JPH1024564A

JPH1024564A - 液体吐出記録方法及び液体吐出ヘッド

Info

Publication number: JPH1024564A
Application number: JP8181889A
Authority: JP
Inventors: Mikifumi Ogasawara; 幹史小笠原; Satoshi Nagashima; 聡永嶋; Toshio Kashino; 俊雄樫野; Yoshie Nakada; 佳恵中田; Hiroyuki Ishinaga; 博之石永; Sadayuki Sugama; 定之須釜; Fumi Yoshihira; 文吉平; Kiyomitsu Kudo; 清光工藤
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1996-07-11
Filing date: 1996-07-11
Publication date: 1998-01-27

Abstract

(57)【要約】【課題】色材を被記録媒体上で不溶化する２液型の液
体吐出記録方法を、装置の大型化や複雑な記録条件の設
定を行うことなく、効率良く、より正確に実施できる技
術を提供する。【解決手段】液体吐出ヘッドの液流路を、吐出口に連
通する第１の液流路と、気泡発生領域に面して可動部材
を配した第２の液流路とに分割し、かつ、可動部材の変
位によって吐出口からの液滴吐出のための発泡の成長方
向を制御する構成とするとともに、第１の液流路と第２
の液流路に供給する液体として、吐出口からの吐出の際
に混合されることで色材の不溶化反応を生じる２種の液
体を組み合せて用いる。

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
の液体を吐出させて記録を行う液体吐出記録方法に関す
る。本発明は更に、該液体吐出記録方法に用い得る液体
吐出ヘッドに関する。

【０００２】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。

【０００３】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。

【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、米国特
許第４，７２３，１２９号明細書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２３
（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２３、（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２３（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２３（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、米国特許第４，４
８０，２５９号明細書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】本願出願人は、基本的
に従来の気泡（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
来では考えられなかった観点から、従来では予想できな
い水準に高めることを主たる課題とし、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発明を出願した。

【００１８】この発明は、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
るもので、気泡の下流側の成長成分を吐出方向へ効率よ
く変換させることで吐出効率、吐出速度の向上をもたら
すことを開示している。

【００１９】ところで、従来画質向上性を得るために、
インクに対して色材を含まない反応性インク固着剤をイ
ンク吐出ヘッドとは別のヘッドや別の吐出口から吐出さ
せて、記録媒体上で反応させるものが知られているが、
これは複数のヘッドや吐出部を新たに必要とするため、
ヘッド構成が大型化したり、回復手段をそれぞれ別々に
設ける必要がある。本発明者らは、これらのように互い
に反応することで画質を向上できるような複数の液体を
用いても、ヘッド構成が簡単になるだけでなく、互いの
ヘッドから着弾した際の着弾ずれや、反応時間の必要か
らもたらされる数々の不安定要素を一掃できることを課
題とするに至った。

【００２０】本発明の主たる目的は、互いに化学反応を
生じ得る第１及び第２液体を必要な時に確実に所望量を
組合せることができ、しかも確実な画像を精度よく形成
できるヘッド及び吐出法を提供することにある。

【００２１】本発明の別の目的は、反応性の２種の液体
を、ヘッド内の隔離された領域にそれぞれ保持してお
き、吐出の際にこれらの液体を混合して吐出口から被記
録媒体に付着させて記録を行うことで、従来のインクと
固化剤をそれぞれ別の液滴として被記録媒体に付着させ
て反応させる方法における問題点を解決することにあ
る。

【００２２】

【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態様は、次のようなもので
ある。

【００２３】本発明の一態様としての液体吐出記録方法
は、液体を吐出する吐出口を備え、第１の液体が供給さ
れた第１領域と、第２の液体を備え該第２の液体に気泡
を発生させる気泡発生領域と、該気泡発生領域に対面し
て配された第１の位置と該第１領域内で該気泡発生領域
から遠ざかる第２の位置との間を変位可能であって自由
端よりも上流側に支点部を有する可動部材とを備え、該
気泡発生領域における気泡の発生に伴って該可動部材を
該第１の位置から該第２の位置の方向へ変位させると共
に該可動部材により該気泡を吐出口側へ導く液体吐出ヘ
ッド用い、被記録媒体に液体を付着させることで記録を
行う液体吐出記録方法において、前記第１の液体と前記
第２の液体の少なくとも一方が色材を含有し、前記第１
の液体と前記第２の液体とが互いに化学反応する特性を
有していると共に、前記第１の液体と前記第２の液体と
を前記吐出口から吐出せしめ、これらの第１の液体と第
２の液体により画像を形成することを特徴とする。

【００２４】本発明の他の態様としての液体吐出ヘッド
は、液体を吐出する吐出口を備え、第１の液体が供給さ
れた第１領域と、第２の液体を備え該第２の液体に気泡
を発生させる気泡発生領域と、該気泡発生領域に対面し
て配された第１の位置と該第１領域内で該気泡発生領域
から遠ざかる第２の位置との間を変位可能であって自由
端よりも上流側に支点部を有する可動部材とを備え、該
気泡発生領域における気泡の発生に伴って該可動部材を
該第１の位置から該第２の位置の方向へ変位させると共
に該可動部材により該気泡を吐出口側へ導く液体吐出ヘ
ッドであって、前記第１領域と前記気泡発生領域のそれ
ぞれに第１の液体及び第２の液体を供給する液体供給手
段を有し、該液体供給手段から供給される第１の液体と
第２の液体の少なくとも一方が色材を含有し、かつ前記
第１の液体前記と第２の液体とが互いに化学反応する特
性を有していると共に、前記第１の液体と前記第２の液
体とを前記吐出口から吐出せしめ、これらの第１の液体
と第２の液体により画像を形成することを特徴とする。

【００２５】本発明によれば、２種の液体を同一ヘッド
中に保持させ、吐出の際に初めてこれらを混合する過程
を通して、これらの化学反応、例えば色材の固化反応を
開始させるという構成により、従来の固化剤とインクを
別々に吐出する２液型の記録方法における問題点を効果
的に解決することができる。すなわち、本発明によれば
２種の液体は吐出時に混合され、その混合時にまたは混
合後にこれらの反応が開始され、更に反応を部分的に進
行させ、色材が過度に拡散しにくい状態で記録媒体に付
着させることもでき、被記録媒体の特性に大きく左右さ
れることなく２液を反応させる効果をより確実に達成で
きる。

【００２６】しかも、本発明では、従来法のように２液
のそれぞれを吐出するヘッドや吐出口を別々に設ける必
要がないので、２液を別々に精度良く吐出するための装
置の高性能化や装置の大型化の必要はない。

【００２７】加えて、本発明によると、発生する気泡と
これによって変位する可動部材との相乗効果を得ること
ができ、吐出口近傍の液体を効率よく吐出できるため、
従来のバブルジェット方式の吐出方法、ヘッド等に比べ
て、吐出効率を向上できる。例えば本発明の最も好まし
い形態においては２倍以上という飛躍的な吐出効率の向
上を達成できた。

【００２８】この発明の特徴的な構成によれば、低温や
低湿で長期放置を行った場合であっても不吐出になるこ
とを防止でき、仮に不吐出になっても、予備吐出や吸引
回復といった回復処理をわずかに行うだけで正常状態に
即座に復帰できる利点もある。

【００２９】また、特に本発明のリフィル特性を向上し
た構成によれば、連続吐出時の応答性、気泡の安定成
長、液滴の安定化を達成して、高速液体吐出による高速
記録また高画質記録を可能にすることができた。

【００３０】本発明のその他の効果については、以下の
記載からも理解される。

【００３１】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。

【００３２】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。

【００３３】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。

【００３４】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。

【００３５】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明を詳
細に説明する。

【００３６】まず図面を参照しつつ本発明で利用する可
動部材の機能について説明する。すなわち、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場
合の例を説明する。なお、以下の各例での説明は、液体
補給タンク、可動部材変位領域や気泡発生領域へ至る液
流路は互いに分離されたものであることを前提とする。

【００３７】図１は可動部材を用いた液体吐出ヘッドを
液流路方向で切断した断面模式図を示している。

【００３８】こ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（この例においては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。

【００３９】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。

【００４０】この可動部材３１は、液体の吐出動作によ
って共通液室１３から可動部材３１を経て吐出口１８側
へ流れる大きな流れの上流側に支点（支点部分；固定
端）３３を持ち、この支点３３に対して下流側に自由端
（自由端部分）３２を持つように、発熱体２に面した位
置に発熱体２を覆うような状態で発熱体から１５μｍ程
度の距離を隔てて配されている。この発熱体と可動部材
との間が気泡発生領域となる。なお発熱体、可動部材の
種類や形状および配置はこれに限られることなく、後述
するように気泡の成長や圧力の伝搬を制御しうる形状お
よび配置であればよい。なお、上述した液流路１０は、
後に取り上げる液体の流れの説明のため、可動部材３１
を境にして直接吐出口１８に連通している部分を第１の
液流路１４とし、気泡発生領域１１や液体供給路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。

【００４１】発熱体２を発熱させることで可動部材３１
と発熱体２との間の気泡発生領域１１の液体に熱を作用
し、液体に米国特許第4,723,129号明細書に記載されて
いるような膜沸騰現象に基づく気泡を発生させる。気泡
の発生に基づく圧力と気泡は可動部材に優先的に作用
し、可動部材３１は図１（ｂ）、（ｃ）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。

【００４２】ここで、以上述べた可動部材を用いた場合
の基本的な吐出原理の一つを以下に説明する。この吐出
方法における最も重要な原理の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。

【００４３】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２と可動部材を用いた図３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。

【００４４】図２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。

【００４５】これに対して、図３で示される可動部材を
用いた場合には、可動部材３１が図２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。

【００４６】次に図１に戻って、可動部材を用いた液体
吐出ヘッドの吐出動作について詳しく説明する。

【００４７】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、発熱体が
熱を発生する前の状態である。ここで重要なことは、可
動部材３１が、発熱体の発熱によって発生した気泡に対
し、この気泡の少なくとも下流側部分に対面する位置に
設けられていることである。つまり、気泡の下流側が可
動部材に作用するように、液流路構造上では少なくとも
発熱体の面積中心３より下流（発熱体の面積中心３を通
って流路の長さ方向に直交する線より下流）の位置まで
可動部材３１が配されている。

【００４８】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
騰に伴う気泡を発生させた状態である。

【００４９】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
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。

【００５０】図１（ｃ）は気泡４０がさらに成長した状
態であるが、気泡４０発生に伴う圧力に応じて可動部材
３１はさらに変位している。発生した気泡は上流より下
流に大きく成長すると共に可動部材の第１の位置（点線
位置）を越えて大きく成長している。このように気泡４
０の成長に応じて可動部材３１が徐々に変位して行くこ
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。

【００５１】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。

【００５２】第２の位置まで変位していた可動部材３１
は、気泡の収縮による負圧と可動部材自身のばね性によ
る復元力によって図１（ａ）の初期位置（第１の位置）
に復帰する。また、消泡時には、気泡発生領域１１での
気泡の収縮体積を補うため、また、吐出された液体の体
積分を補うために上流側（Ｂ）、すなわち共通液室夫々
の側から流れの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。

【００５３】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、以下に可動部材を
用いた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。

【００５４】図１を用いて可動部材を用いた場合の液供
給メカニズムをさらに詳しく説明する。

【００５５】図１（ｃ）の後、気泡４０が最大体積の状
態を経て消泡過程に入ったときには、消泡した体積を補
う体積の液体が気泡発生領域に、第１液流路１４の吐出
口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。）。

【００５６】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。

【００５７】これに対して本例は可動部材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。

【００５８】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。

【００５９】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。

【００６０】このように可動部材を用いた場合は、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。

【００６１】可動部材を用いた構成においてはさらに次
のような有効な機能を兼ね備えている。それは、気泡の
発生による圧力の上流側への伝搬（バック波）を抑制す
ることである。発熱体２上で発生した気泡の内、共通液
室１３側（上流側）の気泡による圧力は、その多くが、
上流側に向かって液体を押し戻す力（バック波）になっ
ていた。このバック波は、上流側の圧力と、それによる
液移動量、そして液移動に伴う慣性力を引き起こし、こ
れらは液体の液流路内へのリフィルを低下させ高速駆動
の妨げにもなっていた。可動部材を用いた場合は、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。

【００６２】次に、可動部材を用いた場合における更な
る特徴的な構造と効果について、以下に説明する。

【００６３】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、この例では実質的に平坦な内壁を持つ液体供給路１
２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。

【００６４】また、気泡発生領域への液体の供給は、可
動部材の側部（スリット３５）を介してＶ_D1から行われ
るものもある。しかし、気泡発生時の圧力をさらに有効
に吐出口に導くために図１で示すように気泡発生領域の
全体を覆う（発熱体面を覆う）ように大きな可動部材を
用い、可動部材３１が第１の位置へ復帰することで、気
泡発生領域１１と第１液流路１４の吐出口に近い領域と
の液体の流抵抗が大きくなるような形態の場合、前述の
Ｖ_D1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、可動部材を用いたヘッド構造におい
ては、気泡発生領域に液体を供給するための流れＶ_D1が
あるため、液体の供給性能が非常に高くなり、可動部材
３１で気泡発生領域１１を覆うような吐出効率向上を求
めた構造を取っても、液体の供給性能を落とすことがな
い。

【００６５】ところで、可動部材３１の自由端３２と支
点３３の位置は、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、吐出によって後退したメニスカスが毛管力
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１３、第
２液流路１２を含む）内を流れる流れＶ_D1、Ｖ_D2夫々に
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。

【００６６】補足すれば、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。

【００６７】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。また、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。

【００６８】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図４に示す。図４はこのようなヘ
ッド構造の横断面図である。図４においては、可動部材
３１の自由端の位置が発熱体のさらに下流側に位置する
ように、可動部材が延在している例を示している。これ
によって自由端位置での可動部材の変位速度を高くする
ことができ、可動部材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。

【００６９】また、自由端が先の例に比較して吐出口側
に近づくことになるので気泡の成長をより安定した方向
成分に集中できるので、より優れた吐出を行うことがで
きる。

【００７０】また、気泡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３
２を高い速度で機械的に液体に作用せしめ液移動を起こ
させることで吐出効率を高めている。

【００７１】また、自由端形状は、液流れに対して垂直
な形状をすることにより、気泡の圧力や可動部材の機械
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。

【００７２】以上説明した可動部材を用いた吐出方式を
適用して本発明を構成することができる。なお、本発明
で用いるヘッドは、上記の可動部材を用いたヘッドにお
ける構成や特性、あるいは吐出原理などを基本的に有す
るもので、この基本的な事項に加えて、液流路を第１の
液流路と第２の液流路に分割し、かつ、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、加
熱により発泡させる第２の液体とを分けた構成を有す
る。

【００７３】図５は、本発明の液体吐出ヘッドの他の例
における流路方向の断面模式図を示しており、図６はこ
の液体吐出ヘッドの部分破断斜視図を示している。

【００７４】本例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に直接連通した第１液流路１４が配
されている。

【００７５】第１液流路の上流側は、複数の第１液流路
に吐出液を供給するための第１共通液室１５に連通して
おり、第２液流路の上流側は、複数の第２液流路に液体
を供給するための第２共通液室に連通している。

【００７６】第１と第２の液流路の間には、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液流路中の第１の液体と第２の液流路中の第２
の液体とが混合しないようにこれらを液密に区分してい
る。

【００７７】発熱体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５中のＡの領域とＢの気泡発
生領域１１）に位置する部分の分離壁は、スリット３５
によって吐出口側（液体の流れの下流側）が自由端で、
共通液室（１５、１７）側に支点３３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液流路側の吐出口側に向
けて開口するように動作する（図中矢印方向）。図６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の液流路を構成する空間を介し
て分離壁３０が配置されている。

【００７８】なお、可動部材の自由端におけるスリット
での２液の混合の防止は、後述するように、このスリッ
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
とする方法などによって達成することができる。また、
可動部材の側方における混液の防止は、可動部材設置位
置における第２の液流路の幅を、可動部材の幅よりも小
さくする構成等によって達成することができる。

【００７９】可動部材３１の支点３３、自由端３２の配
置と、発熱体との配置の関係については、先の図１等で
説明した例と同様にしている。

【００８０】また、先の例で液供給路１２と発熱体２と
の構造の関係について説明したが、本例においても第２
液流路１６と発熱体２との構造の関係を同じくしてい
る。

【００８１】次に図７を用いて本例の液体吐出ヘッドの
動作を説明する。ヘッドを駆動させるにあたっては、第
１液流路１４に供給される第１の液体と第２の液流路１
６に供給される発泡液としての第２の液体を用いて動作
させた。発熱体２で発生した熱が、第２液流路の気泡発
生領域内の発泡液に作用することで、先例で説明したの
と同様に発泡液に米国特許第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４０を発生さ
せる。

【００８２】本例においては、気泡発生領域の上流側を
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３
１側に集中して伝搬し、気泡の成長をともなって可動部
材３１が図７（ａ）の状態から図７（ｂ）のように第１
液流路側に変位する。この可動部材の動作によって第１
液流路１４と第２液流路１６とが大きく連通し、気泡の
発生に基づく圧力が第１液流路の吐出口側の方向（Ａ方
向）に主に伝わる。この圧力の伝搬と、前述のような可
動部材の機械的変位によって液体が吐出口から吐出され
る。

【００８３】この時、第２の液流路１６内の第２の液体
の内の第１の液流路１４側へ移動した部分が、第１の液
流路１４内の吐出口側にあって吐出される部分とが混合
されて、吐出口から吐出される。この時、第１の液体と
第２の液体の化学反応に必要な混合が行われる。

【００８４】このような第１の液体と第２の液体の組合
せとしては、これら液体の一方に色材を含有し、かつ、
これら液体が混合されて前記吐出口から吐出された際
に、あるいは吐出後にこれらの化学反応、例えば色材の
固化反応が開始される液体の組合せを挙げることができ
る。

【００８５】固化反応を生じさせる成分の組合せとして
は、（ａ）色材としてのアニオン系染料に、これと反応
して凝集体を形成し得るカチオン系物質の組合せ、
（ｂ）色材としてのカチオン系染料に、これと反応して
凝集体を形成し得るアニオン系物質の組合せ、などを挙
げることができる。

【００８６】なお、第１の液体においては発泡に必要な
特性が要求されないという利点を生かすには、第１の液
体に色材を含有させて、これを主成分として吐出させる
のが好ましい。第１の液体に色材を含有させる場合は、
例えば、カチオン系染料を少なくとも吐出に必要な特性
を満たす液媒体に溶解または分散させた液体や、各種染
料や顔料等の色材をアニオン系樹脂等のアニオン系物質
とともに少なくとも吐出に必要な特性を満たす液媒体に
溶解または分散させた液体などを挙げることができる。

【００８７】第２の液体は、例えばカチオン系樹脂等の
カチオン系物質、カチオン系界面活性剤、カチオン系染
料、カチオン系顔料、多価金属、塩基性アミノ酸、両性
界面活性剤等から、少なくとも発泡液としての特性を満
たし、かつ、上記の第１の液体との所望とする反応を達
成できる成分を適宜選択して調製することができる。

【００８８】第１の液体及び第２の液体の少なくとも一
方に含有させる色材としては、色材自身が反応性を有す
る必要はなく、他の反応性物質間の反応によって固定化
されるものであってもよい。この場合には、例えばイン
クジェット記録法などの各種の記録方法で使用されてい
る染料、顔料、分散性トナー等の色材を目的に応じて第
１の液体または第２の液体に溶解または分散させて用い
ることができる。

【００８９】第１及び第２の液体の調製に使用し得る液
媒体としては、水、または水と水溶性有機溶剤との混合
物を挙げることができ、通常のインクジェット記録用イ
ンクの調製に用いられているものが好適に利用し得る。
水溶性有機溶剤の具体例としては、ジメチルホルムアミ
ド、ジメチルアセトアミド等のアミド類；アセトン等の
ケトン類；テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテ
ル類；ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコ
ール等のポリアルキレングリコール類；エチレングリコ
ール、プロピレングリコール、ブチレングリコール、ト
リエチレングリコール、１，２，６−ヘキサントリオー
ル、チオジグリコール、ヘキシレングリコール、ジエチ
レングリコール等のアルキレングリコール類；エチレン
グリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコール
モノメチルエーテル、トリエチレングリコールモノメチ
ルエーテル等の多価アルコールの低級アルキルエーテル
類；エタノール、イソプロピルアルコール等の１価のア
ルコール類；グリセリン；Ｎ−メチル−２−ピロリド
ン；１，３−ジメチル−２−イミダゾリジノン；トリエ
タノールアミン；スルホラン；ジメチルスルホキシド；
及びシクロヘキサノール等を挙げることができ、これら
は単独で、あるいはこれらの２種以上の組合せで用いる
ことができる。

【００９０】水溶性有機溶剤の含有量は、第１及び第２
の液体のそれぞれに要求される特性等に応じて適宜選択
されるが、例えば１〜８０重量％の量で配合することが
できる。

【００９１】第１の液体または第２の液体の少なくとも
１方に含有させる色材の量としては、所望とする画像濃
度や色材を反応要素として利用する場合の反応性等に応
じて選択されるが、例えば０．１〜２０重量％の量で使
用することができる。

【００９２】第１の液体及び第２の液体には、必要に応
じて界面活性剤、ｐＨ調整剤、防腐剤、酸化防止剤、溶
解補助剤、分散剤等種々の添加剤を、単独であるいは２
種以上の組合せで含有させることができる。これらの中
では、表面張力調整剤としても機能し得る界面活性剤を
用いるのが好ましい。界面活性剤としては、脂肪酸塩
類、高級アルコール硫酸エステル塩、アルキルベンゼン
スルホン酸塩類、高級アルコールリン酸エステル塩等の
アニオン界面活性剤、脂肪族アミン類、第４級アンモニ
ム塩類等のカチオン界面活性剤、高級アルコールエチレ
ンオキサイド付加物、アルキルフェノールエチレンオキ
サイド付加物、脂肪酸エチレンオキサイド付加物、多価
アルコール脂肪酸エステルエチレンオキサイド付加物、
高級アルキルアミンエチレンオキサイド付加物、脂肪酸
アミドエチレンオキサイド付加物、ポリプロピレングリ
コールエチレンオキサイド付加物、多価アルコールの脂
肪酸エステル、アルカノールアミンの脂肪酸アミド類等
の非イオン界面活性剤、アミノ型両性界面活性剤、ベタ
イン型界面活性剤等を挙げることができる。

【００９３】なお、第１の液体及び第２の液体の物性、
例えば粘度や表面張力は、その組成を選択することで調
整することができる。

【００９４】第１の液体と第２の液体が混合することで
生じる化学反応の調整には種々の方法が利用できるが、
反応する物質の種類を選択することで達成することがで
きる。カチオン性物質を反応物質の１つとして用いる場
合には、例えば分子量が２０００程度のものを用いるこ
とで反応時間を長くして、吐出時には反応せずに、吐出
後１秒程度以内で反応するように調整することができ
る。

【００９５】更に、第１の液体と第２の液体の両方のｐ
Ｈを１０またはその近傍に調整しておき、カチオン性物
質としても機能し得る両性界面活性剤または塩基性アミ
ノ酸を反応物質の１つとして用いると、ｐＨが１０また
はその近傍に保たれるヘッド内ではこれらの物質はカチ
オン性物質としては機能せず、反応を生じることはな
い。そして、これらの液体を吐出させて、中性紙や酸性
紙等の被記録媒体に付着させて記録を行えば、付着した
液体のｐＨが変化（低下）して、上記の物質がカチオン
性物質して機能するようになり、被記録媒体上で色材の
固化反応を行わせることが可能となる。

【００９６】なお、これらの液体の粘度は、所望とする
機能や特性を満足するように適宜調整されるが、例えば
１ｃｐ〜１０ｃｐ程度とすることができる。

【００９７】次に、気泡が収縮するに伴って可動部材３
１が図７（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。本例においても、この吐出液体の
供給は前述の例と同様に可動部材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で妨げることがな
い。

【００９８】本例は、可動部材の変位に伴う発泡圧力の
伝搬、気泡の成長方向、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に図１等を用いて説明し
た例と同じであるが、本例のような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。

【００９９】すなわち、第１の液体と第２の液体とを別
液体とし、第２の液体の発泡で生じた圧力によってこれ
らの混合液を吐出するので、例えば第１の液体には発泡
に必要な熱的特性は要求されず、第１の液体の設計条件
が大幅に緩和できる。例えば、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
リコール等を含む高粘度の液体であっても、この液体を
第１の液流路に供給し、第２の液体として発泡が良好に
行われる液体［エタノール：水＝４：６の混合液（粘度
１〜２ｃＰ程度）をベースとするものなど］や低沸点の
液体を第２の液流路に供給することで良好に吐出させる
ことができる。

【０１００】また、第２の液体として、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。

【０１０１】さらに、本発明のヘッドの構造においては
先に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。

【０１０２】また、加熱に弱い液体の場合においてもこ
の液体を第１の液流路に供給し、第２の液流路で熱的に
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。

【０１０３】以上、本発明の液体吐出ヘッドや液体吐出
方法の要部の例について説明を行ったが、以下にこれら
の例に好ましく適用できる構成例について図面を用いて
説明する。

【０１０４】図８は本発明の液体吐出ヘッドの一例の流
路方向断面図であるが、第１液流路１３（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。本例
においては可動部材の自由端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。この可動部材の動作範囲
は、液流路の構造、可動部材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。

【０１０５】また、この図で示されるように吐出口の直
径より可動部材の自由端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、可動部材の自由端３２位置の液流路天井
の高さより可動部材の支点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。

【０１０６】図９は、第２液流路と可動部材との配置関
係の変形例を、可動部材３１と第２の液流路１６との配
置関係において説明するための図であり、同図（ａ）は
可動部材３１近傍を上方から見た図であり、同図（ｂ）
は、可動部材３１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３１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
面下方が吐出口が配されている前面側である。

【０１０７】本例の第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。

【０１０８】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。

【０１０９】しかし、本例の場合、吐出される液体の多
くを第１液流路内に第１の液体として供給し、発熱体が
設けられた第２液流路内の第２の液体（発泡液）の消費
量を第１の液体に対して大幅に少なくすることもでき、
そのような場合には、第２液流路の気泡発生領域１１へ
の発泡液の充填量も少なくてすむ。従って、上述の狭窄
部１９における間隔を数μｍ〜十数μｍと非常に狭くで
きるため、第２液流路で発生した発泡時の圧力をあまり
周囲に逃がすことをさらに抑制でき、集中して可動部材
側に向けることができる。そしてこの圧力を可動部材３
１を介して吐出力として利用することができるため、よ
り高い吐出効率、吐出力を達成することができる。た
だ、第１液流路１６の形状は上述の構造に限られるもの
ではなく、気泡発生に伴う圧力が効果的に可動部材側に
伝えられる形状であれば良い。

【０１１０】なお、図９（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、第１の液流路側の
第１の液体と、第２の液流路側の第２の液体との不吐出
時における分離性を確保することが可能となる。また、
この構成によれば、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。

【０１１１】なお、図７（ｂ）や図８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〜３０μｍ
とすることが望ましい。なお、本例においてはこの高さ
を１５μｍとした。

【０１１２】図１０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９（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。

【０１１３】先の例においては、板状可動部材３１をお
よびこの可動部材を有する分離壁５は厚さ５μｍのニッ
ケルで構成したが、これに限られることなく可動部材、
分離壁を構成する材質としてはそこに接触する液体に対
して耐溶剤性があり、可動部材として良好に動作するた
めの弾性を有し、微細なスリットが形成できるものであ
ればよい。

【０１１４】可動部材の材料としては、耐久性の高い、
銀、ニッケル、金、鉄、チタン、アルミニュウム、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。

【０１１５】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。

【０１１６】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。

【０１１７】なお、可動部材３１を形成するためのスリ
ット３５の幅は本例では２μｍとしたが、スリットの幅
は可動部材を設けることによる効果が発揮できる範囲内
で適宜変更可能であるが、例えば、好ましくは５μｍ以
下、より好ましくは３μｍ以下にすることが望ましい。

【０１１８】本発明における可動部材としてはμｍオー
ダーの厚さ（ｔμｍ）を対象としており、ｃｍオーダー
の厚さの可動部材は意図していない。μｍオーダーの厚
さの可動部材にとって、μｍオーダーのスリット幅（Ｗ
μｍ）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。

【０１１９】スリットを形成する可動部材の自由端ある
いは／且つ側端に対向する部材の厚みが可動部材の厚み
と同等の場合（図７、図８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２種の液体の吐出動作にない状態での混液を更に
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
第２の液体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。

【０１２０】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。

【０１２１】上述のように、可動部材は、第１の液体と
第２の液体との仕切部材の一部としても機能するものと
なる。この可動部材が気泡の生成に伴って移動する際に
第１の液流路側の第１の液体に対して、第２の液流路側
の第２の液体が混入してこれらが混合される。画像を形
成する吐出液におけるこれらの液体の混合割合は、ヘッ
ドの構成等に応じて適宜選択可能であるが、発泡に必要
な熱的な要件を大幅に緩和できるという利点を有効に発
揮させるには、２液の良好な化学反応を達成できる範囲
内で第１の液体の割合がより多くなるのが好ましい。例
えば、第１の液体と２の液体との混合比が８５：１５〜
９５：５の範囲となるように設定するのが好ましい。な
お、第１の液体と第２の液体の混合割合から色材の濃度
を設定すると良い。また、第１の液体と第２の液体の混
合割合は、これらの液体の粘度の調整、例えば、第２の
液体の粘度を５ｃｐｓ以下とすることで第１の液体に対
する第２の液体の混合割合を１０％以下に調整すること
ができ、また、第１の液体の粘度を２０ｃｐｓ以下で、
より低く設定すればするほど混合率を５％以下に調整す
ることができる。

【０１２２】更に、第１の液体と第２の液体に混合割合
は、例えば、気泡発生領域に配置した発熱体の駆動条件
を変化させることによって調整することも可能であり、
この方法は、例えば濃度諧調を表現する場合に好適に適
用し得る。

【０１２３】次に、このヘッドにおける発熱体と可動部
材の配置関係について、図を用いて説明する。ただし、
可動部材と発熱体の形状および寸法，数は、以下に限定
されるものではない。発熱体と可動部材の最適な配置に
よって、発熱体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。

【０１２４】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
１に示すように、発熱体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、発熱体上のコゲの様
子から、この非発泡有効領域Ｓが発熱体の周囲に存在し
ていることがわかる。これらの結果から、発熱体周囲の
約４μｍ幅は、発泡に関与されていないとされている。

【０１２５】したがって、発泡圧を有効利用するために
は、発熱体の周囲から約４μｍ以上内側の発泡有効領域
の直上が可動部材の可動領域で覆われるように、可動部
材を配置するのが効果的であると、言える。本例におい
ては、発泡有効領域を発熱体周囲から約４μｍ以上内側
としたが、発熱体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。

【０１２６】図１２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。

【０１２７】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〜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。

【０１２８】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。

【０１２９】図１３に発熱体のエッジから可動部材の支
点までの距離と、可動部材の変位量の関係を示す。ま
た、図１４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、可動部材の支点の位置を決める
ことが望ましい。

【０１３０】また、可動部材の支点が発熱体の発泡有効
領域直上に位置する場合は、可動部材の変位による応力
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
の支点は、発熱体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。

【０１３１】以下に液体に熱を与えるための発熱体が設
けられた素子基板の構成について説明する。

【０１３２】図１５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１５（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。

【０１３３】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。

【０１３４】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６のよう
にパターニングされている。この２つの配線電極１０４
から抵抗層１０５に電圧を印加し、抵抗層に電流を流し
発熱させる。配線電極間の抵抗層上には、酸化シリコン
や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。

【０１３５】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。

【０１３６】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１５（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。

【０１３７】このように、前述の各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。

【０１３８】本例においては、発熱体として電気信号に
応じて発熱する抵抗層で構成された発熱部を有するもの
を用いたが、これに限られることなく、吐出液を吐出さ
せるのに十分な気泡を発泡液としての第２の液体に生じ
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。

【０１３９】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。

【０１４０】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１６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。前述の各例の
ヘッドにおいては、それぞれ電圧２４Ｖ、パルス幅７μ
ｓｅｃ、電流１５０ｍＡ、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、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。

【０１４１】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。

【０１４２】図１７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。

【０１４３】本例においては、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に第１の液体を供給
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。

【０１４４】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。

【０１４５】第１の液体は、図１７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１７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。

【０１４６】本例では、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３
０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。

【０１４７】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。

【０１４８】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１８で示す本例の分解斜視
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。

【０１４９】本例では、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。

【０１５０】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。

【０１５１】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共通液室に第１の液体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に第２の
液体（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１７に連通する連通路に繋がってお
り、この連通路によって第２の液体を第１の液体と混合
することなく第２の共通液室１５に供給することができ
る。

【０１５２】なお、素子基板１、分離壁３０、溝付天板
５０の配置関係は、素子基板１の発熱体に対応して可動
部材３１が配置されており、この可動部材３１に対応し
て液流路１４が配されている。また、本例では、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。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。

【０１５３】以上説明したように本例によれば、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。

【０１５４】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。

【０１５５】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。

【０１５６】先の例で説明したように本発明において
は、前述のような可動部材を有する構成によって、従来
の液体吐出ヘッドよりも高い吐出力や吐出効率でしかも
高速に液体を吐出することができる。

【０１５７】次に、上記の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。

【０１５８】図１９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。

【０１５９】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、液体が流
通する吐出流路（不図示）が形成される。

【０１６０】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。

【０１６１】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。

【０１６２】液体容器９０は、液体吐出ヘッドに供給さ
れる２種の液体を内部に区分収容している。液体容器９
０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。第１の液
流路に供給される第１の液体の供給は、液体容器の供給
路９２から接続部材の供給路８４を介して液体供給部材
８０の供給路８１に供給され、各部材の供給路８３、７
１、２１を介して第１の共通液室に供給される。第２の
液体（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の供給路８２
に供給され、各部材の供給路８４、７１、２２を介して
第２液室に供給される。

【０１６３】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。

【０１６４】図２０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。キャリッジＨ
Ｃは、第１の液体と第２の液体を区分して収容する液体
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。

【０１６５】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第１の
液体と第２の液体が混合された状態で吐出される。

【０１６６】また、本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。

【０１６７】図２１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。

【０１６８】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。

【０１６９】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。

【０１７０】上述のような記録装置に適用できる被記録
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。

【０１７１】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。

【０１７２】またこれらの液体吐出装置に用いる吐出液
としては、本発明の構成を少なくとも有し、更に夫々の
被記録媒体や記録条件に合わせた液体を用いればよい。

【０１７３】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。

【０１７４】図２２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。

【０１７５】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。

【０１７６】各ヘッドには、第１の液体としてのＹ，
Ｍ，Ｃ，Ｂｋの４色のインクがそれぞれ２０４ａ〜２０
４ｄのインク容器から供給されている。なお、符号２０
４ｅは第２の液体（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。

【０１７７】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。

【０１７８】符号２０６は、先の各例で説明したような
各種、被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３
０５に接続された駆動用ローラにより駆動される。

【０１７９】本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。

【０１８０】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。

【０１８１】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。

【０１８２】なお、本例では、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。

【０１８３】

【実施例】

実施例１表１に示す成分を用いて第１の液流路に供給する第１の
液体及び第２の液流路の供給する第２の液体（発泡液）
をそれぞれ常法により調製した。

【０１８４】

【表１】＊）ＭＣＦ８８（商品名、カーボンブラック、三菱化学株式会社）１０重量部、スチレンアクリル共重合樹脂（分子量８０００、星光化学）１０重量部及び水８０重量を混合調製した分散トナー次に、表２に示す組合せで第１の液体と第２の液体を用
い、図９で説明した構成を有し、液体の吐出時における
吐出液中の第１の液体と第２の液体の混合割合が、８
５：１５程度に設定された液体吐出ヘッドを搭載した記
録装置で液体吐出記録を行い、種々のキャラクターや、
１ｃｍ×１ｃｍのベタ部を印字し、プリントサンプルを
得た。

【０１８５】

【表２】得たれたプリントサンプルについて以下の項目に関する
評価を行った。得られた結果は表３に示す。１）耐水性プリントサンプルを画像面を上にして４５°に傾け、そ
の面の上部から１ｍｌの水を滴下して水滴に画像面上を
降下させ、色材の流れ出しがあるかどうかを観察し、色
材の流れ出しが観察されない場合を○、観察された場合
は△とした。２）画像品位フェザリングの発生を目視によって観察した。フェザリ
ングの発生が全くない場合を◎、発生はあるが問題とな
らないものを○、フェザリングの発生により画像品位が
低下してるものを×とした。３）ブリーディング隣合うベタ印字部間でのブリーディングの発生を目視に
より観察した。ブリーディングの発生がないか、あって
も問題にならないものを○、発生が観察された場合を×
とした。なお、ブリーディングは予め他のヘッドからダ
イレクトイエロー８６（３重量部）、グリセリン（１０
重量部）、ジエチレングリコール（１６重量部）、イソ
プロピルアルコール（４重量部）及び水（６７重量部）
のインクを記録媒体に記録して形成したドットに隣接さ
せて印字した場合を評価した。

【０１８６】

【表３】

【０１８７】

【発明の効果】本発明は、２種の互いに反応可能な液体
を同一ヘッド中に分離した状態で保持させ、吐出の際に
初めてこれらを混合し、この混合過程を通してこれらの
化学反応、例えば色材の固化反応を開始させるという構
成により、従来の固化剤とインクを別々に吐出する２液
型の記録方法における問題点を効果的に解決することが
できる。すなわち、本発明によれば２種の液体は吐出時
に、反応に必要な混合が行われ、しかも反応を部分的に
進行させて色材が過度に拡散しにくい状態で被記録媒体
に付着させることもできるので、被記録媒体の特性に大
きく左右されることなく２液を反応させる効果をより確
実に達成でき、耐水性に優れ、ブリーディングの発生の
ない高品位な記録画像を得ることが可能となる。

【０１８８】しかも、本発明では、従来法のように２液
のそれぞれを吐出するヘッドや吐出口を別々に設ける必
要がないので、２液を別々に精度良く吐出するための装
置の高性能化や装置の大型化の必要はない。

【図面の簡単な説明】

【図１】可動部材を用いた液体吐出ヘッドの一例を示す
模式断面図である。

【図２】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３】可動部材を用いた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】可動部材を用いた液体吐出ヘッドの他の例の断
面図である。

【図５】本発明の液体吐出ヘッドの一例の模式断面図で
ある。

【図６】本発明の液体吐出ヘッドの一例の部分破断斜視
図である。

【図７】可動部材の動作を説明するための図である。

【図８】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９】可動部材と液流路の構造を説明するための図で
ある。

【図１０】可動部材の他の形状を説明するための図であ
る。

【図１１】発熱体面積とインク吐出量の関係を示す図で
ある。

【図１２】可動部材と発熱体との配置関係を示す図であ
る。

【図１３】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１４】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１５】本発明の液体吐出ヘッドの他の例の縦断面図
である。

【図１６】駆動パルスの形状を示す模式図である。

【図１７】本発明の液体吐出ヘッドの供給路の一例を説
明するための断面図である。

【図１８】本発明のヘッドの一例の分解斜視図である。

【図１９】液体吐出ヘッドカートリッジの分解斜視図で
ある。

【図２０】液体吐出装置の概略構成図である。

【図２１】装置ブロック図である。

【図２２】液体吐出記録システムを示す図である。

【図２３】従来の液体吐出ヘッドの液流路構造を説明す
るための図である。

【符号の説明】１素子基板２発熱体３面積中心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

フロントページの続き (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)発明者石永博之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)発明者須釜定之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)発明者吉平文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を備え、第１の液
体が供給された第１領域と、第２の液体を備え該第２の
液体に気泡を発生させる気泡発生領域と、該気泡発生領
域に対面して配された第１の位置と該第１領域内で該気
泡発生領域から遠ざかる第２の位置との間を変位可能で
あって自由端よりも上流側に支点部を有する可動部材と
を備え、該気泡発生領域における気泡の発生に伴って該
可動部材を該第１の位置から該第２の位置の方向へ変位
させると共に該可動部材により該気泡を吐出口側へ導く
液体吐出ヘッドを用い、被記録媒体に液体を付着させる
ことで記録を行う液体吐出記録方法において、前記第１の液体と前記第２の液体の少なくとも一方が色
材を含有し、かつ前記第１の液体と前記第２の液体とが
互いに化学反応する特性を有していると共に、前記第１
の液体と前記第２の液体とを前記吐出口から吐出せし
め、これらの第１の液体と第２の液体により画像を形成
することを特徴とする液体吐出記録方法。
【請求項２】前記第１の液体と第２の液体との混合に
よる前記色材の化学反応が、前記被記録媒体への付着後
に完了する請求項１に記載の液体吐出記録方法。
【請求項３】前記可動部材に面した位置に発熱体が設
けられており、該可動部材と該発熱体との間が前記気泡
発生領域である請求項１または２に記載の液体吐出記録
方法。
【請求項４】前記発熱体の面積中心より、液体の流れ
の下流側に前記自由端が位置する請求項３に記載の液体
吐出記録方法。
【請求項５】前記可動部材の変位に伴って、発生した
気泡の一部が前記第１の液流路に延在する請求項１〜４
のいずれかに記載の液体吐出記録方法。
【請求項６】前記可動部材の変位中に前記発生した気
泡が前記可動部材に接触した状態がある請求項１〜５の
いずれかに記載の液体吐出記録方法。
【請求項７】前記気泡は、発熱体が発生した熱を液体
に伝えることで、液体に膜沸騰現象を生じさせ、該膜沸
騰現象によって発生した気泡である請求項３〜７のいず
れかに記載の液体吐出記録方法。
【請求項８】前記発熱体上には、発熱体より上流側の
実質的に平坦、もしくはなだらかな内壁に沿って液体が
供給される請求項３〜７のいずれかに記載の液体吐出記
録方法。
【請求項９】前記発熱体の有効発泡領域の総てが前記
可動部材に面している請求項３〜８のいずれかに記載の
液体吐出記録方法。
【請求項１０】前記発熱体の全面が前記可動部材に面
している請求項３〜８のいずれかに記載の液体吐出記録
方法。
【請求項１１】前記可動部材の支点が前記発熱体の直
上に位置しない請求項３〜７のいずれかに記載の液体吐
出記録方法。
【請求項１２】前記可動部材の前記自由端は前記発熱
体より吐出口側に配されている請求項３〜７のいずれか
に記載の液体吐出記録方法。
【請求項１３】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つの性質で優れて
いる液体である請求項１〜１２のいずれかに記載の液体
吐出記録方法。
【請求項１４】液体を吐出する吐出口を備え、第１の
液体が供給された第１領域と、第２の液体を備え該第２
の液体に気泡を発生させる気泡発生領域と、該気泡発生
領域に対面して配された第１の位置と該第１領域内で該
気泡発生領域から遠ざかる第２の位置との間を変位可能
であって自由端よりも上流側に支点部を有する可動部材
とを備え、該気泡発生領域における気泡の発生に伴って
該可動部材を該第１の位置から該第２の位置の方向へ変
位させると共に該可動部材により該気泡を吐出口側へ導
く液体吐出ヘッドであって、前記第１領域と前記気泡発生領域のそれぞれに第１の液
体及び第２の液体を供給する液体供給手段を有し、該液
体供給手段から供給される第１の液体と第２の液体の液
体の少なくとも一方が色材を含有し、かつ前記第１の液
体と前記第２の液体とが互いに化学反応する特性を有し
ていると共に、前記第１の液体と前記第２の液体とを前
記吐出口から吐出せしめ、これらの第１の液体と第２の
液体により画像を形成することを特徴とする液体吐出ヘ
ッド。
【請求項１５】前記第１の液体と第２の液体との混合
による前記色材の化学反応が、前記被記録媒体への付着
後に完了する請求項１４に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項１６】前記可動部材に面した位置に発熱体が
設けられており、該可動部材と該発熱体との間が前記気
泡発生領域である請求項１４または１５に記載の液体吐
出ヘッド。
【請求項１７】前記可動部材の自由端は、前記発熱体
の面積中心より下流に位置する請求項１６に記載の液体
吐出ヘッド。
【請求項１８】前記該発熱体に沿った該発熱体より上
流から前記発熱体上に液体を供給するための供給路を有
する請求項１６または１７に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項１９】前記供給路は、前記発熱体より上流側
に実質的に平坦、もしくはなだらかな内壁を有し、該内
壁に沿って液体を前記発熱体上に供給する供給路である
請求項１８に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項２０】前記気泡は前記発熱体が発生する熱に
よって液体に膜沸騰を生じることで発生する気泡である
請求項１６〜１９のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
【請求項２１】前記可動部材は板状である請求項１４
〜２０のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
【請求項２２】前記発熱体の有効発泡領域の総てが前
記可動部材に面している請求項１６〜２１のいずれかに
記載の液体吐出ヘッド。
【請求項２３】前記発熱体の全面が前記可動部材に面
している請求項１６〜２１のいずれかに記載の液体吐出
ヘッド。
【請求項２４】前記可動部材の総面積が前記発熱体の
総面積より大である請求項２２または２３に記載の液体
吐出ヘッド。
【請求項２５】前記可動部材の支点が前記発熱体の直
上から外れた位置に配されている請求項１６〜２４のい
ずれかに記載の液体吐出ヘッド。
【請求項２６】前記可動部材の自由端は前記発熱体が
配された液流路を実質的に直交する形状を有する請求項
１６〜２５のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
【請求項２７】前記可動部材の前記自由端は前記発熱
体より吐出口側に配されている請求項１６〜２５のいず
れかに記載の液体吐出ヘッド。
【請求項２８】前記可動部材は前記第１流路と第２流
路との間に配された分離壁の一部として構成されている
請求項１４〜２７のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
【請求項２９】前記分離壁は、金属材料、樹脂または
セラミックで構成されている請求項２８に記載の液体吐
出ヘッド。
【請求項３０】前記金属材料は、ニッケル若しくは金
である請求項２９のに記載の液体吐出ヘッド。
【請求項３１】前記第１の液流路の複数に第１の液体
を供給するための第１の共通液室と、前記第２の液流路
の複数に第２の液体を供給するための第２の共通液室と
が配されている請求項１４〜３０のいずれかに記載の液
体吐出ヘッド。