JPH1024588A - 可動部材の変位を伴う液体吐出方法と該方法を実施するための液体吐出ヘッド及びこれを実施する液体吐出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 発生した気泡を根本的に制御することで極め
て新規な液体吐出原理を提供する。 【解決手段】 可動部材３１は気泡や発泡圧を吐出口１
８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。この
後、気泡４０が、前述した膜沸騰の後気泡内部圧力の現
象によって収縮し、消滅すると、可動部材３１は、気泡
の収縮による負圧と可動部材３１自身のばね性による復
元力によって、初期位置（第１の位置）に復帰する。こ
の気泡の消泡時には、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
めに上流側の供給側ＬＢ、すなわち共通液室側から流れ
と、吐出口側ＬＢからの流れとが発生し、液体が流れ込
んでくる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、熱エネルギーを液
体に作用させることで起こる気泡の発生によって、所望
の液体を吐出する液体吐出方法、液体吐出ヘッド及び液
体吐出装置に関し、特に、気泡の発生を利用して変位す
る可動部材を有する液体吐出方法、液体吐出ヘッド及び
液体吐出装置に関する。

【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、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、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、特開昭６３−１９９９
７２号公報等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】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内部に、気泡が発生した際を検
討するとわかるように、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。

【００１１】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
内に発生した時点では、気泡のうち吐出に直接関係する
圧力はすでに流路から液体に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。

【００１２】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。

【００１３】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ともに、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
物の生成の防止や、吐出液体の選択自由度の向上等を達
成している。

【００１４】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
してしまうおそれがあった。

【００１５】

【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、気泡自体が吐出
量に与えるエネルギーを考慮すると気泡の下流側の成長
成分を考慮することが吐出特性を格段に向上でき、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、気
泡の下流側の成長成分を積極的に可動部材の自由端側に
移動させるという従来の技術水準に比べ極めて高い技術
水準の発明を出願している。

【００１６】本発明は、先行発明の画期的な吐出原理や
作用効果を一層優れたものにできる新たな吐出方法及び
吐出原理を提供すべく新たな知見に基づいてなされた発
明である。

【００１７】すなわち、新たな知見とは、可動部材の自
由端の変位開始前の現象解析により変位環境をより良好
にし、気泡発生領域から得られるパワーを所望の目的と
して有効利用できる構成をも含めて、総合的に形成され
る気泡及び液体の移動が吐出口側へより一層の成長ある
いは誘導を可能ならしめたる技術を得たことである。

【００１８】本発明は、可動部材と気泡の物理的な状態
関係に着目してなされた発明であり、新たな吐出原理、
構造的特徴等多くの発明を含むものである。

【００１９】本発明の主たる目的は以下の通りである。
その第１の目的は、発生した気泡を根本的に制御するこ
とで極めて新規な液体吐出原理を提供することにある。

【００２０】本発明の第２の目的は、気泡発生時に発生
する液体中の圧力分布を改良し、吐出効率を一層向上で
き、可動部材の自由端の変位環境を改良した上で、気泡
を吐出口方向に向けることで優れた液体の吐出を行いう
る液体吐出方法及び液体吐出ヘッド等を提供することに
ある。

【００２１】本発明の第３の目的は、バック波による液
体供給方向とは逆方向への慣性力が働くのを抑えると同
時に、可動部材の弁機構によって、メニスカス後退量を
低減させることで、リフィル周波数を高め、印字スピー
ド等を向上することのできる液体吐出方法及び液体吐出
ヘッド等を提供することにある。

【００２２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、自由端を有する可動部材を気泡発生領域に
おける気泡発生に伴って変位させる工程を備えた液体吐
出方法であって、前記可動部材の前記自由端が変位する
変位領域に関して前記可動部材の支点を前記液体吐出用
の吐出と異なる側にすると共に、前記気泡発生領域を形
成する有効発泡領域の前記可動部材の支点から自由端へ
向かう方向に関する長さの中心部よりも、該方向に関し
て下流側に位置する有効発泡領域に対して前記自由端を
対向せしめ且つ該自由端に対向する有効発泡領域より下
流側に位置する有効発泡領域の一部を前記変位領域と直
接対向させることを特徴とする。

【００２３】また、前記変位領域と直接対向している有
効発泡領域の一部は、前記有効発泡領域の前記方向に関
して最も下流側の端部を含むことを特徴とする。

【００２４】また、前記変位領域と直接対向している有
効発泡領域の一部は、前記方向に関しての範囲として５
μｍ以上の範囲であることを特徴とする。

【００２５】また、前記可動部材の自由端の前記変位領
域側近傍における圧力勾配が、前記有効発泡領域での気
泡発生時に生じる音響波を反射または誘導する構造体に
よって強化することを特徴とする。

【００２６】また、前記気泡は、発熱体の有効発泡領域
での膜沸騰現象によって発生されることを特徴とする。

【００２７】また、自由端を有する可動部材を電気熱変
換体により形成される気泡発生領域に発生した気泡と共
に変位させる液体吐出ヘッドであって、前記可動部材の
前記自由端が変位する変位領域に関して前記可動部材の
支点を前記液体吐出用の吐出と異なる側に有すると共
に、前記電気熱変換体がなす有効発泡領域の上記可動部
材の支点から自由端へ向かう方向に関する長さの中心部
よりも、該方向に関して下流側に位置する有効発泡領域
に対して前記自由端を対向せしめ且つ該自由端に対向す
る有効発泡領域より下流側に位置する有効発泡領域の一
部を前記変位領域と直接対向させていることを特徴とす
る。

【００２８】また、前記変位領域をと直接対向している
有効発泡領域の一部は、前記有効発泡領域の前記方向に
関して最も下流側の端部を含むことを特徴とする。

【００２９】また、前記変位領域と直接対向している有
効発泡領域の一部は、前記方向に関しての範囲として５
μｍ以上の範囲であることを特徴とする。

【００３０】また、前記可動部材の自由端の前記変位領
域側近傍における圧力勾配を支配する気泡発生時に生じ
る音響波を、反射または誘導する前記ヘッド内構造体を
有することを特徴とする。

【００３１】また、前記気泡は、発熱体の有効発泡領域
での膜沸騰現象によって発生されることを特徴とする。

【００３２】また、前記液体吐出ヘッドを用いて液体を
吐出する装置であって、前記変位領域及び前記気泡発生
領域に同等の液体を供給する構造を有することを特徴と
する。

【００３３】また、前記液体吐出ヘッドを用いて液体を
吐出する装置であって、前記変位領域に第１の液体を供
給する第１構造と、前記気泡発生領域に第１の液体と異
なる第２の液体を第１液体と分離した状態で供給する第
２構造とを有することを特徴とする。

【００３４】また、前記液体吐出ヘッドを用いて液体を
吐出する装置であって、前記ヘッドから吐出する液体が
付与される印字領域に被記録媒体を搬送する手段と、前
記ヘッドの電記熱変換体に膜沸騰を生じせしめる駆動条
件を与える駆動手段とを有することを特徴とする。

【００３５】（作用）本発明でいう「可動部材の自由端
の変位領域」とは、自由端が変位して軌跡をなす液路領
域の近傍領域までを含む概念であって、「気泡の有効発
泡領域」とは、電気熱変換体のうち、発泡を初期に生じ
させることがない面を除いた領域のように、実質的に発
泡を発生する領域を意味する。

【００３６】本発明によれば、可動部材の支点よりも自
由端が吐出口側に位置する前提条件下で、有効発泡領域
から発生する気泡のうち、吐出口へ直接導かれる部分が
この支点から自由端への方向に関して、有効発泡領域の
中央から下流側の前方部分であることを、自由端の直接
の移動をもたらす圧力勾配形成に対して、自由端が移動
し易い環境形成に利用するということができ、総合的に
吐出効率を向上できる。即ち、有効発泡領域から気泡発
生時にもたらされる音響波（疎密波）が直接液体中を伝
搬して、変位領域内の液体中に圧力勾配（分布）を、可
動部材の変位領域（液流路）に対して早期且つ確実に形
成する。この結果、可動部材の自由端及び自由端近傍の
可動部材面の移動方向に位置する液体に吐出口へ移動す
る量を増大させることができる。

【００３７】また、本発明によれば、変位領域におい
て、夫々に液体の流れが分散される分断領域を可動部材
の面領域の支点側へシフトできるので、液体の吐出量を
より一層安定化でき、吐出効率を向上し、リフィル時の
リフィル作用も合理的に行われ、リフィル時間を短時間
化できる。

【００３８】また、本発明における音響波反射または誘
導構造自体によれば、単独でも上記の圧力勾配（分布）
を強化でき、所望の液体の移動をもたらすことができ
る。本発明の変位領域直接対向の有効発泡領域に加え
て、この反射または誘導構造によれば、さらに、上記環
境形成を確実に優れたものにできる。また、この構造を
利用して、上記吐出口側への気泡誘導をより合理的に実
施することも可能となり、上記請求項１の発明に加えた
発明（後述）は、総合的吐出効率を向上したものとな
る。

【００３９】以下、本発明のさらなる利点や構成変形例
は、以下の具体的な説明から理解されよう。

【００４０】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。

【００４１】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。

【００４２】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。

【００４３】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。

【００４４】加えて、本発明でいう「実質的に接触」と
は、物理的に気泡と可動部材とが少なくとも一部で接触
している状態、及び、わずかな液膜が気泡と可動部材と
の間に介在するが、気泡の成長あるいは可動部材の移動
を規制する状態をも含むものとする。

【００４５】

【発明の実施の形態】

（実施の形態１）以下、図面を参照して本発明の第１の
実施の形態を図１及び図４乃至図７を用いて詳細に説明
する。

【００４６】まず本実施の形態では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。

【００４７】図１は、このような本形態の液体吐出ヘッ
ド１を液流路方向で切断した断面模式図を示しており、
図１（Ｂ），（Ｃ）は、図１を模式化したモデル図を示
し、図４は、この液体吐出ヘッドの部分破断斜視図を示
している。

【００４８】本実施の形態の液体吐出ヘッドは、液体を
吐出するための吐出エネルギー発生素子として、液体に
熱エネルギーを作用させる発熱体２（本実施の形態にお
いては４０μｍ×１１５μｍの有効発泡領域２Ｈ（図中
の長さがＬ）を形成する電気熱変換体としての発熱抵抗
体）が素子基板１に設けられており、この素子基板１上
に発熱体２に対応して液流路が配されている。図４でわ
かるように、液流路１０は不図示の吐出口１８に連通し
ている第１液流路を有し、複数の液流路に液体を供給す
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。図１に示すように、発熱体２は、電極２Ａとと
もに保護層２Ｂを有しており、電極２Ａを介して、膜沸
騰を生じせしめる駆動パルスを受けて気泡４０を発生せ
しめる。

【００４９】この液流路１０の素子基板１上には、前述
の発熱体２に対向するように面して、金属等の弾性を有
する（本形態では５μｍ厚のＮｉ製）材料で構成され、
平面部を有する板状の可動部材３１が片持梁状に設けら
れている。この可動部材３１の一端は液流路１０の壁や
素子基板１上に感光性樹脂などをパターニングして形成
した土台（支持部材）３４等に固定されている。これに
よって、可動部材は保持されるとともに支点（支点部
分）３３を構成している。

【００５０】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２から所定の距
離を隔てて配されている。この発熱体２と可動部材３１
との間が気泡発生領域となる。なお発熱体２、可動部材
３１の種類や形状および配置はこれに限られることな
く、後述するように気泡の成長を吐出口側に導く形状や
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１（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示され
る状態の可動部材３１を境にして、吐出口１８に直接連
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を有する部分を第２の液流路の２
つの領域に分けて説明する。

【００５１】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
せしめ、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、もしくは図４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。

【００５２】ここで、本発明の基本的な吐出原理の１つ
を説明する。本発明において最も重要な原理の１つは、
気泡発生領域に対面し、且つ中心３（ＣＨ）より下流側
に配された可動部材の自由端が、気泡の発生に伴い気泡
発生領域が可動部材に対面していない部分気泡発生領域
Ｚ（本形態では長さが１０μｍ）により改善された気泡
の発生時の圧力分布に基づいて、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の位置へ優先的に変位
し、液体の移動方向が異なる分断領域を可動部材の面の
から支点３３へシフトされることにより、液体が吐出口
側へ多く移動せしめられるとともに、可動部材が変位し
やすくなり、同時に気泡の成長方向を吐出口側へより確
実に指向せしめることができることである。

【００５３】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５と本発明の図６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Ｖ_A、上流側への圧力の伝搬方向
をＶ_Bとして示した。

【００５４】図５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Ｖ_A方向に圧力伝搬方向の成分を持つものは、Ｖ₁〜Ｖ
₄すなわ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Ｖ_Aに向かう方向成分は比較的少ない。

【００５５】これに対して、図６で示される本発明の場
合には、前述した部分気泡発生領域Ｚの存在により優先
的に移動変位した自由端を含む可動部材３１が、図５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を効率良く下流側（吐出口側）へ導き、Ｖ_A
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の成長が吐出口へ一層指向せしめられ、液体も吐出
口側へ移動するので、部分気泡発生領域Ｚからの圧力分
布形成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。

【００５６】図１及び図４では、可動部材３１が、発熱
体２の発熱によって発生した気泡に対し、この気泡の少
なくとも下流側部分に対面する位置に設けられているこ
とである。つまり、気泡４０の下流側が可動部材３１に
作用するように、液流路構造上では少なくとも発熱体２
の面積中心３より下流（発熱体２の面積中心（ＣＨ）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。つまり、前述の部分
気泡発生領域Ｚは、この面積中心ＣＨ（３）よりも下流
側に位置し、この領域Ｚを決定する自由端３２も中心Ｃ
Ｈ（３）よりも下流側の発熱体２に対向している。

【００５７】上述したように、可動部材３１は気泡や発
泡圧を吐出口１８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。この後、気泡４０が、前述した膜沸騰の後気泡
内部圧力の現象によって収縮し、消滅すると、可動部材
３１は、気泡の収縮による負圧と可動部材３１自身のば
ね性による復元力によって、図１（Ｂ）の初期位置（第
１の位置）に復帰する。この気泡の消泡時には、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の供給側ＬＢ、す
なわち共通液室側から流れと、吐出口側ＬＢからの流れ
とが発生し、液体が流れ込んでくる。

【００５８】本実施の形態では可動部材３１を設けたた
め、気泡の体積Ｗを可動部材３１の第１の位置を境に上
側をＷ１、気泡発生領域１１側をＷ２とした場合、消泡
時に可動部材３１が元の位置に戻った時点でメニスカス
の後退は止まり、その後残ったＷ２の体積分の液体供給
は主に第２の液流路１６の流れからの液供給によってな
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。

【００５９】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の液流路の上流側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。

【００６０】ここで特徴的なことは、従来のヘッドで消
泡時の圧力を用いたリフィルを行った場合、メニスカス
の振動が大きくなってしまい画像品位の劣化につながっ
ていたが、本実施の形態の高速リフィルにおいては、可
動部材３１によって、吐出口側の第１の液流路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。

【００６１】このように本発明は、第２の液流路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。

【００６２】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２上で発生した気泡の内、共通液室１３側
（上流側）の気泡による圧力は、その多くが、上流側に
向かって液体を押し戻す力（バック波）になっていた。
このバック波は、上流側の圧力と、それによる液移動
量、そして液移動に伴う慣性力を引き起こし、これらは
液体の液流路内へのリフィルを低下させ高速駆動の妨げ
にもなっていた。本発明においては、まず可動部材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。

【００６３】次に、本実施の形態の更なる特徴的な構造
と効果について、以下に説明する。本実施の形態の第２
の液流路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及び発熱体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
面に沿って行われる。このため、発熱体２の表面上に液
体がよどむことが抑制され、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
されやすく、また、液体への蓄熱が高くなりすぎること
もない。従って、より安定した気泡の発生を高速に繰り
返し行うことができる。なお、本実施の形態では実質的
に平坦な内壁を持つ液体供給路１２を持つもので説明し
たが、これに限らず、発熱体表面となだらかにつなが
り、なだらかな内壁を有する液供給路であればよく、発
熱体上に液体のよどみや、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】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１，図７で示されるように、
自由端３２が相対的に支点３３より下流側にある。この
ような構成のため、前述した発泡の際に気泡の圧力伝搬
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７に示すように、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の液
流路１４、第２の液流路１６を含む）内を流れる流れＳ
1、Ｓ2、Ｓ3に対し、逆らわないように自由端３２と支
点３３とを配置しているためである。

【００６５】補足すれば、本実施の形態の図１，図４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２
の面積中心位置３より下流側で発生する液体の吐出に大
きく寄与する圧力または気泡を可動部材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。

【００６６】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。

【００６７】また、本実施の形態の構成においては、可
動部材３１の自由端３２が瞬間的な機械的変位を行って
いることも、液体の吐出に対して有効に寄与している考
えられる。

【００６８】ここで、図１に戻り、部分有効発泡領域Ｚ
の構成条件及び作用について補足する。

【００６９】図中の発熱抵抗体２は、電極２Ａ及び保護
層２Ｂによって発熱体を形成するが、有効発泡領域２Ｈ
は、その発熱体２の長さをよりわずかに小さい長さＬの
領域となる。本実施の形態は、可動部材３１に対向せず
に第１液流路１４と直接連通する連通部（図では分離壁
３２Ａと自由端との間）を長さＬ３で備え、この連通部
に対向する発熱体２の有効発泡領域が部分有効発泡領域
Ｚとなる。

【００７０】この部分発泡領域Ｚは、有効発泡領域２Ｈ
の下流側端部に近接した位置となっているが、より好ま
しくは、この下流側端部を含むことが、より吐出効率を
向上できるもので好ましい。上記のように、領域Ｚの長
さ（支点３３から自由端３２に向かう方向に関する）
は、本形態では、Ｌ＝１１５μｍに対してＺ＝１０μｍ
であり、有効発泡領域の中心ＣＨ（３）よりも下流側に
位置している。従って、可動部材３１の可動範囲に対し
ては、十分な有効発泡領域が対向しており、気泡４０の
吐出口側半分が可動部材に対向することになる。これに
より、気泡の成長が可動部材により制御され、第１液流
路１４の吐出口側ＬＦの方向へ、より確実に安定して導
くことができる。

【００７１】図１（Ａ）のように、上記部分有効発泡領
域Ｚが上記連通部を介して第１液流路中にもたらす作用
は、自由端３２の直接の移動を支配する圧力勾配形成に
対して、自由端が移動し易い環境形成に音響波の伝達を
利用するということができ、総合的に吐出効率を向上で
きる。即ち、有効発泡領域から気泡発生時にもたらされ
る音響波（疎密波）が直接液体中を伝搬して、変位領域
内の液体中に圧力勾配（分布）を、可動部材の変位領域
（液流路）に対して早期且つ確実に形成する。この結
果、可動部材の自由端及び自由端近傍の可動部材面の移
動方向に位置する液体に吐出口へ移動する量を増大させ
ることができる。

【００７２】この圧力勾配は、図１において、音響波Ｐ
１（直接伝搬するもの），Ｐ２（可動部材を通過したも
の）が気泡４０が形成される前の０．２μｓｅｃ時間中
に略１０００ｍ／ｓｅｃの速度で伝達されるため、液流
路内を（最大でも行程距離１００μｍ以下）を往復する
ことで形成される。この圧力分布を模式的に示したもの
が曲線ＰＷである。音響波Ｐ１による圧力分布形成は、
可動部材の自由端３２の近傍で最大化し、ここから、可
動部材の支点３３側へ向かう可動部材の面に対応した第
１液流路１４内の液体を大きく移動せしめる環境を形成
する。つまり、変位領域において吐出口側、支点側の夫
々に液体の流れが分散される分断領域を可動部材の面領
域の支点側へシフトできるので、液体の吐出量をより一
層安定化でき、吐出効率を向上し、リフィル時のリフィ
ル作用も合理的に行われ、リフィル時間を短時間化でき
る。

【００７３】なお、ＰＷＳは、この圧力分布Ｐ１が圧力
勾配を強化した場合を示しており、可動部材の面の上方
及び支点側へ液体の移動初期力が強く与えられる範囲が
拡大できることを示している。この圧力分布の曲線ＰＷ
Ｓは、上述した連通部の長さＬＳ（分離壁３２Ａと対向
する可動部材の自由端との間）が増大するほど大きく得
ることができるが、少なくとも自由端３２が有効発泡領
域の長さＬの半分である中心ＣＨ（３）よりも上流側で
あることが必要であるから、Ｌ／２よりも小さい。実用
上は、有効発泡領域の長さＬにもよるが、５μｍより大
きく３０μｍ以下の範囲内で設定することが好ましい。
また、本実施の形態では、有効発泡領域Ｌの範囲の内側
に上記連通部を対向させているが、効率としては、領域
Ｌの下流端を含む領域に対向させるようにすることが好
ましい。

【００７４】また、３１Ｓは、可動部材の変位の一部を
示し、Ｘは自由端３２の軌跡を示す。

【００７５】図１（Ｂ），（Ｃ）は、上述した音響波に
よる圧力分布及び液体分断領域の形成を模式的に表現し
たもので、図１（Ａ）の構成によるものである。

【００７６】図１（Ｂ）の状態で気泡が発生した状態で
は、液体を〜と６個の

【００７７】

【外１】 と６個の◎とで３段６列で示される粒子は上記圧力分布
によって移動加速を与えられている。この後、可動部材
が移動するとともに気泡４０が体積増加をするが、その
際、これらの粒子の大半は、吐出口側ＬＦの方向へシフ
トし、，

【００７８】

【外２】 ，◎の列よりも支点側に液体分断領域が形成されている
ことがわかる。同時に、図１（Ｃ）の各粒子の移動方向
でわかるように、分離壁３２Ａと自由端３２との間の空
間は、第１液流路内の上流側の液体が流れ込んで、高密
度というような圧縮域となる一方で、気泡４０にとって
移動しやすい環境を形成している。この後、気泡４０
は、図６で示すように、吐出口側へ移動し、可動部材３
１によって実質的に制御されることになる。

【００７９】図１（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）はには、上記
圧力分布をわずかに変化させる構造体として音響波反射
用の傾斜面ＳＷを第２液流路１６に設けてある。この傾
斜面ＳＷは、気泡発生時の領域Ｌの端部から発生した音
響波の一部ＰＹ，ＰＺを上記連通部を介して可動部材の
面の支点側の第１液流路へ導いている。この傾斜面ＳＷ
による圧力分布の修正効果は、環境変動によるばらつき
を補う量の液体供給を行えるもので好ましいものであ
る。

【００８０】この例のように、音響波反射または誘導構
造自体によれば、単独でも上記の圧力勾配（分布）を強
化でき、所望の液体の移動をもたらすことができる。本
発明の変位領域直接対向の有効発泡領域に加えて、この
反射または誘導構造によれば、さらに上記環境形成を確
実で優れたものにできる。また、この構造を利用して上
記吐出口側への気泡誘導を、より合理的に実施すること
も可能となり、上記請求項１の発明に加えた発明（後
述）は総合的吐出効率を向上したものとなる。

【００８１】この反射または誘導構造は、可動部材自体
の音響伝達係数を変えたり、自由端形状または自由端に
対向し上記連通部を形成する部分、即ち、分離壁３２Ａ
の形状を変化させることも含むものである。

【００８２】図２，図３は、夫々図１の基本的構造であ
る上記連通部（部分有効発泡領域Ｚ）を持つことを前提
とするヘッド構造例を示すものである。

【００８３】以下、簡単に図２，図３を説明する。

【００８４】図２（Ａ）は、分離壁３２、自由端３２を
共に吐出口側へ音響波を導くような方向に傾斜させたも
ので、相対的に吐出特性を向上できるものであり、図２
（Ｂ）は、自由端３２を自ら移動しやすい環境にするた
め、自由端３２の形状を支点側に傾斜した斜面としてい
る。

【００８５】図２（Ｃ）は、第１液流路側で上記連通部
の長さＬＳが増加するように、分離壁３２Ａ，自由端３
２を異なる方向に傾斜させたもので、可動部材の長手方
向にわたって大きな圧力分布の範囲を広げて自由端の移
動を、より簡単に行わせる構造を示している。

【００８６】図２（Ｄ）は、図２（Ｂ）の構成に、図１
（Ａ）の傾斜面ＳＷを加えた構造体で、図のように、圧
力分布を改良でき、より好ましい環境を作ることができ
る。

【００８７】図３（Ａ）は、可動部材３１に対して、気
泡発生領域を変化させたもので、吐出口側に向けて有効
発泡領域全体の音響波伝搬を行わせしめると同時に、発
生する気泡の成長方向をより吐出口側へ指向せしめる構
成である。

【００８８】図３（Ｂ）は、可動部材自体が、音響波を
屈折せしめて第１液流路内では吐出口側へ指向せしめる
材質のもので構成されている。また、上記連通部は、図
２（Ａ）の構造としたもので、総合的に吐出性能を向上
している。

【００８９】以上説明したように、本発明の吐出方法及
びそれを実施する第１のヘッド形態においては、従来に
比べて、格段に優れ、また、先願発明に対しても優れた
効果を得ることができる。

【００９０】次に、図８乃至図２０を用いて、本発明の
別のヘッド形態及び装置の具体的な形態例を説明する。
これらの実施例において、本発明の前記部分有効発泡領
域と前記連通部の対向関係を満足していることはいうま
でもなく、図面から理解できるので、構成及び作用の説
明は省くことにする。

【００９１】（実施のヘッド形態２）図８に、本発明の
第２の実施のヘッド形態を示す。

【００９２】この図８において、Ａは可動部材が変位し
ている状態を示し（気泡は図示せず）、Ｂは可動部材が
初期位置（第１の位置）の状態を示し、このＢの状態を
もって、気泡発生領域１１を吐出口１８に対して実質的
に密閉しているとする（ここでは、図示していないが
Ａ、Ｂ間には流路壁があり流路と流路を分離してい
る。）。

【００９３】図８における可動部材３１は、土台３４を
側部に２点設け、その間に液供給路１２を設けている。
これにより、可動部材３１の発熱体側の面に沿って、ま
た、発熱体２の面と実質的に平坦もしくは、なだらかに
つながる面を持つ液供給路から液体の供給を成すことが
できる。

【００９４】ここで、可動部材３１の初期位置（第１の
位置）では、可動部材３１は発熱体２の下流側および横
方向に配された発熱体下流壁３６と発熱体側壁３７に近
接または密着している。このため、発泡時の気泡の圧力
を可動部材３１の自由端側に集中的に作用させることが
できる。

【００９５】また、消泡時には、可動部材３１は第１の
位置に戻り、発熱体２上への消泡時の液供給は気泡発生
領域３１の吐出口側が実質的に密閉状態になるため、メ
ニスカスの後退抑制等、先の実施の形態で説明した種々
の効果を得ることができる。また、リフィルに関する効
果においても、先の実施の形態と同様の機能、効果を得
ることができる。

【００９６】また、本実施の形態においては、図４や図
８のように、可動部材３１を支持固定する土台３４を発
熱体２より離れた上流に設けるとともに、液流路１０よ
り小さな幅の土台３４とすることで、前述のような液供
給路１２への液体の供給を行っている。また、土台３４
の形状のこれに限らず、リフィルをスムースに行えるも
のであればよい。

【００９７】（実施のヘッド形態３）図９は、本発明の
基本的な概念の一つを示すもので、本発明の第３の実施
のヘッド形態となる。

【００９８】図９は、一つの液流路中に気泡発生領域、
そこで発生する気泡及び可動部材との位置関係を示して
いるとともに、本発明の液体吐出方法やリフィル方法を
より分かり易くした実施の形態である。

【００９９】前述の実施の形態の多くは、可動部材の自
由端に対して、発生する気泡の圧力を集中して、急峻な
可動部材の移動と同時に気泡の移動を吐出口側に集中さ
せることを達成している。これに対して、本実施の形態
は、発生する気泡の自由度を与えながら、液滴吐出に直
接作用する気泡の吐出口側である気泡の下流側部分を可
動部材３１の自由端側で規制するものである。

【０１００】構成上で説明すると、図９では、前述の図
４（第１の実施の形態）に比較すると、図４の素子基板
１上に設けられた気泡発生領域の下流端に位置するバリ
ヤーとしての凸部（図４の２４）が本実施の形態では設
けられていない。つまり、可動部材３１の自由端領域お
よび両側端領域は、吐出口領域に対して気泡発生領域を
実質的に密閉せずに開放しており、この構成が本実施の
形態である。

【０１０１】本実施の形態では、気泡の液滴吐出に直接
作用する下流側部分のうち、下流側先端部の気泡成長が
許容されているので、その圧力成分を吐出に有効に利用
している。加えて少なくともこの下流側部分の上方へ向
かう圧力（図５のＶ_B2,Ｖ_B3,Ｖ_B4の分力）を可動部材３
１の自由端側部分が、この下流側先端部の気泡成長に加
えられるように作用するため，吐出効率を上述した実施
の形態と同様に向上する。前記実施の形態に比較して本
実施の形態は、発熱体の駆動に対する応答性が優れてい
る。

【０１０２】また、本実施の形態は、構造上簡単である
ため製造上の利点がある。

【０１０３】本実施のヘッド形態の可動部材３１の支点
部は、可動部材の面部に対して小さい幅の１つの土台３
４に固定されている。従って、消泡時の気泡発生領域１
１への液体供給は、この土台３４の両側を通って供給さ
れる（図の矢印参照）。この土台は、供給性を確保する
ものであればどのような構造でもよい。

【０１０４】液体の供給時におけるリフィルは、本実施
の形態の場合には、可動部材３１の存在によって気泡の
消泡にともなって上方から気泡発生領域１１へ流れ込む
流れが制御されるので、従来の発熱体のみの気泡発生構
造に対して優れたものとなる。無論、これによって、メ
ニスカスの後退量を減じることもできる。

【０１０５】本第３の実施のヘッド形態の変形実施の形
態としては、可動部材の自由端に対する両側端（一方で
も可）のみを気泡発生領域１１に対して実質的に密閉状
態とすることは、好ましいものとして挙げられる。この
構成によれば、可動部材３１の側方へ向かう圧力をも先
に説明した気泡の吐出口側端部の成長に変更して利用す
ることができるので、一層吐出効率が向上する。

【０１０６】（実施のヘッド形態４）本実施の形態にお
いても主たる液体の吐出原理については先の実施の形態
と同じであるが、本実施の形態においては液流路を複流
路構成にすることで、さらに熱を加えることで発泡させ
る液体（発泡液）と、主として吐出される液体（吐出
液）とを分けることができるものである。

【０１０７】図１０は、本実施の形態の液体吐出ヘッド
の流路方向の断面模式図を示しており、図１１はこの液
体吐出ヘッドの部分破断斜視図を示している。

【０１０８】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２
が設けられた素子基板１上に、発泡用の第２の液流路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の液流路１４が配されている。

【０１０９】第１の液流路１４の上流側は、複数の第１
の液流路に吐出液を供給するための第１の共通液室１５
に連通しており、第２の液流路１６の上流側は、複数の
第２の液流路に発泡液を供給するための第２の共通液室
１７に連通している。

【０１１０】但し、発泡液と吐出液を同じ液体とする場
合には、共通液室を一つにして共通化させてもよい。

【０１１１】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の液流路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、この分離壁によってでき
る限り完全に第１の液流路１４と第２の液流路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。

【０１１２】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１０中のＡの領域とＢの気泡
発生領域１１）に位置する部分の分離壁は、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、発泡液の発泡によって第１の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１
１においても、発熱体２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。

【０１１３】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、先の実施の形
態と同様にしている。

【０１１４】また、先の実施の形態で液供給路１２と発
熱体２との構造の関係について説明したが、本実施の形
態においても、第２の液流路１６と発熱体２との構造の
関係を同じくしている。

【０１１５】次に、図１２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。

【０１１６】ヘッドを駆動させるにあたっては、第１の
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。

【０１１７】発熱体２が発生した熱が、第２の液流路１
６の気泡発生領域１１内の発泡液に作用することで、先
の実施の形態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。

【０１１８】本実施のヘッド形態においては、気泡発生
領域１１の上流側を除く、３方からの発泡圧の逃げがな
いため、この気泡発生にともなう圧力が吐出圧発生部に
配された可動部材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が図１２（ａ）の状態からそ
の最大変位位置まで変位する。そして可動部材３１は、
その弾性力により、図１２（ｂ）のように第２の液流路
側に戻り変位する。この可動部材３１の一連の動作によ
って第１の液流路１４と第２の液流路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の戻り変
位に制御されて第１の液流路の吐出口側の方向に主に伝
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。

【０１１９】次に、気泡が収縮するに伴って可動部材３
１が図１２（ａ）の位置まで戻るとともに、第１の液流
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
も、この吐出液体の供給は前述の実施の形態と同様に可
動部材３１が閉じる方向であるため、吐出液体のリフィ
ルを可動部材３１で妨げることがない。

【０１２０】本実施の形態は、可動部材３１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の第１の実
施の形態等と同じであるが、本実施の形態のような２流
路構成をとることによって、さらに次のような長所があ
る。

【０１２１】すなわち、上述の実施の形態の構成による
と、吐出液と発泡液とを別液体とし、発泡液の発泡で生
じた圧力によって吐出液を吐出することができる。この
ため従来、熱を加えても発泡が十分に行われにくく吐出
力が不十分であったポリエチレングリコール等の高粘度
の液体であっても、この液体を第１の液流路に供給し、
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。

【０１２２】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。

【０１２３】さらに、本発明のヘッドの構造においては
先の実施の形態で説明したような効果をも生じるため、
さらに高吐出効率、高吐出力で高粘性液体等の液体を吐
出することができる。

【０１２４】また、加熱に弱い液体の場合においてもこ
の液体を第１の液流路に吐出液として供給し、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。

【０１２５】＜第２液流路と可動部材との配置関係＞図
１３は、上述の可動部材３１と第２の液流路１６との配
置関係を説明するための図であり、図１３（ａ）は分離
壁３０、可動部材３１近傍を上方から見た図であり、図
１３（ｂ）は、分離壁３０を外した第２の液流路１６を
上方から見た図である。そして、図１３（ｃ）は、可動
部材６と第２の液流路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。

【０１２６】本実施の形態の第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の液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１
９を持っており、発泡時の圧力が第２の液流路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。

【０１２７】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。

【０１２８】しかし、本実施の形態の場合、吐出される
液体の多くを第１の液流路１４内の吐出液とすることが
でき、発熱体２が設けられた第２の液流路１６内の発泡
液はあまり消費されないようにできるため、第２の液流
路の気泡発生領域１１への発泡液の充填量は少なくて良
い。従って、上述の狭窄部１９における間隔を数μｍ〜
十数μｍと非常に狭くできるため、第２の液流路で発生
した発泡時の圧力をあまり周囲に逃がすことをさらに抑
制でき、集中して可動部材３１側に向けることができ
る。そしてこの圧力を可動部材３１を介して吐出力とし
て利用することができるため、より高い吐出効率、吐出
力を達成することができる。ただ、第２液流路の１６の
形状は上述の構造に限られるものではなく、気泡発生に
伴う圧力が効果的に可動部材３１側に伝えられる形状で
あれば良い。

【０１２９】なお、図１３（ｃ）で示されるように可動
部材３１の側方は、第２の液流路１６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の液
流路への落ち込みが防止できる。これによって、前述し
た吐出液と発泡液との分離性をさらに高めることができ
る。また、気泡のスリットからの逃げの抑制ができるた
め、さらに吐出圧や吐出効率を高めることができる。さ
らに、前述の消泡時の圧力による上流側からのリフィル
の効果を高めることができる。

【０１３０】特に、本発明の可動部材の自由端の変位開
始が、気泡が可動部材に接する前に生じるとする発明
は、可動部材の弾性係数や吐出液体及び発泡液体の圧力
伝達性能や気泡形成用の駆動条件あるいは各液路構造等
の相互のバランスを考慮することで実施され、弾性変形
しやすく、圧力伝達しやすく、気泡成長速度が速いほ
ど、また、（可動部材の移動に対する）流路抵抗が小さ
いほど、得やすいものである。この発明では、気泡発生
時の圧力波が吐出口側に導かれることになるので、追従
してくる気泡の成長が、吐出口側に向って、より確実か
つ効率よく案内できる。

【０１３１】＜可動部材および分離壁＞図１４は可動部
材３１の他の形状を示すもので、符号３５は分離壁に設
けられたスリットであり、このスリット３５によって、
可動部材３１が形成されている。図１４（ａ）は長方形
の形状であり、図１４（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、図１４
（ｃ）は支点側が広くなっており、可動部材の弾力性及
び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１３（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。

【０１３２】先の実施の形態においては、板状可動部材
３１及びこの可動部材３１を有する分離壁３０は厚さ３
μｍのニッケルで構成したが、これに限られることな
く、可動部材、分離壁を構成する材質としては、発泡液
と吐出液に対して耐溶剤性があり、可動部材として良好
に動作するための弾性を有しているものであればよい。

【０１３３】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。

【０１３４】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。

【０１３５】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。

【０１３６】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。

【０１３７】＜素子基板＞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。

【０１３８】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、図１７(b)は保護膜がないものである。

【０１３９】素子基板１上に第２の液流路１６、分離壁
３０、第１の液流路１４を構成する溝を設けた溝付き部
材５０が配されている。

【０１４０】素子基板１には、シリコン等の基板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
するハフニウムボライド（ＨｆＢ₂）、チッ化タンタル
（ＴａＮ）、タンタルアルミニウム（ＴａＡｌ）等の電
気抵抗層１０５（０.０１〜０.２μｍ厚）とアルミニウ
ム等の配線電極（０.２〜１.０μｍ厚）を図１３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１０３を０.１〜２.０μｍ
厚で形成し、さらにその上にタンタル等の耐キャビテー
ション層（０.１〜０.６μｍ厚）１０２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。

【０１４１】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１０２として用いられる。

【０１４２】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、イリジウム−タン
タル−アルミニウム合金等が挙げられる。

【０１４３】このように、前述の各実施の形態における
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。

【０１４４】本実施の形態においては、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。

【０１４５】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
（素子）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。

【０１４６】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。前述の各実施
の形態のヘッドにおいては、それぞれ電圧２４Ｖ、パル
ス幅７μｓｅｃ、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。

【０１４７】＜２流路構成のヘッド構造＞以下に、第
１、第２の共通液室に異なる液体を良好に分離して導入
でき部品点数の削減を図れ、コストダウンを可能とする
液体吐主ｔヘッドの構造例について説明する。

【０１４８】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、先の実施形態例と同じ構成要素
については同じ符号を用いており、詳しい説明はここで
は省略する。

【０１４９】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、複数の液流
路１４に共通に連通し、各第１の液流路３に液体（吐出
液）を供給するための第１の共通液室１５を構成する凹
部とから構成されている。

【０１５０】この溝付き部材５０の下側部分に分離壁３
０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。このような溝付き部材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２
０を有している。また、溝付き部材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。

【０１５１】第１の液体（吐出液）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。

【０１５２】本実施の形態では、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
れに限られることはなく、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。

【０１５３】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。

【０１５４】また、第２共通液室１７は、溝付き部材５
０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で示す本実施の形態
の分解斜視図のように、素子基板１上にドライフィルム
で共通液室枠７１と第２液路壁７２とを形成し、分離壁
を固定した溝付き部材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。

【０１５５】本実施の形態では、アルミニウム等の金属
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体が複数設けられた素子基
板１が配されている。

【０１５６】この素子基板１上には、第２液流路７２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、それぞれの発泡液流路に発泡液
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。

【０１５７】溝付き部材５０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）１
５を構成するための凹部と、第１共通液室１７に発泡液
を供給するための第２の供給路（発泡液供給路）２１と
を有している。第２の供給路２１は、第１の共通液室１
５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
よって吐出液と混合することなく発泡液を第２の共通液
室に供給することができる。

【０１５８】なお、素子基板１、分離壁３０、溝付き部
材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
して吐出液流路１４が配されている。また、本実施の形
態では、第２の供給路を１つ溝付き部材に配した例を示
したが、供給量に応じて複数設けてもよい。さらに吐出
液流路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。

【０１５９】このような流路断面積の最適化により溝付
き部材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。

【０１６０】以上説明したように本実施の形態によれ
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
の溝付き部材としての溝付き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。

【０１６１】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Ｔとを
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
行われる構造であるため、前記分離壁と溝付き部材と発
熱体形成基板との貼り合わせ工程が１度で済み、作りや
すさが向上するとともに、貼り合わせ精度が向上し、良
好に吐出することができる。

【０１６２】また、第２液体は、分離壁を突き抜けて第
２液体共通液室１７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。

【０１６３】＜吐出液体、発泡液体＞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。

【０１６４】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。

【０１６５】一方、本発明の２流路構成のヘッドを用
い、吐出液と発泡液を別液体とした場合には、発泡液と
して前述のような性質の液体を用いればよく、具体的に
は、メタノール、エタノール、ｎ−プロパノール、イソ
プロパノール、ｎ−ヘキサン、ｎ−ヘプタン、ｎ−オク
タン、トルエン、キシレン、二塩化メチレン、トリクレ
ン、フレオンＴＦ、フレオンＢＦ、エチルエーテル、ジ
オキサン、シクロヘキサン、酢酸メチル、酢酸エチル、
アセトン、メチルエチルケトン、水等およびこれらの混
合物が挙げられる。

【０１６６】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。

【０１６７】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。

【０１６８】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。

【０１６９】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。

【０１７０】染料インク（粘度２ｃＰ）の組成 （Ｃ.Ｉ.フードブラック２）染料 ３重量％ ジエチレングリコール １０重量％ チオジグリコール ５重量％ エタノール ３重量％ 水 ７７重量％ また、発泡液と吐出液に以下で示すような組成の液体を
組み合わせて吐出させて記録を行った。その結果、従来
のヘッドでは吐出が困難であった十数ｃＰ粘度の液体は
もちろん、１５０ｃＰという非常に高い粘度の液体でさ
えも良好に吐出でき、高画質な記録物を得ることができ
た。

【０１７１】発泡液１の組成 エタノール ４０重量％ 水 ６０重量％ 発泡液２の組成 水 １００重量％ 発泡液３の組成 イソプロピルアルコール １０重量％ 水 ９０重量％ 吐出液１顔料インク（粘度約１５ｃＰの組成） カーボンブラック５ ５重量％ スチレン−アクリル酸−エチル共重合体 １重量％
（酸価１４０、重量平均分子量８０００） モノエタノールアミン ０.２５重量％ グリセリン ６９重量％ チオジグリコール ５重量％ エタノール ３重量％ 水 １６.７５重量％ 吐出液２（粘度５５ｃＰ）の組成 ポリエチレングリコール２００ １００重量％ 吐出液３（粘度１５０ｃＰ）の組成 ポリエチレングリコール６００ １００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。

【０１７２】［ヘッドカートリッジ構成］以下に、上述
した本発明の液体吐出ヘッドを搭載した液体吐出ヘッド
カートリッジの概略説明を行う。

【０１７３】図１９は、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５２０とか
ら構成されている。

【０１７４】液体吐出ヘッド部２００は、素子基板１、
分離壁３０、溝付き部材５０、押えバネ２２０、液体供
給部材２３０、支持体２４０とから成っている。

【０１７５】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き
のう素子が複数設けられている。この素子基板１と可動
部を持つ前述の分離壁３０との間に発泡液路が形成され
発泡液が流通する。この分離壁３０と溝付き部材５０と
の接合によって、吐出される吐出液体が流通する吐出流
路（不図示）が形成される。

【０１７６】押えバネ２２０は、溝付き部材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、溝付き部材５０
と、後述する支持部材２４０とを良好に一体化させてい
る。

【０１７７】支持体２４０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２４０上にはさらに素子
基板に接続し、電気信号を供給するための回路基板２４
１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２４２が配置されて
いる。

【０１７８】液体容器５２０は、液体吐出ヘッドに供給
される、インク等の吐出液体と気泡を発生させるための
発泡液とを内部に収容している。液体容器の外側には、
液体吐出ヘッドと液体容器との接続を行う位置決め部５
２４と固定するための固定軸５２５が設けられている。
吐出液体の供給は、液体容器の吐出液体供給路５２２か
ら液体供給部材の吐出液体供給路２３１に供給され、各
部材の吐出液体供給口２３３，２２１，２１１を介して
第１の液室に供給される。発泡液の供給も同様に、液体
容器の供給路５２３から液体供給部材２３０の発泡液供
給路２３２に供給され、各部材の発泡液体供給口２３
４，２２１，２１２を介して第２の液室に供給される。

【０１７９】以上の液体吐出ヘッドカートリッジにおい
ては、発泡液と吐出液が異なる液体である場合も、供給
を行いうる供給形態及び液体容器で説明したが、吐出液
体と発泡液体とが同じである場合には、発泡液と吐出液
の供給経路及び容器を分けなくてもよい。

【０１８０】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、また、
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。

【０１８１】［液体吐出ヘッド産業用装置・インクジェ
ット記録システム］次に、本発明の液体吐出装置によっ
て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。

【０１８２】図２０は、前述した本発明の液体吐出ヘッ
ド１２０１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。

【０１８３】本実施例における液体吐出ヘッドは、被記
録媒体１２２７の記録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），マゼンダ（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
ダー１２０２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。

【０１８４】これらのヘッドに対してそれぞれの駆動信
号供給手段を構成するヘッドドライバ１２２０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。

【０１８５】各ヘッドには、吐出液としてＹ，Ｍ，Ｃ，
Ｂｋの４色のインクがそれぞれ１２０４ａ〜１２０４ｄ
のインク容器から供給されている。なお、符号１２０４
ｅは発泡液が蓄えられた発泡液容器であり、この容器か
ら各ヘッドに発泡液が供給される構成になっている。

【０１８６】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１２０
３ａ〜１２０３ｄ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なすことができ
る。

【０１８７】符号１２０６は、先の各実施例で説明した
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１２０６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１２２１に接続された駆動用ローラにより駆動さ
れる。

【０１８８】本実施例のインクジェット記録システムに
おいては、記録を行う前後に被記録媒体に対して各種の
処理を行う前処理装置１２５１及び後処理装置１２５２
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。

【０１８９】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
製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
ってその表面にごみが付着しやすく、このごみによって
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、にじみ
防止、先着率の向上等の観点から布帛にアルカリ性物
質、水溶液物質、合成高分子、水溶性金属塩、尿素及び
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などであ
ってもよい。

【０１９０】一方、本実施例では、ヘッドとしてのフル
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。

【０１９１】さらに、上述した実施例は、可動部材を気
泡発生時の圧力に応じて変位せしめる最も合理的な構成
であるが、本発明は、可動部材をわずかに変位せしめる
別の手段によって移動せしめるか、あるいは、この手段
によって先行して移動させつつ気泡生成時の圧力波によ
って移動せしめるようにしてもよい。この別の手段とし
ては、バイメタル構造の可動部材とし、これを駆動して
変位させる手段等、多くの可動部材変位手段を利用する
ことができる。

【０１９２】

【発明の効果】本発明は、上記のように構成される条件
を有しているので、可動部材の自由端の変位開始が、早
急且つ確実であり、気泡発生時の圧力波が吐出口側及び
可動部材の支点側にも十分に導かれることになるので、
追従してくる気泡の成長が吐出口側に向かって、より確
実、かつ、効率良く案内できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）は本発明の液体吐出ヘッドの一例を示す
模式断面図であり、（Ｂ），（Ｃ）はヘッド内圧力分布
の説明図である。

【図２】本発明の液体吐出ヘッド例の部分破断図であ
る。

【図３】本発明の他の液体吐出ヘッド例の部分破断斜視
図である。

【図４】図１に示した液体吐出ヘッド例の部分破断斜視
図である。

【図５】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６】本発明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７】本発明の液体の流れを説明するための模式図で
ある。

【図８】本発明の第２の実施の形態における液体吐出ヘ
ッドの部分破断斜視図である。

【図９】本発明の第３の実施の形態における液体吐出ヘ
ッドの部分破断斜視図である。

【図１０】本発明の液体吐出ヘッド例の流路方向の断面
模式図である。

【図１１】図１０に示した液体吐出へっどの部分破断斜
視図である。

【図１２】可動部材の動作を説明するための図である。

【図１３】可動部材と液流路の構造を説明するための図
である。

【図１４】可動部材の他の形状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を説明する
ための断面図である。

【図１８】本発明の液体吐出ヘッドの分解斜視図であ
る。

【図１９】本発明の液体吐出ヘッドカートリッジの一実
施例を示す模式的分解斜視図である。

【図２０】本発明の液体吐出装置の一実施例によって記
録を行うためのインクジェット記録システムの一例を示
す概略斜視図である。

【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の液流路 １５ 第１の共通液室 １６ 第２の液流路 １７ 第２の共通液室 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 ５０ 溝付き部材（天板） ５１ オリフィスプレート ７０，２４０ 支持体（アルミベースプレート） ７１ 共通液室枠 ７２ 第２液流路壁 ８０ 供給部材 ２００ 液体吐出ヘッド部 ２２０ 押えばね

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成９年７月４日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００７０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００７０】この部分発泡領域Ｚは、有効発泡領域２Ｈ
の下流側端部に近接した位置となっているが、より好ま
しくは、この下流側端部を含むことが、より吐出効率を
向上できるもので好ましい。上記のように、領域Ｚの長
さ（支点３３から自由端３２に向かう方向に関する）
は、本形態では、Ｌ＝１１５μｍに対してＺ＝１０μｍ
であり、有効発泡領域の中心ＣＨ（図４の３）よりも下
流側に位置している。従って、可動部材３１の可動範囲
に対しては、十分な有効発泡領域が対向しており、気泡
４０の吐出口側半分が可動部材に対向することになる。
これにより、気泡の成長が可動部材により制御され、第
１液流路１４の吐出口側ＬＦの方向へ、より確実に安定
して導くことができる。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０１０１

【補正方法】変更

【補正内容】

【０１０１】本実施の形態では、気泡の液滴吐出に直接
作用する下流側部分のうち、下流側先端部の気泡成長が
許容されているので、その圧力成分を吐出に有効に利用
している。加えて少なくともこの下流側部分の上方へ向
かう圧力（図５のＶ₂,Ｖ₃,Ｖ ₄ の分力）を可動部材３１
の自由端側部分が、この下流側先端部の気泡成長に加え
られるように作用するため，吐出効率を上述した実施の
形態と同様に向上する。前記実施の形態に比較して本実
施の形態は、発熱体の駆動に対する応答性が優れてい
る。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０１７３

【補正方法】変更

【補正内容】

【０１７３】図１９は、液体吐出ヘッドカートリッジの
模式的分解斜視図であり、液体吐出ヘッドカートリッジ
は、主に液体吐出ヘッド部２００と液体容器９０とから
構成されている。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０１７４

【補正方法】変更

【補正内容】

【０１７４】液体吐出ヘッド部２００は、素子基板１、
分離壁３０、溝付き部材５０、押えバネ７８、液体供給
部材８０、支持体７０とから成っている。

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０１７６

【補正方法】変更

【補正内容】

【０１７６】押えバネ７８は、溝付き部材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、溝付き部材５０と、
後述する支持体７０とを良好に一体化させている。

【手続補正６】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０１７７

【補正方法】変更

【補正内容】

【０１７７】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
に接続し、電気信号を供給するためのプリント配線基板
７３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７４が配置されて
いる。

【手続補正７】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０１７８

【補正方法】変更

【補正内容】

【０１７８】液体容器９０は、液体吐出ヘッドに供給さ
れる、インク等の吐出液体と気泡を発生させるための発
泡液とを内部に収容している。液体容器の外側には、液
体吐出ヘッド２００と液体容器９０との接続を行う位置
決め部９４と固定するための固定軸９５が設けられてい
る。吐出液体の供給は、液体容器９０の吐出液体供給路
９２から接続部材の供給路８４を介して液体供給部材８
０の吐出液体供給路８１に供給され、各部材の吐出液体
供給口８３，７９，２０を介して第１の液室に供給され
る。発泡液の供給も同様に、液体容器９０の発泡液体供
給路９３から接続部材の供給路を介して液体供給部材８
０の発泡液供給路８２に供給され、各部材の発泡液体供
給口８４，７９，２１を介して第２の液室に供給され
る。

【手続補正８】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０１７９

【補正方法】変更

【補正内容】

【０１７９】以上の液体吐出ヘッドカートリッジにおい
ては、発泡液と吐出液が異なる液体である場合も、供給
を行いうる供給形態及び液体容器９０で説明したが、吐
出液体と発泡液体とが同じである場合には、発泡液と吐
出液の供給経路及び容器を分けなくてもよい。

【手続補正９】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０１８０

【補正方法】変更

【補正内容】

【０１８０】なお、この液体容器９０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９０に液体注入口を設けておくことが望まし
い、また、液体吐出ヘッド２００と液体容器９０とは一
体であってもよく、分離可能としてもよい。

【手続補正１０】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０１８２

【補正方法】変更

【補正内容】

【０１８２】図２０は、前述した本発明の液体吐出ヘッ
ド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。

【手続補正１１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０１８３

【補正方法】変更

【補正内容】

【０１８３】本実施例における液体吐出ヘッドは、被記
録媒体１５０の記録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），マゼンダ（Ｍ），シアン（Ｃ），
ブラック（Ｂｋ）の４色に対応した４つのヘッド２０１
ａ〜２０１ｄをホルダー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。

【手続補正１２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０１８４

【補正方法】変更

【補正内容】

【０１８４】これらのヘッドに対してそれぞれの駆動信
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。

【手続補正１３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０１８５

【補正方法】変更

【補正内容】

【０１８５】各ヘッドには、吐出液としてＹ，Ｍ，Ｃ，
Ｂｋの４色のインクがそれぞれインク容器２０４ａ〜２
０４ｄから供給されている。なお、符号２０４ｅは発泡
液が蓄えられた発泡液容器であり、この容器から各ヘッ
ドに発泡液が供給される構成になっている。

【手続補正１４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０１８６

【補正方法】変更

【補正内容】

【０１８６】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なすことができる。

【手続補正１５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０１８７

【補正方法】変更

【補正内容】

【０１８７】符号２０６は、先の各実施例で説明したよ
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３０５に接続された駆動用ローラにより駆動される。

【手続補正１６】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０１８８

【補正方法】変更

【補正内容】

【０１８８】本実施例のインクジェット記録システムに
おいては、記録を行う前後に被記録媒体に対して各種の
処理を行う前処理装置２５１及び後処理装置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。

【手続補正１７】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

【手続補正１８】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１０

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１０】

【手続補正１９】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１５

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１５】

フロントページの続き (72)発明者 樫野 俊雄 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 (72)発明者 浅井 朗 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 (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 自由端を有する可動部材を気泡発生領域
   における気泡発生に伴って変位させる工程を備えた液体
   吐出方法であって、 前記可動部材の前記自由端が変位する変位領域に関して
   前記可動部材の支点を前記液体吐出用の吐出と異なる側
   にすると共に、前記気泡発生領域を形成する有効発泡領
   域の前記可動部材の支点から自由端へ向かう方向に関す
   る長さの中心部よりも、該方向に関して下流側に位置す
   る有効発泡領域に対して前記自由端を対向せしめ且つ該
   自由端に対向する有効発泡領域より下流側に位置する有
   効発泡領域の一部を前記変位領域と直接対向させること
   を特徴とする液体吐出方法。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の液体吐出方法におい
   て、 前記変位領域と直接対向している有効発泡領域の一部
   は、前記有効発泡領域の前記方向に関して最も下流側の
   端部を含むことを特徴とする液体吐出方法。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２に記載の液体吐
   出方法において、 前記変位領域と直接対向している有効発泡領域の一部
   は、前記方向に関しての範囲として５μｍ以上の範囲で
   あることを特徴とする液体吐出方法。
4. 【請求項４】 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の
   液体吐出方法において、 前記可動部材の自由端の前記変位領域側近傍における圧
   力勾配が、前記有効発泡領域での気泡発生時に生じる音
   響波を反射または誘導する構造体によって強化すること
   を特徴とする液体吐出方法。
5. 【請求項５】 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の
   液体吐出方法において、 前記気泡は、発熱体の有効発泡領域での膜沸騰現象によ
   って発生されることを特徴とする液体吐出方法。
6. 【請求項６】 自由端を有する可動部材を電気熱変換体
   により形成される気泡発生領域に発生した気泡と共に変
   位させる液体吐出ヘッドであって、 前記可動部材の前記自由端が変位する変位領域に関して
   前記可動部材の支点を前記液体吐出用の吐出と異なる側
   に有すると共に、前記電気熱変換体がなす有効発泡領域
   の上記可動部材の支点から自由端へ向かう方向に関する
   長さの中心部よりも、該方向に関して下流側に位置する
   有効発泡領域に対して前記自由端を対向せしめ且つ該自
   由端に対向する有効発泡領域より下流側に位置する有効
   発泡領域の一部を前記変位領域と直接対向させているこ
   とを特徴とする液体吐出ヘッド。
7. 【請求項７】 請求項６に記載の液体吐出ヘッドにおい
   て、 前記変位領域をと直接対向している有効発泡領域の一部
   は、前記有効発泡領域の前記方向に関して最も下流側の
   端部を含むことを特徴とする液体吐出ヘッド。
8. 【請求項８】 請求項６または請求項７に記載の液体吐
   出ヘッドにおいて、 前記変位領域と直接対向している有効発泡領域の一部
   は、前記方向に関しての範囲として５μｍ以上の範囲で
   あることを特徴とする液体吐出ヘッド。
9. 【請求項９】 請求項６乃至８のいずれか１項に記載の
   液体吐出ヘッドにおいて、 前記可動部材の自由端の前記変位領域側近傍における圧
   力勾配を支配する気泡発生時に生じる音響波を、反射ま
   たは誘導する前記ヘッド内構造体を有することを特徴と
   する液体吐出ヘッド。
10. 【請求項１０】 請求項６乃至９のいずれか１項に記載
    の液体吐出ヘッドにおいて、 前記気泡は、発熱体の有効発泡領域での膜沸騰現象によ
    って発生されることを特徴とする液体吐出ヘッド。
11. 【請求項１１】 請求項６及至１０のいずれか１項に記
    載の液体吐出ヘッドを用いて液体を吐出する装置であっ
    て、 前記変位領域及び前記気泡発生領域に同等の液体を供給
    する構造を有することを特徴とする液体吐出装置。
12. 【請求項１２】 請求項６及至１０のいずれか１項に記
    載の液体吐出ヘッドを用いて液体を吐出する装置であっ
    て、 前記変位領域に第１の液体を供給する第１構造と、 前記気泡発生領域に第１の液体と異なる第２の液体を第
    １液体と分離した状態で供給する第２構造とを有するこ
    とを特徴とする液体吐出装置。
13. 【請求項１３】 請求項６及至１０のいずれか１項に記
    載の液体吐出ヘッドを用いて液体を吐出する装置であっ
    て、 前記ヘッドから吐出する液体が付与される印字領域に被
    記録媒体を搬送する手段と、 前記ヘッドの電記熱変換体に膜沸騰を生じせしめる駆動
    条件を与える駆動手段とを有することを特徴とする液体
    吐出装置。