JPH1024576A

JPH1024576A - 液体吐出ヘッド

Info

Publication number: JPH1024576A
Application number: JP8182990A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Okazaki; 猛史岡崎; Toshio Kashino; 俊雄樫野; Yoshie Nakada; 佳恵中田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1996-07-12
Filing date: 1996-07-12
Publication date: 1998-01-27

Abstract

(57)【要約】【課題】残留気泡による不吐出を防止し、かつ、クロ
ストークを効果的に防止し得る液体吐出ヘッドを得る。【解決手段】吐出口１８に連通する第１の液流路１４
と、発熱体３が設けられた第２の液流路１６と、第１の
液流路と第２の液流路との間に配され、吐出口方向に自
由端を有し、第２液流路内での気泡の発生による圧力に
基づいて自由端を第１の液流路側に変位させて、圧力を
第１の液流路に伝える可動部材３１と、第１の液流路と
第２の液流路との後端側に配された第１、第２の共通液
室１５、１７とを有する液体吐出へッドにおいて、第２
の液流路１６後端と第２の共通液室との境界部に、第２
の液流路から第２の共通液室に流れ込む残留気泡をトラ
ップし保持する気泡溜まり部を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、熱エネルギー等に
よる気泡の発生によって、所望の液体を吐出する液体吐
出へッドに関する。

【０００２】また、本発明は、紙、糸、繊維、布、皮
革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックス
など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、特公昭６
１ー５９９１１号ないし特公昭６１ー５９９１４号等の
公報に開示されているように、インクを吐出するための
吐出口と、この吐出口に連通するインク流路と、インク
流路内に配され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、ファクシミリなど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】この様にバブルジェット技術が多方面に利
用されるに従って、さらに、高品位な画質の達成や、高
粘度液体等の種々の液体の良好な吐出が望まれ、従来に
比べ、さらに液体の吐出効率が高く吐出力が強い液体の
吐出方法や液体吐出へッドが望まれている。このような
バブルジェット記録方法では、液体中に溶け込んでいた
空気が、発泡ないし消泡の過程で、発熱体の近傍におい
てキャビテーション等の影響で急激に起こる状態変化に
より析出し、消泡後も発熱体近傍、あるいは液流路内の
任意の箇所に残留気泡として残ることが、現象観察で確
認されている。

【０００７】この残留気泡の大きさは、吐出ヘッドの使
用環境や、発熱体の形状、ノズルの形状等の吐出ヘッド
の構造や、使用するインクの種類等により、まちまちで
あり、液流路の下流側および上流側からの液体のリフィ
ルにより押し潰されて消滅するものもあるが、内圧が大
気圧に近いものは消滅までに時間がかかり、液流路内を
浮遊したり、トラップされやすい形状部位に溜まること
になる。

【０００８】このようにしてトラップされた残留気泡
は、連続吐出による高周波数での発泡、消泡の繰り返し
により、吐出口から液体の吐出と共に排出されるものも
あるが、上流側に移動し、共通液室に流れ込んでしまう
ものもある。

【０００９】このような残留気泡の挙動に起因して、バ
ブルジェット記録方法には次のような不具合が生じてい
た。すなわち、１）発熱体表面に残留気泡が残ると、この残留気泡が次
の発泡時の吐出用気泡の成長を阻害し、吐出量が減るこ
とがあった。

【００１０】２）液流路内の気泡の溜まりやすい場所
や、流路壁等に残留気泡が存在する状態で次の発泡が起
こると、やはり気泡の成長を阻害していた。これによっ
て、連続吐出時に吐出毎の気泡の大きさが変化し、吐出
量、吐出速度が不安定となって画像ムラの生ずる一因と
なっていた。

【００１１】３）液流路内の残留気泡が連続吐出時の液
体の流れが速い状況で共通液室に流れ込み、この気泡が
溜まって大きな泡に成長し過ぎると、液体の液流路への
リフィル時に液流路内に押し戻され、この大きな泡に起
因して不吐出となることがあった。

【００１２】また、近年、バブルジェット技術を用いた
多方面への展開が成されつつあるが、こうした中、粘度
や熱的性質を含む吐出液体の特性の選択の自由度を広
げ、良好な吐出を行うことができる液体吐出へッドとし
て、本出願人は、図８に示されるような、吐出口１８に
連通した第１の液流路１４と、液体に熱を加えることで
該液体に気泡を発生させる発熱体３が設けられた第２の
液流路１６と、前記第１の液流路１４と前記第２の液流
路１６との間に配され、吐出口１８方向に自由端を有
し、前記第２液流路１６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１４側に変位させ
て、前記圧力を前記第１の液流路１４に伝える可動部材
３１とを有する液体吐出へッドを提案した。

【００１３】この二液流路式の吐出ヘッドは従来の構成
の吐出ヘッドに比べ、吐出性能に優れている。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、この二液流
路式の吐出ヘッドでも、消泡時には、従来の構成の吐出
ヘッドと同様に残留気泡が発生し、第１の液流路１４お
よび第２の液流路１６に滞留する。しかし、第１の液流
路１４内に滞留して気泡の成長を妨げる可能性のある残
留気泡は、可動部材３１の上部を含みその上流側の残留
気泡は可動部材３１の変位により上流側に押し流される
ので阻害度は小さい。一方、第１液流路１４内の可動部
材３１より下流側にある残留気泡は、気泡の成長に先ん
じて初期の膜沸騰の圧力により、液体と共に吐出口１８
から排出される。従って、従来の構成の吐出ヘッドに比
べると、気泡成長の阻害度は小さい。

【００１５】また、二液流路式吐出ヘッドの一構成にお
いては、消泡時において第１の液流路１４と第２の液流
路１６とは可動部材３１により遮断され、スリット３５
を介して連通するのみであるから、第１の液流路１４内
には残留気泡が残りにくく、この第１の液流路１４から
共通液室に残留気泡が流れ込み、泡による不吐出を生じ
させるまでに成長する確立は極めて低い。

【００１６】なお、この場合、第２の液流路１６におい
ては、気泡発生領域の構造が発熱体３と可動部材３１と
が対向して配置された構造であり、可動部材３１の振動
により発熱体表面上に残留気泡が滞留し難いので、発泡
を阻害することはない。

【００１７】しかしながら、二液流路式吐出ヘッドであ
っても、第２の液流路が連通する共通液室へ流れ込む残
留気泡はやはり存在し、従来の構成の吐出ヘッドについ
て述べたのと同様の理由で不吐出が発生する可能性は確
率は少ないものの否定できない。

【００１８】一方、吐出時に共通液室を介して、他のノ
ズルのメニスカス振動に影響を及ぼす後方クロストーク
を吸収する効果的な方法として、特開平６−３４４５５
８号公報には、長尺ヘッドにおいて、共通液室内に圧力
振動を吸収するバッファ室を設けたインクジェットヘッ
ドが提案されている。しかしながら、この特開平６−４
４５５８号公報に提案のものは、ノズルの後端からバッ
ファ室までの距離が遠い上、バッファ室内に常時必要量
の気泡を保持する制御機構がなく、確実性に乏しい。

【００１９】これを改善すべく、特開平８−３９８００
号公報にには、共通液室に気泡を発生させるヒーターを
有するバブルセルと称するバッファ室を設けたインクジ
ェットヘッドが提案されている。これも効果的な発明で
はあるが、バッファ室内に気泡を蓄えるために余分なエ
ネルギーを必要とするので、効率的ではない。

【００２０】この点においても、上述の構成の二液流路
式吐出ヘッドによれば、第１の液流路を介してのメニス
カス振動は充分に抑えることができるが、第２の液流路
を通してのメニスカス振動に与える影響は防ぎきれてい
ない。

【００２１】上述した技術的背景を考慮して、本発明の
第１の目的は、二液流路式の吐出ヘッドにおいて、残留
気泡の成長の結果もたらされる不吐出、特に、連続吐出
時、とりわけ長尺ヘッドでの高周波駆動の繰り返し印字
を行う場合に発生し易い不吐出を効果的に防止すること
ができる液体吐出へッドを提供することにある。

【００２２】本発明の第２の目的は、二液流路式の吐出
ヘッドにおいて、吐出時に生じる共通液室を介しての後
方クロストークによるメニスカス振動を効果的に抑制で
きる液体吐出へッドを提供することにある。

【００２３】本発明の第３の目的は、上記第１および第
２の目的を同時に達成することのできる液体吐出ヘッド
を提供することにある。

【００２４】

【課題を解決するための手段】上述の少なくともいずれ
かの目的を達成するための本発明は、次のようなもので
ある。

【００２５】請求項１に記載の発明は、吐出口に連通し
並列に配された複数の第１の液流路と、液体に熱を加え
ることで該液体に気泡を発生させる発熱体が設けられた
複数の第２の液流路と、前記複数の第１の液流路と前記
複数の第２の液流路との後端側に配され、該複数の第１
の液流路に連通する第１の共通液室および複数の第２の
液流路に連通する第２の共通液室と、前記第１の液流路
および第１の共通液室と前記第２の液流路および第２の
共通液室とを分離する分離壁と、前記分離壁に設けら
れ、吐出口方向に自由端を有し、前記第２液流路内での
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の液流路に
伝える可動部材とを有する液体吐出へッドにおいて、前
記第２の共通液室内にあって前記複数の第２の液流路後
端に隣接する部位に、前記複数の第２の液流路から前記
第２の共通液室に流れ込む残留気泡をトラップし保持す
る第１の気泡溜まり部を有することを特徴とする。

【００２６】請求項２に記載の発明は、前記第１の気泡
溜まり部は、そこに保持された気泡により前記第２の共
通液室内を伝わる圧力変動を吸収するよう構成されてい
ることを特徴とする。

【００２７】請求項３に記載の発明は、前記第１の気泡
溜まり部は、前記分離壁に形成された凹部であることを
特徴とする。

【００２８】請求項４に記載の発明は、前記凹部には前
記第２の気泡溜まり部で捕捉しきれなくなった気泡を上
方に逃がす開口部が形成されていることを特徴とする。

【００２９】請求項５に記載の発明は、前記第１の気泡
溜まり部の上方に前記開口部からの気泡をトラップし保
持する第２の気泡溜まり部を有することを特徴とする。

【００３０】請求項６に記載の発明は、前記凹部は、前
記第２液流路の長手方向にほぼ直交する方向に延在する
溝であることを特徴とする。

【００３１】請求項７に記載の発明は、前記開口部は、
前記凹部の底部に穿設された複数個の小孔であることを
特徴とする。

【００３２】請求項８に記載の発明は、前記凹部は、均
一厚さの分離壁に前記第１の共通液室側に突出して形成
されていることを特徴とする。

【００３３】請求項９に記載の発明は、前記分離壁は、
少なくとも前記第１の気泡溜まり部が形成される部位が
他の部位に比べ厚くされていることを特徴とする。

【００３４】請求項１０に記載の発明は、前記第１の共
通液室と第２の共通液室とが前記分離壁に形成された連
通孔で連通され一つの共通液室を構成していることを特
徴とする。

【００３５】請求項１１に記載の発明は、前記発熱体
は、電気信号を受けることで熱を発生する電気熱変換体
であることを特徴とする。。

【００３６】請求項１２に記載の発明は、前記気泡は前
記発熱体の熱によって液体に膜沸騰を生じさせることで
発生する気泡であることを特徴とする。

【００３７】請求項１３に記載の発明は、前記可動部材
は、ニッケルや金等の金属で構成されていることを特徴
とする。

【００３８】請求項１４に記載の発明は、請求項１ない
し１３のいずれかに記載の液体吐出へッドと、該液体吐
出へッドの前記気泡溜まり部にトラップされ保持された
気泡を除去し回復させる回復手段とを有することを特徴
とする液体吐出装置。

【００３９】上述の構成の本発明によると、気泡溜まり
部には残留気泡がトラップされ保持されるので、大きな
径の泡が成長されつつ溜められる。そして、この大きな
径の泡がさらに成長すると、気泡溜まり部において成長
し、気泡溜まり部内の大きな泡は液体を液流路へリフィ
ルする方向へは動きにくい。特に、この気泡溜まり部を
液流路の長手方向にほぼ直交する方向、すなわち、液流
路の液体の流れ方向に直交する方向に延在させるとその
効果は大きい。

【００４０】この現象は、気泡溜まり部内、例えば、凹
部ないしは溝内に溜められた気泡の集団はその容積に対
し表面積を小さくしようとする力（表面張力）により合
体し、凹部ないしは溝の形状に倣って成長し、凹部壁な
いしは溝壁によりリフィル圧の外力を防御できるので、
一旦、凹部ないしは溝の形状に倣って成長した泡は動き
にくいものと考えられる。その結果、第２の液流路内に
引き込まれる大きな径の泡は大幅に減少される。

【００４１】さらに、気泡溜まり部内に溜められた（ま
たは結果的に溜まった）ほぼ定量の気泡は、吐出時の共
通液室を介した後方クロストークによるメニスカス振動
の乱れを吸収し、メニスカス振動の振幅、集束時間を効
果的に小さくすることができる。

【００４２】本発明によれば、バーコードや、同じパタ
ーンのラベルを連続プリントするようなラインプリンタ
ー用や、大判プリントを行うプロッター用等の長尺ヘッ
ド（例えば、１ヘッド当たり５００ノズル以上）におい
て発生し易かった残留気泡による不吐出を効果的に防止
することができる。

【００４３】また、かかる残留気泡を取り除くためのプ
リンター本体の回復シーケンスの使用回数を減少するこ
とができ、さらに気泡が気泡溜まり部で除去しやすくな
っているため、本体プロセス設計の負荷も軽減できる。

【００４４】さらに、バッファ効果により、ノズルのメ
ニスカス振動の集束を促進でき、吐出設計に忠実な濃度
ムラのない良好な画像を得ることができる。

【００４５】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。

【００４６】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。

【００４７】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。

【００４８】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液流路と吐出口に
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。

【００４９】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。

【００５０】まず、本発明の第１の実施形態を説明する
前に、本発明にかかる液体吐出ヘッドの基本的な構成に
ついて、図９ないし図１３を参照して説明する。

【００５１】すなわち、本液体吐出ヘッドにおいて、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
を図り得る構成を説明する。

【００５２】図９はこのような本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１０はこ
の液体吐出ヘッドの部分破断斜視図を示している。

【００５３】本液体吐出ヘッドは、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３（好ましい形態例においては４０
μｍ×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３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。

【００５４】この液流路１０の素子基板上には、前述の
発熱体３に対向するように面して、金属などの弾性を有
する材料で構成され、平面部を有する板状の可動部材３
１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などに固定さ
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。

【００５５】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３に面した位
置に発熱体３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、図９（ａ），
（ｄ）に示される状態の可動部材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。

【００５６】発熱体３を発熱させることで可動部材３１
と発熱体３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液体を介して可動
部材に優先的に作用し、可動部材３１は図９（ｂ）、
（ｃ）もしくは図１０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。

【００５７】ここで、本発明の基本的な吐出原理の一つ
を説明する。本発明において最も重要な原理の１つは、
気泡に対面するように配された可動部材が気泡の成長に
伴い、気泡が可動部材３１に接触する前に、気泡の圧力
に基づいて、定常状態の第１の位置から最大変位後の位
置である第２の位置へ変位し、可動部材３１が最大位の
第２位置から弾性により戻る期間の一部で成長途上にあ
る気泡に接触し、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。

【００５８】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１１と本発明の図１２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。

【００５９】図１１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Ｖ
１〜Ｖ８のように気泡表面の法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
出速度などに直接寄与する重要な部分である。さらにＶ
１は吐出方向ＶＡの方向に最も近いため効率よく働き、
逆にＶ４はＶＡに向かう方向成分は比較的少ない。

【００６０】これに対して、図１２で示される本発明の
場合には、可動部材３１が図１１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を戻り
変位しつつ下流側（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などの根本的な向上を達成す
ることができる。

【００６１】次に図９に戻って、本液体吐出ヘッドの吐
出動作について詳しく説明する。

【００６２】図９（ａ）は、発熱体３に電気エネルギー
など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３ａより下流（発熱体の面積中心３
ａ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。

【００６３】図９（ｂ）は、発熱体３に電気エネルギー
などが印加されて発熱体３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。

【００６４】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、第１位置から変位を開始する。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。

【００６５】図９（ｃ）は気泡４０がさらに成長を続
け、気泡４０と可動部材３１との間に液体が介在された
まま可動部材３１が変位している状態を示す。気泡４０
の発生に伴う圧力に応じて可動部材３１はさらに変位
し、最大変位位置の第２の位置まで変位する。図９
（ｃ）はまた、気泡４０が成長し続けると共に、可動部
材３１がその最大変位した第２位置から戻る過程で気泡
４０に接触している状態を示している。発生した気泡４
０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続け、この
気泡４０の成長と共に可動部材３１が戻り変位して行く
ことで気泡４０の圧力伝搬方向や体積移動のしやすい方
向、すなわち自由端側への気泡の成長方向を吐出口に均
一的に向かわせることができることも吐出効率を高める
と考えられる。可動部材は、気泡や発泡圧を吐出口方向
へ導くのに積極的に寄与し、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。

【００６６】図９（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。

【００６７】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とによって図９
（ａ）の初期位置（第１の位置）に復帰する。また、消
泡時には、気泡発生領域１１での気泡の収縮体積を補う
ため、また、吐出された液体の体積分を補うために上流
側（Ｂ）、すなわち共通液室側からの流れＶＤ１、ＶＤ
２のように、また、吐出口側からの流れＶｃのように液
体が流れ込んでくる。

【００６８】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。

【００６９】図９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。

【００７０】図９（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対
応する（流路抵抗と液体の慣性に基づくものであ
る。）。

【００７１】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の後退量が大きくなり、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。

【００７２】これに対して本液体吐出ヘッドは可動部材
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。

【００７３】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。

【００７４】ここで特徴的なことは、従来のヘッドで消
泡時の圧力を利用し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、本液体吐出ヘッド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。

【００７５】このように本発明は、第２液流路１６の液
体供給路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
たプリントの分野に用いた場合、画質の向上や高速プリ
ントを実現することができる。

【００７６】本発明の構成においてはさらに次のような
有効な機能を兼ね備えている。それは、気泡の発生によ
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３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。

【００７７】次に、本液体吐出ヘッドの更なる特徴的な
構造と効果について、以下に説明する。

【００７８】本液体吐出ヘッドの第２液流路１６は、発
熱体３の上流に発熱体３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３の表面への液体の供給は、可動部材３１
の気泡発生領域１１に近い側の面に沿って、ＶＤ２のよ
うに行われる。このため、発熱体３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、本液体吐出ヘッドでは実質的に平
坦な内壁を持つ液体供給路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
な内壁を有する液体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。

【００７９】また、気泡発生領域への液体の供給は、可
動部材の側部（スリット３５）を介してＶＤ１から行わ
れるものもある。しかし、気泡発生時の圧力をさらに有
効に吐出口に導くために図９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ＶＤ１から気泡発生領域１１に向かっての液体の流れ
が妨げられる。しかし、本発明の液体吐出ヘッド構造に
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。

【００８０】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１３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などの機能や効果を効率よく実現で
きるのである。さらに、この位置関係は吐出に対する機
能や効果のみならず、液体の供給の際にも液流路１０を
流れる液体に対する流抵抗を小さくでき高速にリフィル
できるという効果を達成している。これは図１３に示す
ように、吐出によって後退したメニスカスＭが毛管力に
より吐出口１８へ復帰する際や、消泡に対しての液供給
が行われる場合に、液流路１０（第１液流路１４、第２
液流路１６を含む）内を流れる流れＳ１、Ｓ２、Ｓ３に
対し、逆らわないように自由端と支点３３とを配置して
いるためである。

【００８１】補足すれば、本液体吐出ヘッドの図９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３を上流側領域と下流側領域とに２分する面積中心
３ａ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３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３ａ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。

【００８２】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。

【００８３】また、本液体吐出ヘッドの構成においては
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と考
えられる。

【００８４】ここで、図１は、本発明における実施の
形態の液体吐出ヘッドの分解斜視図を示しており、図２
はその液流路方向の断面模式図、図３は要部の部分破断
斜視図である。

【００８５】本実施の形態の液体吐出ヘッドは、液体に
気泡を発生させるための熱エネルギーを与える発熱体３
が設けられた素子基板１上に、発泡液用の第２液流路１
６があり、その上に吐出口１８に直接連通した吐出液用
の第１液流路１４が配されている。

【００８６】第１液流路１４の上流側は、複数の第１液
流路１４に吐出液を供給するための第１共通液室１５に
連通しており、第２液流路１６の上流側は、複数の第２
液流路に発泡液を供給するための第２共通液室１７に連
通している。

【００８７】但し、発泡液と吐出液を同じ液体とする場
合には、後述するように共通液室を一つにして共通化さ
せてもよい。

【００８８】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１４と第２の液流路１６とを区分してい
る。なお、発泡液と吐出液とができる限り混ざり合わな
い方がよい液体の場合には、この分離壁３０によってで
きる限り完全に第１液流路１４と第２液流路１６の液体
の流通を分離した方がよいが、発泡液と吐出液とがある
程度混ざり合っても、問題がない場合には、分離壁に完
全分離の機能を持たせなくてもよい。

【００８９】発熱体３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２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３
５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３
１は、気泡発生領域１１（Ｂ）に面して配されているた
め、発泡液の発泡時の圧力によって第１液流路１４側の
吐出口側に向けて開口するように動作する。

【００９０】そして、本実施の形態では、第２の共通液
室１７の複数の第２の液流路１６の後端に隣接した部分
に、複数の第２の液流路１６の長手方向にほぼ直交する
方向に延在し、前記複数の第２の液流路１６から前記第
２の共通液室１７に流れ込む残留気泡をトラップし保持
する気泡溜まり部としての凹部ないしは溝Ｔが分離壁３
０の下面側に開口されて形成されている。すなわち、分
離壁３０を均一厚さの金属等で構成する場合には、この
溝Ｔは分離壁３０にエンボス加工を施すことにより形成
することができる。または、この分離壁３０の少なくと
も溝Ｔが形成される部位を、凹部ないしは溝深さを充分
に確保できるように、他の部位に比べ厚く形成するよう
にしてもよい。

【００９１】溝Ｔの深さおよび幅は、後述するトラップ
作用が充分に行われる寸法であればよく、本実施例で
は、溝Ｔの深さが、０．０６ｍｍ、幅が０．２０ｍｍと
した。また、本実施例で用いた分離壁３０の材質はニッ
ケルであり、溝Ｔが形成された部位の厚さは０．１ｍｍ
とした。この材質および寸法については、２液分離液室
構造に必要なそれぞれの共通液室の構成や、分離壁の材
質を選び、設計製作上許容可能な範囲に設定すればよ
い。溝の形成は、成形、レーザ加工等でも行い得るが、
本実施例では電鋳で行った。

【００９２】また、第２の共通液室１７の容積は、共通
液室が分離されていない場合に比べて小さいので、なる
べく大容量の残留気泡のトラップおよび保持を行い易い
ようにするのが好ましい。

【００９３】なお、溝Ｔの形状は上述の矩形状に限ら
ず、第２の液流路１６側の溝壁を、図４に示すように、
開口を狭めるべくテーパ付けてもよい。これは、溝Ｔ内
にトラップされ保持された気泡が、リフィル時等に第２
の液流路１６に戻りにくくするためである。

【００９４】なお、図３においても、発熱体３としての
発熱抵抗部（電気熱変換体）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４とが配された素子基板
１上に、第２の液流路１６を構成する空間を介して分離
壁３０が配置されているのが理解されよう。

【００９５】次に図２を用いて本実施の形態の液体吐出
ヘッドの動作を説明する。

【００９６】ヘッドを駆動させるにあたっては、第１液
流路１４に供給される吐出液と第２の液流路１６に供給
される発泡液として同じ水系のインクを用いて動作させ
た。

【００９７】発熱体３が発生した熱が、第２液流路１６
の気泡発生領域１１内の発泡液に作用することで、発泡
液に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。

【００９８】本実施の形態においては、気泡発生領域１
１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３１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が変位する（破線で示す）。そし
て、この可動部材３１の一連の動作によって第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
基づく圧力が可動部材３１に制御されて第１液流路の吐
出口１８側の方向に主に伝わる。この圧力の伝搬と前述
のような可動部材３１の機械的変位によって液体が吐出
口から吐出される。

【００９９】次に、気泡が収縮するに伴って可動部材３
１が元の位置まで戻ると共に、第１液流路１４では吐出
された吐出液体の量に見合う量の吐出液体が上流側から
供給される。本実施の形態において、この吐出液体の供
給方向は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３１で妨げることがない。

【０１００】本実施の形態は、二液流路構成をとること
によって、吐出液と発泡液とを別液体とし、発泡液の発
泡で生じた圧力によって吐出液を吐出することができ
る。このため、従来、熱を加えても発泡が十分に行われ
にくく吐出力が不十分であったポリエチレングリコール
等の高粘度の液体であっても、この液体を第１の液流路
に供給し、発泡液に発泡が良好に行われる液体（エタノ
ール：水＝４：６の混合液１〜２ｃＰ程度等）や低沸点
の液体を第２の液流路に供給することで良好に吐出させ
ることができる。

【０１０１】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。

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

【０１０３】上述の構成の本発明によると、図２に示す
ように、発熱体３の駆動が終了した消泡時に発生した残
留気泡（図中小丸で示されている）のうち、第２の共通
液室１７側へ流れたものは、矢印Ｃで示すように、第２
の共通液室１７の第２の液流路１６の後端に隣接した部
分に第２の液流路１６の長手方向にほぼ直交する方向に
延在して形成された溝Ｔからなる気泡溜まり部にトラッ
プされ保持される。

【０１０４】連続プリント時間が短い場合、あるいは、
吐出周波数が低い場合には、溝Ｔ内にはその容積に比べ
て比較的小さな小泡しか溜まらない。

【０１０５】しかし、連続プリント時間が長い場合、あ
るいは、吐出周波数が高い場合には、溝Ｔ内にトラップ
され保持された残留気泡は互いに接触し、かつ、結合し
て、大きな径の泡に成長しつつ溜められる。そして、こ
の大きな径の泡がさらに成長すると、溝壁に接しつつそ
の溝壁に沿って成長し、図２に破線で示すような状態と
なる。

【０１０６】さらに連続プリントが続いても、溝Ｔ内に
トラップされ保持された残留気泡の集団は、その容積に
対し表面積を小さくしようとする力（表面張力）により
合体し、溝の形状に倣って成長して溝壁に沿って延び
る。従って、第２の共通液室１７から第２の液流路１６
に向かう液体の流れであるリフィル程度の圧力では、溝
Ｔ内の大きな泡はそのリフィル方向へは動きにくい。そ
の結果、第２の液流路１６内に大きな径の泡が引き込ま
れることはない。

【０１０７】このような構成の吐出ヘッドを用いて、吐
出を行ったところ、残留気泡に起因する不吐出は発生せ
ず、気泡溜まり部としての溝Ｔ内に溜められた（または
結果的に溜まった）ほぼ定量の気泡は、さらに、吐出時
の第２の共通液室を介した後方クロストークによるメニ
スカス振動の乱れを吸収し、メニスカス振動の振幅、集
束時間を効果的に小さくすることが確認できた。

【０１０８】本実施の形態では、第１液流路１４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。可動部材３１の自由端３２の動作
範囲は、液流路の構造、可動部材の弾力性や発泡力等を
考慮して決定すればよいが、吐出口１８の軸方向の角度
を含む角度まで動作することが望ましいと考えられる。

【０１０９】なお、気泡溜まり部に溜まった気泡が定量
を超える場合には、回復手段によって不要な分の気泡を
除去することにより安定した状態を維持することができ
る。このとき、気泡は気泡溜まり部に集められ除去しや
すくなっており、従来よりも回復動作によるインクの消
費が少なくてすむ。また、回復動作による気泡の除去は
必要な量の気泡を残すように行われる。

【０１１０】また、図２で示されるように、吐出口１８
の直径より可動部材３１の自由端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。

【０１１１】本実施の形態においては、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、複数の第１
の液流路１４に共通して連通し、各第１の液流路１４に
液体（吐出液）を供給するための第１の共通液室１５を
構成する凹部とから概略構成されている。

【０１１２】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２１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２３を有している。

【０１１３】第１の液体（吐出液）は、第１液体供給路
２１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、第２液体供
給路２３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（図１参照）。

【０１１４】本実施の形態では、第２液体供給路２３
は、第１液体供給路２１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。

【０１１５】また、第２液体供給路２３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２３の形状は丸形状である必要はなく、
矩形状等でもよい。

【０１１６】また、上述の溝付部材５０と分離壁３０と
の結合体と素子基板１とを貼り合わせるのに換え、第２
共通液室１７や第２液流路１６が形成された素子基板１
に分離壁３０を接合し、その分離壁３０と溝付部材５０
とを接合するようにしてもよい。

【０１１７】なお、このように溝付部材５０と接合され
た素子基板１はアルミベースプレート１２０にダイボン
ディングされ、アルミベースプレート１２０に貼着され
ているプリント回路基板（不図示）と配線電極を介して
ワイヤボンディングされ電気的に接続されている。

【０１１８】次に、本発明の他の実施の形態として、発
泡液と吐出液とに同じ液体を用いる二液流路形態の液体
吐出ヘッドにつき、図５を参照しつつ説明する。なお、
本実施の形態においては、その異なる構成部位につき重
点的に説明し、前実施の形態と同一機能部位には同一符
号を付し重複説明を避ける。

【０１１９】本実施の形態では、発泡液と吐出液とに同
じ液体を用いるため、第１の共通液室１５と第２の共通
液室１７とが、分離壁３０に形成された連通孔３０Ａに
より連通されている。また、当然のことながら、発泡液
と吐出液とが異なる場合に必要であった第２液体供給路
が省略されている。

【０１２０】そして、分離壁３０の第２の共通液室１７
内であって少なくとも複数の第２の液流路１６の後端に
隣接した部分に複数の第２の液流路１６の長手方向にほ
ぼ直交する方向に延在し、複数の第２の液流路１６から
第２の共通液室１７に流れ込む残留気泡をトラップし保
持する第１の気泡溜まり部としての第１の溝Ｔ−１が前
実施の形態と同様に形成されている。

【０１２１】さらに、溝付部材５０において、第１の気
泡溜まり部としての第１の溝Ｔ−１に対応する位置、す
なわち、上方に、複数の第１の液流路１４の長手方向に
ほぼ直交する方向に延在し、第１の気泡溜まり部で保持
しきれなくなった残留気泡をトラップし保持する第２の
気泡溜まり部としての第２の溝Ｔ−２が形成されてい
る。そのために、前記第１の気泡溜まり部としての第１
の溝Ｔ−１の底部には前記第２の気泡溜まり部としての
第２の溝Ｔ−２にほぼ対向して連通部としての複数の小
孔Ｐが形成されている。

【０１２２】なお、分離壁３０は、少なくとも第１の気
泡溜まり部としての第１の溝Ｔ−１が形成される部位が
他の部位に比べ厚くされている。

【０１２３】上述の構成の本実施の形態によると、図５
（Ａ）に示すように、発熱体３の駆動が終了した消泡時
に発生した残留気泡（図中小丸で示されている）のう
ち、第２の共通液室１７側へ流れたものは、矢印Ｃで示
すように、第２の液流路１６の後端と第２の共通液室１
７との境界部に第２の液流路１６の長手方向にほぼ直交
する方向に延在して形成された第１の溝Ｔ−１からなる
気泡溜まり部にトラップされ保持される。

【０１２４】連続プリント時間が短い場合、あるいは、
吐出周波数が低い場合には、第１の溝Ｔ−１内にはその
容積に比べて比較的小さな小泡しか溜まらない。

【０１２５】しかし、連続プリント時間が長い場合、あ
るいは、吐出周波数が高い場合には、第１の溝Ｔ−１内
にトラップされ保持された残留気泡は互いに接触し、か
つ、結合して、大きな径の泡に成長しつつ溜められる。
そして、この大きな径の泡がさらに成長すると、溝壁に
接しつつその溝壁に沿って成長し、図５（Ｂ）に示すよ
うな状態となる。

【０１２６】さらに連続プリントが続いても、第１の溝
Ｔ−１内にトラップされ保持された残留気泡の集団は、
その容積に対し表面積を小さくしようとする力（表面張
力）により合体し、溝の形状に倣って成長して溝壁に沿
って延びる。

【０１２７】従って、第２の共通液室１７から第２の液
流路１６に向かう液体の流れであるリフィル程度の圧力
では、第１の溝Ｔ−１内の大きな泡はそのリフィル方向
へは動きにくい。その結果、第２の液流路１６内に大き
な径の泡が引き込まれることはない。

【０１２８】最悪の場合、第１の溝Ｔ−１からなる気泡
溜まり部に気泡を保持しきれなくなったときには、その
溢れた気泡は、連通部の複数の小孔Ｐを通って第１の共
通液室１５に抜け、第２の溝Ｔ−２にトラップされて保
持される。なお、この第１の溝Ｔ−１から第１の共通液
室１５を通り第２の溝Ｔ−２に移動する泡は、吐出への
影響を少なくするために、極力、小径であることが好ま
しく、従って、小孔Ｐの径もそのように決定するのがよ
い。

【０１２９】また、第１の溝Ｔ−１および第２の溝Ｔ−
２の深さおよび幅は、上述したトラップおよび保持作用
が充分に行われる寸法であればよく、本実施例では、第
１の溝Ｔ−１の深さが、０．０６ｍｍ、幅が０．２ｍｍ
とし、第２の溝Ｔ−２の深さが、０．１ｍｍ、幅が０．
２ｍｍとした。また、連通部としての小孔Ｐは直径０．
０３ｍｍの丸孔とし、０．０５ｍｍ間隔で均等に配列さ
れている。

【０１３０】また、本実施例で用いた分離壁３０の材質
はニッケルであり、第１の溝Ｔ−１が形成された部位の
厚さは０．１ｍｍとした。この材質および寸法について
は、１液供給液室構造に必要なそれぞれの共通液室の構
成や、分離壁の材質を選び、設計製作上許容可能な範囲
に設定すればよい。第１および第２の溝の形成は、成
形、レーザ加工等でも行い得るが、本実施例では第１の
溝Ｔ−１は電鋳で、第２の溝Ｔ−２はレーザ加工で行っ
た。

【０１３１】このような構成の吐出ヘッドを用いて、吐
出を行ったところ、残留気泡に起因する不吐出は発生せ
ず、第１の気泡溜まり部としての第１の溝Ｔ−１内に溜
められた（または結果的に溜まった）ほぼ定量の気泡
は、さらに、吐出時の第２および第１の共通液室を介し
た後方クロストークによるメニスカス振動の乱れを吸収
し、メニスカス振動の振幅、集束時間を効果的に小さく
することが確認できた。

【０１３２】ところで、上述した実施の形態では、アル
ミニュウム等の金属で形成されたベースプレート１２０
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。

【０１３３】先の実施の形態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。本実施の
形態の内、発泡液と吐出液とに同じ液体を用いる場合に
は、発熱体から加えられる熱によって劣化せずに、また
加熱によって発熱体上に堆積物を生じにくく、熱によっ
て気化、凝縮の可逆的状態変化を行うことが可能であ
り、さらに液流路や可動部材や分離壁等を劣化させない
液体であれば種々の液体を用いることができる。

【０１３４】このような液体の内、記録を行う上で用い
る液体（記録液体）としては従来のバブルジェット装置
で用いられていた組成のインクを用いることができる。

【０１３５】一方、本発明の二液流路構成のヘッドを用
い、吐出液と発泡液を別液体とした場合には、発泡液と
して前述のような性質の液体を用いればよく、具体的に
は、メタノール、エタノール、ｎ−プロパノール、イソ
プロパノール、ｎ−ヘキサン、ｎ−ヘプタン、ｎ−オク
タン、トルエン、キシレン、二塩化メチレン、トリクレ
ン、フレオンＴＦ、フレオンＢＦ、エチルエーテル、ジ
オキサン、シクロヘキサン、酢酸メチル、酢酸エチル、
アセトン、メチルエチルケトン、水等およびこれらの混
合物が挙げられる。

【０１３６】吐出液としては、発泡性の有無、熱的性質
に関係なく様々な液体を用いることができる。また、従
来吐出が困難であった発泡性が低い液体、熱によって変
質、劣化しやすい液体や高粘度液体等であっても利用で
きる。

【０１３７】ただし、吐出液の性質として吐出液自身、
又は発泡液との反応によって、吐出や発泡また可動部材
の動作等を妨げるような液体でないことが望まれる。

【０１３８】記録用の吐出液体としては、高粘度インク
等をも利用することができる。その他の吐出液体として
は、熱に弱い医薬品や香水等の液体を利用することもで
きる。

【０１３９】本発明においては、吐出液と発泡液の両方
に用いることができる記録液体として以下のような組成
のインクを用いて記録を行ったが、吐出力の向上によっ
てインクの吐出速度が高くなったため、液滴の着弾精度
が向上し非常に良好な記録画像を得ることができた。

【０１４０】染料インク（粘度２ｃｐｓ）の組成（Ｃ．Ｉ．フードブラック２）染料３重量％ジエチレングリコール１０重量％チオジグリコール５重量％エタノール５重量％水７７重量％また、発泡液と吐出液に以下で示すような組成の液体を
組み合わせて吐出させて記録を行った。その結果、従来
のヘッドでは吐出が困難であった十数ｃｐｓ粘度の液体
はもちろん１５０ｃＰという非常に高い粘度の液体でさ
えも良好に吐出でき、高画質な記録物を得ることができ
た。

【０１４１】発泡液１の組成エタノール４０重量％水６０重量％発泡液２の組成水１００重量％発泡液３の組成イソプロピルアルコール１０重量％水９０重量％吐出液１顔料インク（粘度約１５ｃｐｓ）の組成カーボンブラック５重量％スチレン−アクリル酸−アクリル酸エチル共重合体１重量％（酸価１４０、重量平均分子量８０００）モノエタノールアミン０．２５重量％グリセリン６９重量％チオジグリコール５重量％エタノール３重量％水１６．７５重量％吐出液２（粘度５５ｃｐｓ）の組成ポリエチレングリコール２００１００重量％吐出液３（粘度１５０ｃｐｓ）の組成ポリエチレングリコール６００１００重量％ところで、前述したような従来吐出されにくいとされて
いた液体の場合には、吐出速度が低いために、吐出方向
性のバラツキが助長され記録紙上のドットの着弾精度が
悪く、また吐出不安定による吐出量のバラツキが生じこ
れらのことで、高品位画像が得にくかった。しかし、上
述の実施の形態の構成においては、気泡の発生を発泡液
を用いることで充分に、しかも安定して行うことができ
る。このことで、液滴の着弾精度向上とインク吐出量の
安定化を図ることができ記録画像品位を著しく向上する
ことができた。

【０１４２】次に、前述の本発明に係る液体吐出ヘッド
を搭載した液体吐出装置の一例を、吐出液体としてイン
クを用いたインクジエットプリント装置を用いて説明す
る。

【０１４３】図６はインクジエットプリント装置本体の
主要部断面図、図７はインクジエットプリント装置本体
の斜視図である。

【０１４４】図６および図７に示すインクジェットプリ
ント装置は、被プリント媒体Ａに画像等をプリントする
プリンタ部１００、被プリント媒体Ａを所定量（プリン
ト長Ｌ）だけ間欠的に搬送する搬送部２００、ロール状
の連続する被プリン媒体Ａを繰り出すための繰り出し部
３００、プリント後の被プリント媒体Ａを巻き取りがで
きる状態まで乾燥する乾燥部４００、乾燥後の被プリン
ト媒体Ａを巻き取るための巻き取り部５００の各部から
主に構成される。

【０１４５】被プリント媒体Ａは、繰り出しローラ３１
０の回転に伴なって巻き出され、中間ローラ３２０およ
び３３０を介してプリンタ部１００に対向する位置に設
けられた搬送部２００により水平方向に搬送される。

【０１４６】搬送部２００は、被プリント媒体Ａの搬送
経路上にあって、プリンタ部１００よりも上流側に設け
た搬送ローラ２１０と、プリンタ部１００よりも下流側
に設けたベルト駆動ローラ２２０とを有し、これらロー
ラ間にエンドレス状の搬送ベルト２３０を巻き回すとと
もに、一対のプラテンローラ２４０により、被プリント
媒体Ａの被プリント面となる範囲において搬送ベルト２
３０を平坦に規制し、適正な張力で展張するよう構成さ
れている。搬送ベルト２３０外周面には、粘着層が設け
られており、被プリント媒体Ａを貼り付けて搬送し、プ
リンタ部１００に対向する位置まで導き、プリンタ部１
００によってプリントが行われる。その後、送りローラ
５２０により、被プリント媒体Ａは、搬送ベルト２３０
より剥がされ、ヒータなどにより構成された乾燥部４０
０で、乾燥され、中間ローラ５３０、５４０を介して巻
き取りローラ５１０によって巻き取られる。

【０１４７】図７においてプリンタ部１００には、上述
した被プリント媒体Ａの搬送方向に直交する主走査方向
に、一対の平行な走査レール１０１、１０２がフレーム
１０３に対して設けられており、走査レール１０１、１
０２上にはボールベアリング１１１０を介して、複数個
の上述の液体吐出ヘッドとしてのプリントヘッド１００
０を搭載したヘッドキャリッジ１１００が摺動可能に支
持されている。

【０１４８】なお、ヘッドキャリッジ１１００は、不図
示の駆動ベルトを介してプリンタ部１００のフレーム１
０３に固定された不図示の駆動モータにより駆動され
る。ヘッドキャリッジ１１００は、走査レール１０１、
１０２上を、図中矢印Ｐ１およびＰ２方向に往復動し、
プリントヘッド１０００により、連続する被プリント媒
体Ａに対し、（一走査のプリント）＝（所定のプリント
長Ｌ）×（被プリント媒体Ａの幅Ｗ）の範囲で繰り返し
てプリント動作を行う。

【０１４９】プリントヘッド１０００は、主走査方向に
直交する方向、すなわち、被プリント媒体の搬送方向に
２列、各カラーに対応して１列当たり複数個配列されて
おり、画像データに対し、搬送部上流側のプリントヘッ
ド１０００と下流側のプリントヘッド１０００に５０％
ずつデータを振り分けてプリントし、全体の画像データ
をプリントする。すなわち、上流側のプリントヘッド１
０００で５０％の画像データをプリントし、被プリント
媒体Ａが間欠送りされることによって、下流側のプリン
トヘッド１０００により残りの５０％の画像データをプ
リントし、上流側および下流側のプリントヘッド１００
０それぞれのプリント画像を重ね合わせている。

【０１５０】プリントヘッド１０００には、インク供給
装置２０００（図１０参照）から色や濃度の異なるイン
クをプリントヘッド１０００内部の共通液室に送り込む
ためのそれぞれのインク供給経路と、良好なインク吐出
状態を得るためにプリントヘッド１０００を適正な温度
に制御するために冷却用液体を流通させる水管１０４０
が取り付けられている。

【０１５１】図７に示すように、インク供給装置２００
０は、本実施の形態では使用するインク色に対応して、
合計８個のインクタンク２１００ａ〜２１００ｈを有
し、各インクタンクごとの供給ポンプにより、プリンタ
部１００内に這い回されたインク給送チュープを介し
て、それぞれ対応するプリントヘッド１０００に各イン
クを供給する。このインク供給において、プリント時に
は毛細管現象により、プリントヘッド１０００からの吐
出に応じて、インク供給が行われる。

【０１５２】なお、各インクは、例えば、同じ色でも、
濃いインクと淡いインクのように実質的に色の異なるも
のは、別のインクとしてそれぞれのインクタンクに貯留
されている。

【０１５３】本実施の形態では、上述したように、１色
のインクに対し２個のプリントヘッドを対応させてい
る。従って、ヘッドキャリッジ１１００には、プリント
ヘッドが、８色（濃度の異なるインクは別の色として）
×２個／色＝１６個搭載されている。すなわち、上流側
のプリントヘッド１０００と、それに対応する下流側位
置のプリントヘッド１０００には、同じ色のインクを供
給することになる。

【０１５４】回復動作部３０００は、プリントヘッド１
０００が確実な吐出安定性を得るための回復動作等を行
うものであり、インクの粘度増加を防止するためにプリ
ントヘッド１０００の吐出口面を覆うキャッピング部３
１００、プリントヘッド１０００の吐出口表面に付着す
るインク滴等を払拭するための不図示のワイピング部、
プリントヘッド１０００の内に発生する増粘インクを除
去するためのインク吐出を受けるための不図示の予備吐
出部、洗浄液を供給する不図示の洗浄液タンク部、その
廃液を吸引および吐出する不図示のポンプ部、該ポンプ
部より吐出された廃液を受容し排出する不図示の排出部
を具える。

【０１５５】図６に示す冷却液循環装置４０００は、冷
却液貯留タンク４１００内の水等の冷却液Ｗを所望の温
度に制御して、冷却液給送ポンプ４２００によりプリン
トヘッド１０００に取付けられた水管１０４０に給送
し、再び冷却液貯留タンク４１００に環流する装置であ
る。

【０１５６】不図示の駆動信号供給手段からキャリッジ
１１００上のプリントヘッド１０００に駆動信号が供給
されると、この信号に応じてプリントヘッドから被プリ
ント媒体に対してプリント液体が吐出される。

【０１５７】また、このプリント装置及びこのプリント
装置で行う液体吐出方法によって、各種の被プリント媒
体に対して液体を吐出することで良好な画像のプリント
物を得ることができた。

【０１５８】上述のようなプリント装置に適用でき、イ
ンク等の液体の付与が行われる被プリント媒体として
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。

【０１５９】また、上述のプリント装置として、各種の
紙やＯＨＰシート等に対して記録を行うプリンタ装置、
コンパクトディスク等のプラスチック材に記録を行うプ
ラスチック用記録装置、金属板に記録を行う金属用記録
装置、皮革に記録を行う皮革用記録装置、木材に記録を
行う木材用記録装置、セラミックス材に記録を行うセラ
ミックス用記録装置、スポンジ等の三次元網状構造体に
対して記録を行う記録装置、又布帛に記録を行う捺染装
置等をも含むものである。

【０１６０】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。

【０１６１】なお、本発明は、上述したような発熱体
（ヒータ）の面に沿う方向に設けられた液流路の一端に
吐出口を有する、いわゆるエッジシュータタイプのヘッ
ドに限定されることなく、図示はしないが、ヒータ面に
対向する位置に吐出口を有する、いわゆるサイドシュー
タタイプのヘッドにも適用可能である。

【０１６２】サイドシュータタイプの液体吐出ヘッド
は、各吐出口ごとに、液体に気泡を発生させるための熱
エネルギを与える発熱体が設けられた基板上に、発泡液
用の第２の液流路が形成され、その上に溝付き天板に設
けられた吐出口に直接連通した吐出液用の第１の液流路
が形成され、第１の液流路と第２の液流路とは、金属等
の弾性を有する材料で構成された分離壁により区分され
ている点で、上述のエッジシュータタイプの液体吐出ヘ
ッドと同様である。

【０１６３】サイドシュータタイプの液体吐出ヘッド
は、上記第１の液流路上に配された溝付き天板（オリフ
ィスプレート）のうち、発熱体の直上の部分に吐出口が
設けられている点に特徴がある。この吐出口と発熱体と
の間の分離壁には、観音開きに開口する一対の可動部材
が設けられている。すなわち、両可動部材は支点部で支
持される片持梁形状のもので、両方の自由端同士は、非
吐出時においては、吐出口の中央部分の直下に位置する
スリットにより僅かに離間して対向している。吐出時に
おいては、両可動部は気泡発生領域における発泡液の発
泡によって第１の液流路側に開口し、発泡液の収縮によ
って閉口する。この領域には、吐出液タンクから吐出液
がリフィルされて吐出可能状態となり、次の発泡液の発
泡に備えることができる。

【０１６４】第１の液流路は、他の吐出口の第１の液流
路と共に、第１の共通液室を介して吐出液を貯留するタ
ンク（図示略）に連絡しており、第２の液流路１６も、
他の吐出口の第２の液流路と共に、第２の共通液室を介
して発泡液を貯留するタンク（図示略）に連絡してい
る。

【０１６５】このような構成を有するサイドシュータタ
イプの液体吐出ヘッドにおいても、上述した所定位置に
気泡溜まり部を形成したエッジシュータタイプのヘッド
とほぼ同様に、残留気泡による不吐出を防止し、かつ、
クロストークを防止しつつ、高吐出効率、高吐出圧で液
体を吐出することができるという優れた効果を得ること
ができる。

【０１６６】

【発明の効果】本発明は以上説明したような構成を採る
ことによって、次のような効果を得ることができる。す
なわち、第２液流路内の残留気泡が気泡溜まり部にトラ
ップされ、安定した液体の吐出を行うことができる。ま
たバッファ効果により、ノズルのメニスカス振動の集束
を促進でき、吐出設計に忠実な濃度ムラのない良好な画
像を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における液体吐出へッドの一実施の形態
を示す分解斜視図である。

【図２】本発明における液体吐出へッドの一実施の形態
を示す液通路の長手方向に沿う断面図である。

【図３】本発明における液体吐出へッドの一実施の形態
を示す部分破断斜視図である。

【図４】図２に示す液体吐出へッドの溝のさらに他の形
態を示す断面図である。

【図５】本発明における液体吐出へッドのさらに他の実
施の形態を示す断面図であり、（Ａ）は液通路の長手方
向に沿う断面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面
図、（Ｃ）は（Ａ）の部分拡大図である。

【図６】本発明の液体吐出ヘッドを用いた液体吐出装置
の一例を示す模式的断面図である。

【図７】本発明の液体吐出ヘッドを用いた液体吐出装置
の一例を示す斜視図である。

【図８】二液流路式液体吐出ヘッドの概要を示す断面図
である。

【図９】本発明に適用される二液流路式液体吐出ヘッド
の基本構成を示す模式断面図である。

【図１０】本発明に適用される二液流路式液体吐出ヘッ
ドの部分破断斜視図である。

【図１１】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１２】本発明に適用される二液流路式液体吐出ヘッ
ドにおける気泡からの圧力伝搬を示す模式図である。

【図１３】本発明に適用される二液流路式液体吐出ヘッ
ドにおける液体の流れを説明するための模式図である。

【符号の説明】

１基板３発熱体４配線電極１０液流路１１気泡発生領域１２流路壁１３共通液室１４第１の液流路（吐出流路）１５第１の共通液室１６第２の液流路（発泡流路）１７第２の共通液室１８吐出口３０分離壁３０Ａ連通孔３１可動部材３５スリット５０溝付天板Ｔ溝（気泡溜まり部）Ｔ−１第１の溝（第１の気泡溜まり部）Ｔ−２第２の溝（第２の気泡溜まり部）Ｐ小孔（連通部）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】吐出口に連通し並列に配された複数の第
１の液流路と、液体に熱を加えることで該液体に気泡を
発生させる発熱体が設けられた複数の第２の液流路と、
前記複数の第１の液流路と前記複数の第２の液流路との
後端側に配され、該複数の第１の液流路に連通する第１
の共通液室および複数の第２の液流路に連通する第２の
共通液室と、前記第１の液流路および第１の共通液室と
前記第２の液流路および第２の共通液室とを分離する分
離壁と、前記分離壁に設けられ、吐出口方向に自由端を
有し、前記第２液流路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の液流路に伝える可動部材とを有する
液体吐出へッドにおいて、前記第２の共通液室内にあって前記複数の第２の液流路
後端に隣接する部位に、前記複数の第２の液流路から前
記第２の共通液室に流れ込む残留気泡をトラップし保持
する第１の気泡溜まり部を有することを特徴とする液体
吐出ヘッド。
【請求項２】前記第１の気泡溜まり部は、そこに保持
された気泡により前記第２の共通液室内を伝わる圧力変
動を吸収するよう構成されていることを特徴とする請求
項１に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項３】前記第１の気泡溜まり部は、前記分離壁
に形成された凹部であることを特徴とする請求項１また
は２に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項４】前記凹部には前記第１の気泡溜まり部で
捕捉しきれなくなった気泡を上方に逃がす開口部が形成
されていることを特徴とする請求項３に記載の液体吐出
ヘッド。
【請求項５】前記第１の気泡溜まり部の上方に前記開
口部からの気泡をトラップし保持する第２の気泡溜まり
部を有することを特徴とする請求項４に記載の液体吐出
ヘッド。
【請求項６】前記凹部は、前記第２液流路の長手方向
にほぼ直交する方向に延在する溝であることを特徴とす
る請求項３ないし５のいずれかに記載の液体吐出ヘッ
ド。
【請求項７】前記開口部は、前記凹部の底部に穿設さ
れた複数個の小孔であることを特徴とする請求項６に記
載の液体吐出ヘッド。
【請求項８】前記凹部は、均一厚さの分離壁に前記第
１の共通液室側に突出して形成されていることを特徴と
する請求項４ないし７のいずれかに記載の液体吐出ヘッ
ド。
【請求項９】前記分離壁は、少なくとも前記第１の気
泡溜まり部が形成される部位が他の部位に比べ厚くされ
ていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに
記載の液体吐出ヘッド。
【請求項１０】前記第１の共通液室と第２の共通液室
とが前記分離壁に形成された連通孔で連通され一つの共
通液室を構成していることを特徴とする請求項１ないし
９のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
【請求項１１】前記発熱体は、電気信号を受けること
で熱を発生する電気熱変換体であることを特徴とする請
求項１ないし１０のいずれかに記載の液体吐出へッド。
【請求項１２】前記気泡は前記発熱体の熱によって液
体に膜沸騰を生じさせることで発生する気泡であること
を特徴とする請求項１ないし１１のいずれかに記載の液
体吐出へッド。
【請求項１３】前記可動部材は、ニッケルや金等の金
属で構成されていることを特徴とする請求項１ないし１
１のいずれかに記載の液体吐出へッド。
【請求項１４】請求項１ないし１３のいずれかに記載の
液体吐出へッドと、該液体吐出へッドの前記気泡溜まり
部にトラップされ保持された気泡の一部を除去し回復さ
せる回復手段とを有することを特徴とする液体吐出装
置。