吐出口から前
記液体を吐出することを特徴とする液体吐出方法。
【請求項１０】請求項９記載の液体吐出方法におい
て、気泡発生手段と可動部材とが複数組設けられることを特
徴とする液体吐出方法。
【請求項１１】請求項９記載の液体吐出ヘッドにおい
て、気泡発生手段が発生した気泡を可動部材により吐出口に
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
液体を吐出することを特徴とする液体吐出方法。
【請求項１２】液体が流れる液流路と、前記液流路中に設けられ、前記液体に気泡を発生させる
気泡発生手段と、前記気泡発生手段に対応して前記液流路を遮断するよう
に設けられ、前記気泡発生手段が発生した気泡の消泡に
伴って前記液流路を遮断する可動部材と、を用い、前記気泡の発生に基づく圧力によって前記液体を輸送す
ることを特徴とする液体吐出方法。
【請求項１３】請求項１２記載の液体吐出ヘッドにお
いて、液体の吐出がピエゾ素子を用いて行われることを特徴と
する液体吐出方法。
【請求項１４】請求項１２記載の液体吐出方法におい
て、液体の吐出が液体吐出用の気泡を発生させることにより
行われることを特徴とする液体吐出方法。
【請求項１５】請求項１２記載の液体吐出方法におい
て、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
前記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、該可動部材は、前記気泡発生部で
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の位置へ変位すると共に、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ことを特
徴とする液体吐出方法。
【請求項１６】液体を吐出口より吐出する液体吐出ヘ
ッドにおける液体吐出方法であって、吐出口に連通した第１の液流路と、第１の気泡発生手段
によって液体に熱を加えることで該液体に気泡が発生す
る第１の気泡発生領域を有する第２の液流路と、前記第
１の液流路と前記第１の気泡発生領域との間に配され、
吐出口側に自由端を有する第１の可動部材と、液体に気
泡を発生させる第２の気泡発生手段と、前記第２の気泡
発生手段に対応して設けられ、自然状態においては前記
第２の液流路を遮断する第２の可動部材とを有する液体
吐出ヘッドを用い、前記気泡発生領域内での気泡の発生による圧力に基づい
て前記第１の可動部材の自由端を前記第１の液流路側に
変位させて前記圧力を前記第１の液流路の吐出口側に導
いて液体を吐出させ、前記第２の気泡発生手段が発生し
た気泡の消泡に伴って第２の液流路を連通させるように
前記第２の可動部材を変位させることにより液体を輸送
する液体吐出方法。
【請求項１７】記録液体を吐出口より吐出する液体吐
出ヘッドにおける液体吐出記録方法であって、液体に気泡を発生させる気泡発生手段と、前記気泡発生手段に対応して設けられ、前記記録液体が
流れる液流路を遮断する可動部材とを有する液体吐出ヘ
ッドを用い、気泡発生手段が発生した気泡を可動部材により吐出口に
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
前記気泡の発生に基づく圧力によって前記吐出口から記
録液体を被記録物に吐出し、前記気泡発生手段が発生し
た気泡の消泡に伴って液流路を連通する位置に可動部材
を変位させて記録を行うることを特徴とする液体吐出記
録方法。
【請求項１８】請求項１乃至請求項８のいずれかに記
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ヘッドカートリッ
ジ。
【請求項１９】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請求項１８のヘッドカートリッジ。
【請求項２０】前記液体容器には、液体が再充填され
ている請求項１９のヘッドカートリッジ。
【請求項２１】前記液体容器には、液体を再充填する
ための液体注入口が設けられている請求項１１のヘッド
カートリッジ。
【請求項２２】請求項８記載の液体吐出ヘッドと、第
１の液流路に供給される第１の液体と、第２の液流路に
供給される第２の液体とを保持する液体容器とを有する
ヘッドカートリッジ。
【請求項２３】請求項１乃至請求項８のいずれかに記
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
と、を有する液体吐出装置。
【請求項２４】請求項１乃至請求項８のいずれかに記
載の液体吐出ヘッドと、該液体吐出ヘッドから吐出され
た液体を受ける被記録媒体を搬送する被記録媒体搬送手
段と、を有する液体吐出装置。
【請求項２５】請求項２３または請求項２４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、を有する記録システム。
【請求項２６】請求項２３または請求項２４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、を有する記録シス
テム。
【請求項２７】請求項１乃至請求項８のいずれかに記
載の液体吐出ヘッドと、該液体吐出ヘッドに供給される
液体を保持した液体容器と、を内包したヘッドキット。
【請求項２８】請求項１７に記載の液体吐出記録方法
によって液体として吐出されたインクを受けた記録物。
【請求項２９】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手段と、前記気泡発生手段に対応して設けられ、自然状態におい
ては前記液体が流れる液流路を遮断し、前記気泡発生手
段が発生した気泡の消泡に伴って液流路を連通させるよ
うに変位することにより前記液体を輸送する可動部材を
有することを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項３０】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手段と、前記気泡発生手段に対応して設けられ、自然状態におい
ては前記液体が流れる液流路を遮断し、前記気泡発生手
段が発生した気泡の消泡に伴って液流路を連通させるよ
うに変位する可動部材とによって前記液体を輸送するこ
とを特徴とする液体輸送方法。