JPH11348287A

JPH11348287A - 液体吐出ヘッド

Info

Publication number: JPH11348287A
Application number: JP15471598A
Authority: JP
Inventors: Fumi Yoshihira; 文吉平; Satoshi Shimazu; 聡島津; Toshio Kashino; 俊雄樫野; Kiyomitsu Kudo; 清光工藤
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1998-06-03
Filing date: 1998-06-03
Publication date: 1999-12-21

Abstract

(57)【要約】【課題】気泡発生領域における発泡の圧力を吐出口方
向に導き、吐出効率を損なうことなく、高い吐出力を得
ると共に、耐久性をも向上させる。【解決手段】気泡発生領域７における気泡６の発生に
よって生じた圧力より、気泡発生領域７上に設けられた
可動分離膜５が膨張し、第１の液流路３側にふくらむ
際、可動分離膜５が可動部材８の曲線状の自由端で規制
されることで、可動分離膜５の下流側部分が可動分離膜
５の上流側部分よりも大きく第１の液流路３側に変位す
る構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、熱エネルギー等に
よる気泡の発生によって、所望の液体を吐出する液体吐
出ヘッドに関し、特に、気泡の発生を利用して変位する
可動分離膜を用いる液体吐出ヘッドに関する。

【０００２】なお、本発明における「記録」とは、文字
や図形等のように意味を持つ画像を被記録媒体に対して
付与することだけでなく、パターン等のように意味を持
たない画像を付与することをも意味するものである。

【０００３】

【従来の技術】熱等のエネルギーをインクに与えること
で、インクに急峻な体積変化（気泡の発生）を伴う状態
変化を生じさせ、この状態変化に基づく作用力によって
吐出口からインクを吐出し、これを被記録媒体上に付着
させて画像形成を行なうインクジェット記録方法、いわ
ゆるバブルジェット記録方法が従来から知られている。
このバブルジェット記録方法を用いる記録装置には、特
公昭６１−５９９１１号公報や特公昭６１−５９９１４
号公報に開示されているように、インクを吐出するため
の吐出口と、この吐出口に連通するインク流路と、イン
ク流路内に配されたインクを吐出するためのエネルギー
発生手段としての発熱体（電気熱変換体）とが一般的に
設けられている。

【０００４】上記のような記録方法によれば、品位の高
い画像を高速、低騒音で記録することができるととも
に、この記録方法を行うヘッドではインクを吐出するた
めの吐出口を高密度に配置することができるため、小型
の装置で高解像度の記録画像、さらにカラー画像をも容
易に得ることができる等の多くの優れた点を有してい
る。このため、このバブルジェット記録方法は近年、プ
リンター、複写機、ファクシミリ等の多くのオフィス機
器に利用されており、さらに、捺染装置等の産業用シス
テムにまで利用されるようになってきている。

【０００５】他方、従来のバブルジェット記録方法にお
いては、発熱体がインクに接した状態で加熱を繰り返す
ため、発熱体の表面にインクの焦げによる堆積物が発生
する場合があった。また、吐出すべき液体が熱によって
劣化しやすい液体の場合や十分に発泡が得られにくい液
体の場合においては、前述の発熱体による直接加熱気泡
形成では、良好な吐出が行われない場合もある。

【０００６】これに対して、本願出願人は、特開昭５５
−８１１７２号公報に、発泡液と吐出液とを分離する可
撓性膜を介して、発泡液を熱エネルギーによって発泡さ
せて吐出液を吐出する方法を提案している。この方法に
おける可撓性膜と発泡液との構成は可撓性膜がノズルの
一部に設けられているものであるが、それに対して、ヘ
ッド全体を上下に分離する大きな膜を用いる構成が特開
昭５９−２６２７０号公報に開示されている。この大き
な膜は、液路を形成する２つの板材によって挟持される
ことによって２つの液路内の液体が互いに混合されない
ことを目的として設けられたものである。

【０００７】他方、発泡液自体に特徴を持たせ、発泡特
性を考慮したものとして、吐出液よりも低沸点の液体を
用いる特開平５−２２９１２２号公報に開示されている
ものや、導電性を有する液体を発泡液として用いる特開
平４−３２９１４８号公報に開示されているものがあ
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような従来の分離膜を用いた液体吐出方式は、発泡液
と吐出液とを分離するだけの構成、あるいは、発泡液自
体の改良を行うだけのものであり、実用的な水準ではな
い。

【０００９】本発明者達は、分離膜を用いた液滴吐出に
ついて吐出液滴を中心に検討したところ、熱エネルギー
による気泡形成がもたらす液体吐出は、分離膜の変化を
介在しているために効率が下がってしまい、結果的に実
用化されていないという結論に至った。

【００１０】そこで、本発明者達は、分離膜の分離機能
による効果を生かしながら、液体吐出をより高い水準に
でき、更に、耐久性にも優れた液体吐出ヘッドを研究す
ることに至った。

【００１１】本発明は、この研究の中で生まれたもの
で、液滴吐出のために吐出効率を向上させることがで
き、更に吐出耐久性にも優れ、吐出液滴の体積、あるい
は、吐出速度を安定及び高める画期的な液体吐出ヘッド
を提供するものである。

【００１２】本発明は、吐出口に連通する吐出液用の第
１液流路と、発泡液を供給あるいは移動可能に備えると
ともに気泡発生領域を含む第２の液流路と、第１及び第
２の液流路を分離する可動分離膜と、それに負担をかけ
ずに規制する可動部材とを備えた液体吐出ヘッドを用い
て第１の液流路における吐出液の流れ方向に関して吐出
口よりも上流側に可動分離膜の変位領域を有する液体吐
出ヘッドにおいて、吐出効率並びに耐久性が向上できる
ものである。

【００１３】本発明の第１の目的は、可動性膜により吐
出液と発泡液とを実質的に分離、より好ましくは完全に
分離し、該可動性膜に負担をかけずに規制する可動部材
を有する構成において、発泡の圧力によって生じた力で
可動性膜を変形させて吐出液に圧力を伝達する際に、圧
力が上流側に逃げるのを防止するだけでなく、可動部材
が可動性膜に負担をかけずに可動性膜をなだらかに変形
させることで圧力を吐出口方向に導き、吐出効率を損な
うことなく、高い吐出力を得られ、更に耐久性をも向上
させることができる液体吐出ヘッドを提供することにあ
る。

【００１４】また、本発明の第２の目的は、上述した構
成によって、発熱体上に堆積する堆積物の量を低減する
とともに、吐出液に対して熱的影響を与えず効率良く液
体を吐出することができる液体吐出ヘッドを提供するこ
とにある。

【００１５】また、本発明の第３の目的は、吐出液の粘
度や材質組成にかかわらず、選択自由度が広い液体吐出
ヘッドを提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の液体吐出ヘッドは、液体を吐出する吐出口に
連通する第１の液流路と、液体に気泡を発生させる気泡
発生領域を具備する第２の液流路と、前記第１の液流路
と前記第２の液流路とを互いに常に実質的に分離する可
動分離膜と、該可動分離膜を規制する可動部材とを少な
くとも有し、前記可動部材の自由端が曲線形状であるこ
とを特徴とする。

【００１７】（作用）上述の構成によると、気泡発生領
域における気泡の発生及び成長に伴って、気泡発生領域
上に設けられた可動分離膜が可動部材による規制を受け
て第１の液流路側に変位するが、可動部材の自由端は曲
線形状であるため可動分離膜に負担を与えることなく気
泡の発生による圧力を第１の液流路の吐出口側へ導くこ
とができ、ヘッドの耐久性を向上させることができる。

【００１８】また、可動部材のスリットが（可動部材の幅）≦（可動分離膜の開口縁部から可動部
材の側端までの幅）×２を満足すれば、可動部材変位時、可動分離膜が挟み込ま
れることなく、また、可動分離膜と可動部材が密着して
いる場合においても、可動分離膜の変位面積が充分広い
ためヘッドの耐久性を向上させることができる。

【００１９】また、可動部材の形状が（可動部材の自由端の幅）≦（可動部材の支点の幅）を満足すれば、可動分離膜が第１の液流路側に変位する
際、下流側が上流側よりもなだらかに大きく変位するた
め吐出効率が向上する。

【００２０】また、気泡が消泡する際における可動分離
膜の第２の液流路への変位が抑制されるので、上流側へ
の液の移動が抑制され、リフィル特性の向上やクロスト
ークの低減が図られる。

【００２１】

【発明の実施の形態】「本発明の吐出の基本概念」以下
に、本発明の基礎となる吐出の基本概念について１例を
挙げて説明する。

【００２２】図１は、本発明の液体吐出ヘッドの基礎と
なる吐出の基本概念を説明するための流路方向の断面図
である。

【００２３】図１で示す形態では、吐出口１に直接連通
した第１の液流路３内に、第１の共通液室１４３から供
給される第１の液体が満たされており、また、気泡発生
領域７を有する第２の液流路４に、発熱体２によって熱
エネルギーを与えられることにより発泡する発泡用の液
体が満たされている。なお、第１の液流路３と第２の液
流路４との間には、第１の液流路３と第２の液流路４と
を互いに分離する可動分離膜５が、さらにその上部に分
離膜５を規制するための可動部材８が設けられている。
また、可動分離膜５と可動部材８とオリフスプレート９
とは互いに密着固定され、ここでもそれぞれの液流路内
の液体が混ざり合うことはない。

【００２４】ここで、可動分離膜５は、通常、気泡発生
領域７において発生する気泡によって変位する際、方向
性を持たないか、むしろ、変位自由度の高い共通液室側
へ変位が進行する場合がある。

【００２５】以上のように吐出口は、第１の液流路の端
部域に配されており、吐出口の上流側（第１の液流路に
おける吐出液の流れ方向に関して）に、発生した気泡の
成長にしたがって変位する変位可能な可動分離膜の変位
領域が存在している。また、第２の液流路は、発泡液を
収納し、あるいは、発泡液で充填され（好ましくは、補
充可能、より好ましくは、発泡液の移動可能）ており、
気泡の発生領域を備えている。

【００２６】また、気泡発生領域も、上述した吐出液の
流れ方向に関して吐出口側よりも上流域に対応して位置
する。加えて、分離膜は、気泡発生領域を形成する電気
熱変換体よりも長く、可動領域として有するが、上記流
れ方向に関して、電気熱変換体の上流側端部と第１の液
流路の共通液室との間、好ましくは、該上流側端部に不
図示の固定部を有している。したがって、分離膜の実質
的な可動範囲は、図１で理解される。

【００２７】なお、可動分離膜の状態は、可動分離膜自
体の弾性、厚さ、あるいは他の付加的構造から得られる
もの全てを代表する要素である。

【００２８】また図１で示す形態においては、可動分離
膜５に間接的に作用する変位の方向を規制する可動部材
８を設け、それにより、可動分離膜５の気泡によって生
じる変位（移動、膨張または伸長等）を吐出口方向に向
けるようにした。

【００２９】図１（ａ）に示す初期状態においては、第
１の液流路３内の液体が毛細管力によって吐出口１近傍
まで引き込まれている。なお、本形態においては、吐出
口１が発熱体２の第１の液流路３への投影領域に対し、
第１の液流路３の液体流れ方向に関して下流側に位置し
ている。

【００３０】この状態において、発熱体２（本形態にお
いては、４０μｍ×１０５μｍの形状を有する発熱抵抗
体）に熱エネルギーが与えられると、発熱体２が急速に
加熱され、気泡発生領域７の第２の液体に接触する表面
は第２の液体を加熱発泡させる（図１（ｂ））。この加
熱発泡により生じる気泡６は、米国特許第４，７２３，
１２９号に記載されているような膜沸騰現象に基づく気
泡であり、発熱体表面全域に一斉にきわめて高い圧力を
伴って発生するものである。このときに発生する圧力
は、圧力波となって第２の液流路４内の第２の液体を伝
搬し、可動分離膜５に作用して、それにより、可動分離
膜５が可動部材８の自由端による規制を受けながら変位
して、第１の液流路３内の第２の液体の吐出が開始され
る。

【００３１】発熱体２の表面全体に発生した気泡６が急
速に成長していくと、膜状となる（図１（ｃ））。発生
初期のきわめて高い圧力による気泡６の膨張は、可動分
離膜５及び可動部材８の自由端をさらに変位せしめ、そ
れにより、吐出口１からの第１の液流路３内の第１の液
体の吐出が進む。

【００３２】その後、さらに気泡６が成長すると、可動
分離膜５及び可動部材８の自由端の変位が大きくなる
（図１（ｄ））。なお、図１（ｄ）に示す状態までは、
可動分離膜５は、可動分離膜５の発熱体２に対向する領
域の中央部５Ｃに対してその上流側部５Ａの変位と下流
側部５Ｂの変位とがほぼ等しくなるように伸長し続けて
いる。

【００３３】その後、さらに気泡６が成長すると、気泡
６及び変位を続ける可動分離膜５が可動部材８の自由端
による規制を受けている為、それぞれ上流側部５Ａより
も下流側部５Ｂが相対的に大きく吐出口方向に変位し、
それにより、第１の液流路３内の第１の液体が、吐出口
１方向に直接的に移動せしめられる（図１（ｅ））。

【００３４】このように、液体を吐出口方向へ直接移動
させるように可動分離膜５が下流側の吐出方向へ変位す
る工程を有することにより、より吐出効率が向上する。
さらに、相対的に上流側への液体の移動が少なくなり、
ノズル内、特に、可動分離膜５の変位領域への液体のリ
フィル（上流側からの補充）に有効に作用することにな
る。また、可動分離膜変位規制部材（可動部材）８の開
口部においては図１に示すように、厚み方向が曲面形状
になっており、それにより、この部分での可動分離膜５
の応力集中が緩和され、強度劣化が少なく、耐久性が向
上する。

【００３５】また、図１（ｄ），図１（ｅ）に示すよう
に、可動分離膜５自体も図１（ｄ）から図１（ｅ）に変
化するように吐出口方向へ変位する場合、上述した吐出
効率及びリフィル効率をさらに向上させることができる
とともに、第１の液流路３内の発熱体２の投影領域の第
１の液体を吐出口方向へ輸送移動を生じさせ、吐出量の
向上を図ることができる。

【００３６】

【実施例】以下に、本発明の実施例について図面を参照
して説明する。

【００３７】図２は、本発明の液体吐出ヘッドの一実施
例を示す流路方向の断面図であり、（ａ）は非発泡時の
状態を示す図、（ｂ）は発泡時（吐出時）の状態を示す
図、（ｃ）は消泡時の状態を示す図である。

【００３８】図２（ａ）に示すように本実施例において
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１０２（本実施例においては、４０μｍ×１０
５μｍの形状の発熱抵抗体）が設けられた基板１１０上
に、発泡液用の第２の液流路１０４が設けられ、その上
に吐出口１０１に直接連通した吐出液用の第１の液流路
１０３が設けられている。また、第１の液流路１０３と
第２の液流路１０４との間に、弾性を有する薄膜で形成
された可動分離膜１０５が設けられており、可動分離膜
１０５によって第１の液流路１０３内の吐出液と第２の
液流路１０４内の発泡液とが区分されている。なお、可
動分離膜１０５においては、発熱体１０２に対向して配
され、発熱体１０２における発熱によって気泡が発生す
る気泡発生領域１０７の少なくとも一部に対面してい
る。さらに、可動分離膜１０５の第１の液流路１０３側
には、気泡発生領域１０７上に自由端１３１ａ、自由端
１３１ａよりも上流側に支点１３１ｂをそれぞれ有し、
可動分離膜１０５に隣接して配された方向規制手段とし
ての可動部材１３１が設けられている。

【００３９】なお、可動部材１３１の自由端１３１ａに
おいては、気泡発生領域１０７に面する部分に設けられ
ていなくても、支点１３１ｂに対して下流側に設けら
れ、可動分離膜１０５の伸長を吐出口１０１方向に導く
ものであればよいが、さらに好ましくは発熱体１０２の
少なくとも一部に可動分離膜１０５を介して対面させる
ことで、可動分離膜１０５の変位を効率的に制御するこ
とができる。特に、発熱体１０２または気泡発生領域１
０７の面積中心よりも下流側に可動部材１３１をその自
由端１３１ａが位置するように可動分離膜１０５と対面
させる位置にすることで、可動部材１３１は発熱体１０
２に対し垂直方向に膨張しようとする成分をより吐出口
１０１方向に集中させることが可能となるため、吐出効
率が飛躍的に向上する。また、自由端１３１ａが気泡発
生領域１０７よりも下流側に設けられている場合におい
ても、自由端１３１ａがより大きく変位して可動分離膜
１０５を吐出口１０１方向においてより大きく変位させ
ることで、吐出効率が向上する。

【００４０】いま、発熱体１０２において熱が発せられ
ると、発熱体１０２上の気泡発生領域１０７に気泡１０
６が発生し、それにより、可動分離膜１０５が第１の液
流路１０３側に変位するが、ここで、可動分離膜１０５
においては、可動部材１３１によってその変位が規制さ
れる。可動部材１３１においては、気泡発生領域１０７
上に自由端１３１ａ、その上流に支点１３１ｂがそれぞ
れ設けられているため、可動分離膜１０５は、上流側よ
りも下流側の方が大きく変位するようになる（図２
（ｂ））。

【００４１】つまり、可動分離膜１０５が変位する方向
を規制する方向規制手段によって所望の変形や変位を安
定的に得ることができる。

【００４２】また図１と同様、可動分離膜変位規制部材
（可動部材）１３１の開口部においては図２に示すよう
に、厚み方向が曲面形状になっており、それにより、こ
の部分での可動分離膜１０５の応力集中が緩和され、強
度劣化が少なく、耐久性が向上する。

【００４３】このように、気泡１０６の成長にともなっ
て、可動分離膜１０５の下流側の部分が大きく変位し、
それにより、気泡１０６の成長が主に吐出口１０１側に
伝達され、第１の液流路１０３内の吐出液が吐出口１０
１から効率良く吐出される。

【００４４】その後、気泡１０６が収縮すると可動分離
膜１０５が変位前の位置に戻るが、その際、消泡の圧力
によって可動分離膜１０５が変位前の位置よりも第２の
液流路１０４側に変位してしまう。しかしながら、本実
施例においては、可動分離膜１０５が可動部材１３１と
一体化されているため、可動分離膜１０５の第２の液流
路１０４側への変位が抑制される（図２（ｃ））。

【００４５】そのため、第１の液流路１０３側の圧力の
低下が抑えられ、それにより、メニスカスの後退が抑制
され、リフィル特性が向上する。

【００４６】また、可動部材１３１により、上流側への
液の移動が抑制され、リフィル特性の向上やクロストー
クの低減等の効果が得られる。

【００４７】以上述べたように、本実施例の構成によれ
ば、吐出液と発泡液とを別液体とし、吐出液を吐出させ
ることができる。このため、従来、熱を加えても発泡が
十分に行われにくく吐出力が不十分であったポリエチレ
ングリコール等の高粘度の液体であっても、この液体を
第１の液流路１０３に供給し、発泡液に発泡が良好に行
われる液体（エタノール：水＝４：６の混合液１〜２ｃ
ｐ程度等）を第２の液流路１０４に供給することで良好
に吐出させることができる。

【００４８】また、発泡液として、熱を受けても発熱体
の表面にコゲ等の堆積物を生じさせない液体を選択する
ことにより、発泡を安定化させ、良好な吐出を行うこと
ができる。

【００４９】さらに、本発明の液体吐出ヘッドの構造に
おいては上述した実施例において説明したような効果を
も生じるため、さらに高吐出効率、高吐出力で高粘性液
体等の液体を吐出することができる。

【００５０】また、加熱に弱い液体を用いた場合におい
ても、この液体を第１の液流路１０３に吐出液として供
給し、第２の液流路１０４に熱的に変質しにくく良好に
発泡を生じさせる液体を供給すれば、加熱に弱い液体に
熱的な害を与えることなく、しかも上述したように高吐
出効率、高吐出力で吐出させることができる。

【００５１】図３は、本発明の液体吐出ヘッドの別の実
施例を説明するための図である。

【００５２】図３で示す形態においても、上述した実施
例と同様、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５０２（本実施例においては、４０μｍ
×１０５μｍの形状の発熱抵抗体）が設けられた基板５
１０上に、発泡液用の第２の液流路５０４が設けられ、
その上に吐出口５０１に直接連通した吐出液用の第１の
液流路５０３が設けられている。また、第１の液流路５
０３と第２の液流路５０４との間に、弾性を有する薄膜
で形成された可動分離膜５０５が設けられており、可動
分離膜５０５によって第１の液流路５０３内の吐出液と
第２の液流路５０４内の発泡液とが区分されている。ま
た、可動分離膜５０５の第１の液流路５０３側に、気泡
発生領域５０７近傍に開口部を有し、可動分離膜５０５
の変位を制限する可動分離膜変位規制部材（可動部材）
５３１が設けられている。

【００５３】以下に、図３を用いて本実施例の液体吐出
ヘッドの吐出動作について詳細に説明する。

【００５４】図３（ａ）においては、発熱体５０２に電
気エネルギー等のエネルギーが印加されておらず、発熱
体５０２において熱は発生していない。なお、可動分離
膜５０５は、基板５１０と略平行な第１の位置にある。

【００５５】ここで、発熱体５０２に電気エネルギー等
が印加されると、発熱体５０２が発熱して発生した熱に
よって気泡発生領域５０７内を満たす発泡液体の一部が
加熱され、膜沸騰に伴って気泡５０６が発生する。可動
分離膜５０５の可動領域の中心が発熱体５０２の中心よ
りも下流側に位置しているため、可動分離膜５０５は気
泡５０６の圧力によって発熱体５０２よりも下流側にお
いて変位しやすくなっている（図３（ｂ））。

【００５６】さらに気泡５０６が成長すると、気泡発生
に伴う圧力に応じて可動分離膜５０５が第１の液流路５
０３側にさらに変位する。この結果、発生した気泡５０
６は上流より下流に大きく成長し、可動分離膜５０５が
第１の位置を大きく越える（図３（ｃ））。

【００５７】その後、気泡５０６が、前述した膜沸騰現
象に特徴的な気泡内部圧力の減少によって収縮していく
と、それに伴って、第２の位置まで変位していた可動分
離膜５０５は、気泡５０６の収縮による負圧によって図
３（ａ）に示した初期の位置（第１の位置）に徐々に戻
っていく（図３（ｄ））。

【００５８】そして、気泡５０６が消滅すると、可動分
離膜５０５が初期の位置（第１の位置）に戻る（図３
（ｅ））。また、消泡時には、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からＶ_D1，Ｖ
_D2に示すように、また、吐出口５０１側からＶ_Cに示す
ように液体が流れ込んでくる。このとき、発泡時に発熱
体５０２から下流側（吐出口側）への液体の流れがあっ
たため、Ｖ_D1，Ｖ_D2の流れが大きくなり、リフィル速度
の向上及びメニスカスの後退量の減衰に大きく役立って
いる。

【００５９】ここでも図１と同様、可動分離膜変位規制
部材（可動部材）５３１の開口部においては図３に示す
ように、厚み方向が曲面形状になっており、それによ
り、この部分での可動分離膜５０５の応力集中が緩和さ
れ、強度劣化が少なく、耐久性が向上する。

【００６０】さらに、可動部材を以下に説明するような
形状にすることによって、液体吐出ヘッドの耐久性を一
層向上することができる。以下に、本発明の液体吐出ヘ
ッドの可動部材の形状を図４に基づいて説明する。

【００６１】図４（ａ）は、本発明の液体吐出ヘッドの
可動部材の形状の１例を示しており、その他の構成は、
先の図３に示すヘッドと同様である。

【００６２】図４（ａ）で示す可動部材１３１は自由端
１３１ａが曲線を描き、さらに（可動分離膜１０５の開
口縁部から可動部材１３１の側端までの幅ａ）＝（可動
部材の幅ｂ）の条件を満たしている。前記可動部材１３
１を用い図３と同様のヘッドを作製し、以下の条件で吐
出試験を行った。

【００６３】電圧：２４Ｖパルス幅：７μsec 電流：１５０ｍＡ電気信号：６ｋＨｚ発泡液：エタノール１０ｗ％・水９０ｗ％吐出液：染料３ｗ％・ジエチレングリコール２０ｗ
％・水７７ｗ％その結果吐出量７５ｎｇ、耐久性２×１０⁸パルス以上
であった。

【００６４】図４（ａ）で示す可動部材１３１を用いる
ことで、可動分離膜１０５が変位した際、可動部材１３
１の自由端１３１ａが、可動分離膜１０５に対する負荷
を集中させることなく、発泡パワーを吐出口に向ける事
ができるため、可動分離膜の耐久性が著しく向上する。

【００６５】図４（ｂ）は、本発明の液体吐出ヘッドの
可動部材の別の形状例を示しており、その他の構成は、
先の図３に示すヘッドと同様である。

【００６６】図４（ｂ）で示す可動部材２３１も自由端
２３１ａが曲線を描き、（可動分離膜１０５の開口縁部
から可動部材２３１の支点２３１ｂの部分までの幅ａ）
＝（可動部材２３１の幅ｂ）の条件を満たし、かつ、
（可動部材２３１の自由端２３１ａの幅ｃ）≦（可動部
材２３１の支点２３１ｂの幅ｂ）の条件も満たしてい
る。前記可動部材２３１を用い図３と同様のヘッドを作
製し、上述した条件で吐出試験を行った。

【００６７】その結果吐出量８０ｎｇ、耐久性２×１０
⁸パルス以上であった。

【００６８】図４（ｂ）で示す可動部材２３１を用いる
ことで、可動分離膜１０５が変位した際、可動部材２３
１の自由端２３１ａが、可動分離膜１０５に対する負荷
を集中させることなく、発泡パワーを吐出口に向ける事
ができるため、可動分離膜の耐久性が著しく向上する。
さらに、この形状の場合、可動分離膜に対する可動部材
の負荷が、支点から自由端にかけてなだらかに変化する
ため、可動分離膜はよりなだらかに変化し、その結果吐
出効率が向上する。

【００６９】図４（ｃ）は本発明と比較する可動部材の
形状を示しており、その他の構成は、先の図３に示すヘ
ッドと同様とした。

【００７０】図４（ｃ）で示す可動部材４３１は自由端
４３１ａが直線であり、（可動分離膜１０５の側端部か
ら可動部材４３１の側端までの幅ｄ）＜（可動部材４３
１の幅ｅ）であり、さらに、（可動部材４３１の自由端
４３１ａの幅ｅ）＝（可動部材４３１の支点４３１ｂの
幅ｅ）である。前記可動部材を用い図３と同様のヘッド
を作製し、上述した条件で吐出試験を行った。

【００７１】その結果吐出量６５ｎｇ、耐久性１×１０
⁸パルスであった。

【００７２】図４（ｃ）で示す可動部材４３１を用いる
と、可動分離膜１０５が変位した際、可動部材４３１の
自由端４３１ａが、可動分離膜に応力集中する傾向があ
り、耐久性は図４の（ａ）や（ｂ）で示す形状よりも劣
る結果となった。また、可動部材の可動分離膜に対する
負荷が、（支点）＝（自由端）なので、可動分離膜はよ
りなだらかに変化せず、その結果吐出効率が図４の
（ａ）や（ｂ）で示す形状よりも劣る結果となった。

【００７３】表１は以上の図４の（ａ）〜（ｃ）の形状
に基づく吐出試験の結果をまとめたものである。

【００７４】

【表１】

【００７５】次に、液体に熱を与えるための発熱体１０
２が設けられた素子基板１１０の構成について説明す
る。

【００７６】図５は、本発明の液体吐出ヘッドの一構成
例を示す縦断面図であり、（ａ）は後述する保護層があ
るヘッドを示す図、（ｂ）は保護層がないヘッドを示す
図である。

【００７７】図５に示すように、素子基板１１０上に、
第２の液流路１０４と、分離壁となる可動分離膜１０５
と、可動部材１３１と、第１の液流路１０３と、第１の
液流路１０３を構成する溝が設けられている溝付部材１
３２とが設けられている。

【００７８】素子基板１１０には、シリコン等の基体１
１０ｆ上に、絶縁および蓄熱を目的としたシリコン酸化
膜またはチッ化シリコン膜１１０ｅが成膜されており、
その上に０．０１〜０．２μｍ厚の発熱体を構成するハ
フニュウムボライド（ＨｆＢ ₂ ）、チッ化タンタル
（ＴａＮ）、タンタルアルミ（ＴａＡｌ）等の電気抵抗
層１１０ｄと、０．２〜１．０μｍ厚のアルミニウム等
の配線電極１１０ｃとがパターニングされている。この
２つの配線電極１１０ｃから電気抵抗層１１０ｄに電圧
を印加し、電気抵抗層１１０ｄに電流を流して発熱させ
る。配線電極１１０ｃ間の電気抵抗層１１０ｄ上には、
酸化シリコンやチッ化シリコン等の保護層１１０ｂが
０．１〜０．２μｍ厚で形成され、さらにその上に、
０．１〜０．６μｍ厚のタンタル等の耐キャビテーショ
ン層１１０ａが成膜されており、インク等各種の液体か
ら電気抵抗層１１０ｄを保護している。

【００７９】特に、気泡の発生、消泡の際に発生する圧
力や衝撃波は非常に強く、堅くてもろい酸化膜の耐久性
を著しく低下させるため、金属材料のタンタル（Ｔａ）
等が耐キャビテーション層１１０ａとして用いられる。

【００８０】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５（ｂ）に示す。

【００８１】このような保護層を必要としない抵抗層の
材料としては、イリジュウム＝タンタル＝アルミ合金等
が挙げられる。特に、本発明において、発泡のための液
体を吐出液と分離して発泡に適したものにできるため、
このように保護層がない場合に有利である。

【００８２】このように、上述した実施例における発熱
体１０２の構成としては、配線電極１１０ｃ間の電気抵
抗層１１０ｄ（発熱部）だけででもよく、また電気抵抗
層１１０ｄを保護する保護層を含むものでもよい。

【００８３】本実施例においては、発熱体１０２とし
て、電気信号に応じて発熱する抵抗層で構成された発熱
部を有するものを用いたが、本発明は、これに限られる
ことなく、吐出液を吐出させるのに十分な気泡を発泡液
に生じさせるものであればよい。例えば、発熱部として
レーザ等の光を受けることで発熱するような光熱変換体
や高周波を受けることで発熱するような発熱部を有する
発熱体でもよい。

【００８４】なお、前述の素子基板１１０には、発熱部
を構成する電気抵抗層１１０ｄとこの電気抵抗層１１０
ｄに電気信号を供給するための配線電極１１０ｃとで構
成される電気熱変換体の他に、この電気熱変換素子を選
択的に駆動するためのトランジスタ、ダイオード、ラッ
チ、シフトレジスタ等の機能素子が一体的に半導体製造
工程によって作り込まれていてもよい。

【００８５】また、上述したような素子基板１１０に設
けられている電気熱変換体の発熱部を駆動し、液体を吐
出するためには、電気抵抗層１１０ｄに配線電極１１０
ｃを介して矩形パルスを印加し、配線電極１１０ｃ間の
電気抵抗層１１０ｄを急峻に発熱させればよい。

【００８６】図６は、図５に示した電気抵抗層１１０ｄ
に印加する電圧波形を示す図である。

【００８７】図５で示した液体吐出ヘッドにおいては、
それぞれ電圧２４Ｖ、パルス幅７μｓｅｃ、電流１５０
ｍＡ、電気信号を６ｋＨｚで加えることで発熱体を駆動
させ、前述のような動作によって、吐出口から液体であ
るインクを吐出させた。しかしながら、本発明における
駆動信号の条件はこれに限られることなく、発泡液を適
正に発泡させることができる駆動信号であればよい。

【００８８】次に、部品点数の削減を図りながらも、２
つの共通液室を有し、各共通液室に異なる液体を良好に
分離して導入することができ、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。

【００８９】図７は、本発明の液体吐出ヘッドの一構成
例を示す模式図であり、図２及び図５において示した例
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。

【００９０】図７に示す液体吐出ヘッドにおける溝付部
材１３２は、吐出口１０１を有するオリフィスプレート
１３５と、複数の第１の液流路１０３を構成する複数の
溝と、複数の第１の液流路１０３に共通して連通し、第
１の液流路１０３に液体（吐出液）を供給するための第
１の共通液室１４３を構成する凹部とから概略構成され
ている。

【００９１】この溝付部材１３２の下側部分に可動部材
１３１と少なくとも一部において接着された可動分離膜
１０５を接合することにより、複数の第１の液流路１０
３が形成される。溝付部材１３２には、その上部から第
１の共通液室１４３内に到達する第１の液体供給路１３
３が設けられており、また、その上部から可動部材１３
１及び可動分離膜１０５を突き抜けて第２の共通液室１
４４内に到達する第２の液体供給路１３４が設けられて
いる。

【００９２】第１の液体（吐出液）は、図７中矢印Ｃで
示すように、第１の液体供給路１３３及び第１の共通液
室１４３を経て第１の液流路１０３に供給され、第２の
液体（発泡液）は、図７中矢印Ｄで示すように、第２の
液体供給路１３４及び第２の共通液室１４４を経て第２
の液流路１０４に供給されるようになっている。

【００９３】なお、本実施例においては、第２の液体供
給路１３４が第１の液体供給路１３３と平行して配され
ているが、本発明は、これに限られることはなく、第１
の共通液室１４３の外側に設けられた可動分離膜１０５
を貫通して、第２の共通液室１４４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。

【００９４】また、第２の液体供給路１３４の太さ（直
径）に関しては、第２の液体の供給量を考慮して決めら
れ、第２の液体供給路１３４の形状においては、丸形状
である必要はなく矩形状等でもよい。

【００９５】また、第２の共通液室１４４においては、
溝付部材１３２を可動分離膜１０５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、基板１
１０上にドライフィルムで共有液室枠と第２の液路壁を
形成し、可動分離膜１０５を固定した溝付部材１３２と
可動分離膜１０５との結合体と基板１１０とを貼り合わ
せることにより第２の共通液室１４４や第２の液流路１
０４を形成してもよい。

【００９６】図８は、本発明の液体吐出ヘッドの一構成
例を示す分解斜視図である。

【００９７】本実施例においては、アルミニウム等の金
属で形成された支持体１３６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１０２としての電気熱変換素子が複数設け
られた素子基板１１０が設けられている。

【００９８】素子基板１１０上には、ドライフィルムに
より形成された第２の液流路１０４を構成する複数の溝
と、複数の第２の液流路１０４に連通し、それぞれの第
２の液流路１０４に発泡液を供給するための第２の共通
液室（共通発泡液室）１４４を構成する凹部と、前述し
た可動部材１３１が接着された可動分離膜１０５とが設
けられている。

【００９９】溝付部材１３２においては、可動分離膜１
０５と接合されることで第１の液流路（吐出液流路）１
０３を構成する溝と、この吐出液流路に連通し、それぞ
れの第１の液流路１０３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）１４３を構成するための凹
部と、第１の共通液室１４３に吐出液を供給するための
第１の液体供給路（吐出液供給路）１３３と、第２の共
通液室１４４に発泡液を供給するための第２の液体供給
路（発泡液供給路）１３４とを有している。第２の液体
供給路１３４は、第１の共通液室１３３の外側に設けら
れた可動部材１３１及び可動分離膜１０５を貫通して第
２の共通液室１４４に連通する連通路に繁がっており、
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１４４に供給することができる。

【０１００】なお、素子基板１１０、可動部材１３１、
可動分離膜１０５及び溝付部材１３２の配置関係は、素
子基板１１０の発熱体１０２に対応して可動部材１３１
が配置されており、この可動部材１３１に対応して第１
の液流路１０３が設けられている。また、本実施例にお
いては、第２の液体供給路１３４を１つの溝付部材１３
２に設けた例について示したが、液体の供給量に応じて
複数個設けてもよい。さらに、第１の液体供給路１３３
と第２の液体供給路１３４の流路断面積は供給量に比例
して決めればよい。このような流路断面積の最適化によ
り、溝付部材１３２等を構成する部品のより一層の小型
化を図ることも可能である。

【０１０１】以上説明したように本実施例によれば、第
２の液流路１０４に第２の液体を供給する第２の液体供
給路１３４と、第１の液流路１０３に第１の液体を供給
する第１の液体供給路１３３とが同一の溝付部材１３２
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。

【０１０２】また、第２の液流路１０４に連通した第２
の共通液室１４４への第２の液体の供給においては、第
１の液体と第２の液体とを分離する可動分離膜１０５を
突き抜ける方向で第２の液流路１０４によって行われる
構造であるため、可動分離膜１０５と溝付部材１３２と
発熱体１０２が形成された基板１１０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ともに、貼り
合わせ精度が向上し、良好に吐出させることができる。

【０１０３】また、第２の液体は、可動分離膜１０５を
突き抜けて第２の共通液室１４４へ供給されるため、第
２の液流路１０４への第２の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。

【０１０４】上述したように本発明においては、可動部
材１３１が接着された可動分離膜１０５を有する構成に
よって、従来の液体吐出装置よりも高い吐出力や吐出効
率でしかも高速に液体を吐出させることができる。発泡
液として前述のような性質の液体を用いればよく、具体
的には、メタノール、エタノール、ｎ−プロパノール、
イソプロパノール、ｎ−ヘキサン、ｎ−ヘプタン、ｎ−
オクタン、トルエン、キシレン、二塩化メチレン、トリ
クレン、フレオンＴＦ、フレオンＢＦ、エチルエーテ
ル、ジオキサン、シクロヘキサン、酢酸メチル、酢酸エ
チル、アセトン、メチルエチルケトン、水等およびこれ
らの混合物が挙げられる。

【０１０５】吐出液としては、発泡性の有無、熱的性質
に関係なく様々な液体を用いることができる。また、従
来、吐出が困難であった発泡性が低い液体、熱によって
変質、劣化しやすい液体や高粘度液体等であっても利用
することができる。

【０１０６】ただし、吐出液の性質として吐出液自身、
または発泡液との反応によって、吐出や発泡また可動分
離膜や可動部材の動作等を妨げるような液体でないこと
が望まれる。

【０１０７】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。

【０１０８】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。

【０１０９】発泡液と吐出液に以下で示すような組成の
液体を組み合わせて吐出させて記録を行った。その結
果、従来の液体吐出装置では吐出が困難であった十数ｃ
ｐ粘度の液体はもちろん１５０ｃｐという非常に高い粘
度の液体で良好に吐出することができ、高画質な記録物
を得ることができた。発泡液１エタノール４０ｗｔ％水６０ｗｔ％発泡液２水１００ｗｔ％発泡液３イソプロピルアルコール１０ｗｔ％水９０ｗｔ％吐出液１カーボンブラック５ｗｔ％（顔料インク約１５ｃｐ）ステレン−アクリル酸−アクリル酸エチル共重合体分離材（酸化１４０、重量平均分子量８０００）１ｗｔ％モノエタノールアミン０．２５ｗｔ％グリセリン６．９ｗｔ％チオジグソコール５ｗｔ％エタノール３ｗｔ％水１６．７５ｗｔ％吐出液２（５５ｃｐ）ポリエチレングリコール２００１００ｗｔ％吐出液３（１５０ｃｐ）ポリエチレングリコール６００１００ｗｔ％ところで、前述したような従来吐出されにくいとされて
いた液体の場合には、吐出速度が低いために、吐出方向
性のバラツキが助長され記録紙上のドットの着弾精度が
悪く、また吐出不安定による吐出量のバラツキが生じこ
れらのことで、高品位画像が得にくかった。しかし、上
述した実施例における構成においては、気泡の発生を発
泡液を用いることで充分に、しかも安定して行うことが
できる。このことで、液滴の着弾精度向上とインク吐出
量の安定化を図ることができ、記録画像品位を著しく向
上することができた。

【０１１０】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。

【０１１１】大まかには、素子基板上に第２の液流路の
壁を形成し、その上に可動分離膜を取り付け、さらにそ
の上に第１の液流路を構成する溝等が設けられた溝付部
材を取り付ける。もしくは、第２の液流路の壁を形成し
た後、この壁の上に可動部材が接着された可動分離膜が
取り付けられた溝付部材を接合することで装置の製造を
行った。

【０１１２】さらに、第２の液流路の作製方法について
詳しく説明する。

【０１１３】まず、素子基板（シリコンウエハ）上に、
半導体と同様の製造装置を用いてハフニュウムボライド
やチッ化タンタル等からなる発熱体を有する電気熱変換
用素子を形成し、その後、次工程における感光性樹脂と
の密着性の向上を目的として素子基板の表面に洗浄を施
した。さらに、密着性を向上させるには、素子基板表面
に紫外線−オゾン等による表面改質を行った後、例えば
シランカップリング剤（日本ユニカ製：Ａ１８９）をエ
チルアルコールで１重量％に希釈した液を上記改質表面
上にスピンコートすればよい。

【０１１４】次に、表面洗浄を行い、密着性を向上させ
た基板上に、紫外線感光性樹脂フィルム（東京応化製：
ドライフィルムオーディルＳＹ−３１８）をラミネー
トした。

【０１１５】次に、ドライフィルム上にフォトマスクを
配し、このフォトマスクを介してドライフィルムのう
ち、第２の流路壁として残す部分に紫外線を照射した。
この露光工程は、キヤノン（株）製：ＭＰＡ−６００を
用いて行い、約６００ｍＪ／ｃｍ² の露光量で行っ
た。

【０１１６】次に、ドライフィルムを、キシレンとブチ
ルセルソルビアセテートとの混合液からなる現像液（東
京応化製：ＢＭＲＣ−３）で現像し、未露光部分を溶解
させ、露光して硬化した部分を第２の液流路の壁部分と
して形成した。さらに、素子基板表面に残った残渣を酸
素プラズマアッシング装置（アルカンテック社製：ＭＡ
Ｓ−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。

【０１１７】以上の方法により、上記シリコン基板から
分割、作製される複数のヒータボード（素子基板）に対
し、一様に第２の液流路を精度よく形成することができ
る。すなわち、シリコン基板を、厚さ０．０５ｍｍのダ
イヤモンドブレードを取り付けたダイシングマシン（東
京精密製：ＡＷＤ−４０００）で各々のヒータボード１
に切断、分離した。分離されたヒータボードを接着剤
（東レ製：ＳＥ４４００）でアルミベースプレート上に
固定した。

【０１１８】次いで、予めアルミベースプレート上に接
合しておいたプリント基板と、ヒータボードとを直径
０．０５ｍｍのアルミワイヤで接続した。

【０１１９】次に、このようにして得られたヒータボー
ドに、上述の方法で溝付部材と可動分離膜との接合体を
位置決め接合した。すなわち、可動分離膜を有する溝付
部材とヒータボードとを位置決めし、押さえバネにより
係合、固定した後、インク・発泡液用供給部材をアルミ
ベースプレート上に接合固定し、アルミワイヤ間、溝付
部材とヒータボードとインク・発泡液用供給部材との隙
間をシリコーンシーラント（東芝シリコーン製：ＴＳＥ
３９９）で封止して完成させた。

【０１２０】以上の製法で、第２の液流路を形成するこ
とにより、各ヒータボードのヒータに対して位置ズレの
ない精度の良い流路を得ることができる。特に、溝付部
材と可動分離膜とをあらかじめ、先の工程で接合してお
くことで、第１の液流路と可動部材の位置精度を高める
ことができる。そして、これらの高精度・製造技術によ
って、吐出安定化が図られ印字品位が向上し、また、ウ
エハ上に一括で形成することが可能なため、多量に低コ
ストで製造することが可能である。

【０１２１】なお、本実施例においては、第２の液流路
を形成するために紫外線硬化型のドライフィルムを用い
たが、紫外域、特に２４８ｎｍ付近に吸収帯域をもつ樹
脂を用い、ラミネート後、硬化させ、エキシマレーザで
第２の液流路となる部分の樹脂を直接除去することによ
っても得ることが可能である。

【０１２２】また、第１の液流路等は、吐出口を有する
オリフィスプレートと第１の液流路を構成する溝と、複
数の第１の液流路に共通に連通し第１の液体をそれぞれ
の液流に供給するための第１の共通液室を構成する凹部
を有する溝付天板を、上述した基板と可動分離膜の結合
体に接合することで形成した。可動分離膜は、この溝付
天板と第２の液流路壁とで挟持されることで固定され
る。なお、可動分離膜は基板側に固定されるだけでな
く、上述したように、溝付天板に固定された後、基板と
位置決め固定しても良い。

【０１２３】方向規制手段となる可動部材１３１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。

【０１２４】また、可動分離膜１０５の材質としては、
前述したポリイミドの他、ポリエチレン、ポリプロピレ
ン、ポリアミド、ポリエチレンテレフタレート、メラミ
ン樹脂、フェノール樹脂、ポリブタジエン、ポリウレタ
ン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルサルフ
ォン、ポリアリレート、シリコンゴム、ポリサルフォ
ン、フッ素樹脂などの近年のエンジニアリングプラスチ
ックに代表される耐熱性、耐溶剤性、成型性が良好で、
弾性があり薄膜化が可能な樹脂、およびその化合物が望
ましい。

【０１２５】また、可動分離膜１０５の厚さは、分離壁
としての強度を達成でき、膨張、収縮が良好に動作する
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。

【０１２６】図９は、本発明の液体吐出ヘッドのその他
の実施例を示す流路方向の断面図であり、（ａ）は非発
泡時の状態を示す図、（ｂ）は発泡時（吐出時）の状態
を示す図である。

【０１２７】図９に示すように本実施例においては、可
動分離膜３０５と第１の液流路３０３との間に可動分離
膜３０５の変位を規制する変位可能な可動部材３３１が
設けられており、可動部材３３１は発泡時及び消泡時に
おいて可動分離膜３０５と一体となって変位する。その
他の構成については、同様である。なお、可動部材３３
１においては、ニッケルの電鋳によって作製されてい
る。

【０１２８】上記のように構成された液体吐出ヘッドに
おいては、気泡発生時における可動分離膜３０５の変位
可能量も安定的に大きく確保することができる。さら
に、可動部材３３１により、可動分離膜３０５の変位を
吐出口方向へ導く作用を強化させることも可能である。
また、非発泡時に可動分離膜３０５が第２の液流路３０
４側に突出していることにより、発泡時において突出部
分上の液体をも吐出口３０１に導くことができる。ま
た、可動部材３３１によって、可動分離膜３０５の凸形
状部３０５ａが第２の液流路３０４側に突出する力が補
助されている。

【０１２９】なお、本実施例においては、可動部材３３
１にニッケルを使用したが、本発明はこれに限られず、
可動部材３３１として良好に動作するための弾性を有し
ていればよい。

【０１３０】図１０は、本発明の液体吐出ヘッドの第２
の液流路の構成を説明するための図であり、可動分離膜
及び可動部材が外された第２の液流路を上方から見た図
である。なお、図中下方が吐出口の配置方向である。

【０１３１】図１０に示すように第２の液流路６０４に
おいては、発熱体６０２の前後で狭窄部６０９ａ，６０
９ｂがそれぞれ設けられており、発泡時の圧力が第２の
液流路６０４を伝わって逃げることを防止するような室
（発泡室）構造となっている。ここで、第２の液流路６
０４の狭窄部６０９ａ，６０９ｂにおいては、下流側
（吐出口側）の開口部が上流側（共通液室）側の開口部
よりも狭くなるように形成されている。このように、開
口部の下流側を狭く形成することにより、第２の液流路
６０４における流抵抗を下流側で大きく、上流側で小さ
くすることができ、気泡の発生により生じた圧力の下流
側成分を効果的に、かつ、優先的に可動分離膜６０５に
作用させ、第１の液流路６０３側に変位させることで、
第１の液流路６０３内の液体を、効率よく、また、高い
吐出力によって吐出することができる。ここで、第２の
液流路６０４の発泡室の下流側の狭窄部６０９ａは、発
泡室に残留した泡を抜くための流路である。

【０１３２】なお、第２の液流路６０４の形状において
は、上述したものに限られるものではなく、気泡発生に
伴う圧力が、効果的に可動分離膜６０５に伝達できる形
状であればよい。

【０１３３】以上述べたように、本実施例の構成による
と、第２の液流路の発熱体の面積中心よりも下流側の流
抵抗を上流側の流抵抗よりも大きくすることにより、気
泡の発生に伴う圧力によって変位した可動分離膜が、下
流側に成長するため、加熱に弱い液体や高粘性の液体等
を効率良く高い吐出圧で吐出することができる。

【０１３４】上述した全ての実施例においては、第１の
液流路内の液体の流れ方向と平行な方向に液体が吐出さ
れる吐出方式を用いて本発明を説明してきたが、本発明
は、上述した吐出方式に限られず、第１の液流路内の液
体の流れ方向と垂直な方向に液体が吐出される吐出方式
を用いたものであっても、気泡が発生する領域に対して
下流側に吐出口が設けられているものであれば適用する
ことができる。

【０１３５】図１１は、本発明を、第１の液流路内の液
体の流れ方向と垂直な方向に液体が吐出されるように気
泡発生領域よりも下流側に吐出口を配置したものに適用
した例を示す流路方向の断面図であり、（ａ）は非発泡
時の状態を示す図、（ｂ）は発泡時の状態を示す図であ
る。

【０１３６】図１１に示すように、第１の液流路９０３
内の液体の流れ方向と垂直な方向に吐出口９０１が配さ
れたものにおいても、気泡発生領域９０７に対して下流
側に吐出口９０１が配されていれば、上述した各実施例
の構成を用いることにより同様の効果を得ることができ
る。

【０１３７】

【発明の効果】本発明では、液体の流れ方向に関して、
可動部材によって可動分離膜の下流側部分が可動分離膜
の上流側部分よりも相対的に吐出口側へ大きく変位する
際、可動部材が、可動分離膜に負担を与えることがない
ため、耐久性が向上し、発泡パワーをより効率よく吐出
に使用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の吐出の基本概念を説明するための液体
吐出ヘッドの流路方向の断面図である。

【図２】本発明の液体吐出ヘッドの実施例を示す流路方
向の断面図であり、（ａ）は非発泡時の状態を示す図、
（ｂ）は発泡時（吐出時）の状態を示す図、（ｃ）は消
泡時の状態を示す図である。

【図３】本発明の液体吐出ヘッドの別の実施例を説明す
るための図である。

【図４】本発明の液体吐出ヘッドの可動部材の実施例と
比較例を示す図である。

【図５】本発明の液体吐出ヘッドの一構成例を示す縦断
面図であり、（ａ）は後述する保護膜がある装置を示す
図、（ｂ）は保護膜がない装置を示す図である。

【図６】図５に示した電気抵抗層に印加する電圧波形を
示す図である。

【図７】本発明の液体吐出ヘッドの一構成例を示す模式
図である。

【図８】本発明の液体吐出ヘッドの一構成例を示す分解
斜視図である。

【図９】本発明の液体吐出ヘッドのその他の実施例を示
す流路方向の断面図であり、（ａ）は非発泡時の状態を
示す図、（ｂ）は発泡時（吐出時）の状態を示す図であ
る。

【図１０】図２又は図３に示した液体吐出ヘッドの第２
の液流路の構成を説明するための図であり、可動分離膜
及び可動部材が外された第２の液流路を上方から見た図
である。

【図１１】本発明を、第１の液流路内の液体の流れ方向
と垂直な方向に液体が吐出されるように気泡発生領域よ
りも下流側に吐出口を配置したものに適用した例を示す
流路方向の断面図であり、（ａ）は非発泡時の状態を示
す図、（ｂ）は発泡時の状態を示す図である。

【符号の説明】

１，１０１，３０１，５０１，６０１，９０１吐出
口２，１０２，３０２，５０２，６０２，９０２発熱
体３，１０３，３０３，５０３，６０３，９０３第１
の液流路４，１０４，３０４，５０４，６０４，９０４第２
の液流路５，１０５，３０５，５０５，６０５，９０５可動
分離膜６，１０６，３０６，５０６，６０６，９０６気泡７，１０７，３０７，５０７，６０７，９０７気泡
発生領域１１０，３１０基板１１０ａ耐キャビテーション膜１１０ｂ保護層１１０ｃ配線電極１１０ｄ電気抵抗層１１０ｅシリコン酸化膜またはチッ化シリコン膜１１０ｆ基体８，１３１，２３１，４３１可動部材１３１ａ，２３１ａ，４３１ａ自由端１３１ｂ，２３１ｂ，４３１ｂ支点１３２溝付部材１３３第１の液体供給路１３４第２の液体供給路１３５オリフィスプレート１３６支持体１４３第１の共通液室１４４第２の共通液室６０９ａ，６０９ｂ狭窄部５３１変位規制部材

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

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】液体を吐出する吐出口に連通する第１の
液流路と、液体に気泡を発生させる気泡発生領域を具備
する第２の液流路と、前記第１の液流路と前記第２の液
流路とを互いに常に実質的に分離する可動分離膜と、該
可動分離膜を規制する可動部材とを少なくとも有し、前記可動部材の自由端が曲線形状であることを特徴とす
る液体吐出ヘッド。
【請求項２】請求項１に記載の液体吐出ヘッドにおい
て、前記可動部材の形状が（可動部材の幅）≦（可動分離膜の開口縁部から可動部
材の側端までの幅）×２を満足することを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項３】請求項１に記載の液体吐出ヘッドにおい
て、前記可動部材の形状が（可動部材の自由端の幅）≦（可
動部材の支点の幅）を満足することを特徴とする液体吐
出ヘッド。
【請求項４】請求項２に記載の液体吐出ヘッドにおい
て、前記可動部材は前記気泡発生領域と面する部分の上流側
端部よりも下流側に自由端、該自由端よりも上流側に支
点をそれぞれ具備することを特徴とする液体吐出ヘッ
ド。
【請求項５】請求項１に記載の液体吐出ヘッドにおい
て、前記可動部材は前記可動分離膜の前記第１の液流路側に
配されていることを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項６】請求項１に記載の液体吐出ヘッドにおい
て、前記可動分離膜と前記可動部材とは、前記気泡の消泡に
伴って互いに一体となって変位することを特徴とする液
体吐出ヘッド。
【請求項７】請求項１に記載の液体吐出ヘッドにおい
て、前記気泡発生領域の前記可動分離膜に対向する位置に、
前記気泡を発生させるための熱を発生する発熱体を有す
ることを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項８】請求項１に記載の液体吐出ヘッドにおい
て、前記気泡発生領域で発生した気泡の下流部分は、前記発
熱体の面積中心より下側で発生した気泡であることを特
徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項９】請求項１に記載の液体吐出ヘッドにおい
て、前記気泡は、前記発熱体から発生する熱によって液体に
膜沸騰現象を生じさせることにより発生する気泡である
ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項１０】請求項１に記載の液体吐出ヘッドにお
いて、前記可動性分離膜は弾性を有することを特徴とする液体
吐出ヘッド。
【請求項１１】請求項１に記載の液体吐出ヘッドにお
いて、前記可動分離膜は前記気泡発生領域の少なくとも下流側
にたるみ部を有することを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項１２】請求項１に記載の液体吐出ヘッドにお
いて、前記第１の液流路に供給される液体と、前記第２の液流
路に供給される液体とは互いに異なる液体であることを
特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項１３】請求項１２に記載の液体吐出ヘッドに
おいて、前記第２の液流路に供給される液体は、前記第１の液流
路に供給される液体に比べて、低粘度性、発泡性、熱安
定性のうち少なくとも１つの性質において優れている液
体であることを特徴とする液体吐出ヘッド。