JPH1076656A

JPH1076656A - 液体吐出方法及び液体吐出ヘッド並びに該吐出ヘッドを用いたヘッドカートリッジ及び液体吐出装置

Info

Publication number: JPH1076656A
Application number: JP9179996A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Ishinaga; 博之石永; Hiroyuki Sugiyama; 裕之杉山; Toshio Kashino; 俊雄樫野; Sadayuki Sugama; 定之須釜
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1996-07-12
Filing date: 1997-07-04
Publication date: 1998-03-24
Anticipated expiration: 2017-07-04
Also published as: US6457816B1; DE69730783T2; EP0819534A2; CN1165426C; EP0819534B1; JP3372827B2; CN1175505A; AU2859697A; EP0819534A3; CA2210267C; CA2210267A1; DE69730783D1

Abstract

(57)【要約】【課題】気泡により気泡発生領域に対面し自由端を備
えた可動部材を変位させ液体を吐出させる液体吐出ヘッ
ドにおいて、可動部材の自由端を、気泡発生の所期段階
においてより速く変位させ、気泡を吐出口に導くという
状態をより短時間に達成させる吐出方法およびそのヘッ
ドを提供する。【解決手段】気泡により気泡発生領域１１に対面し自
由端３２を備えた可動部材３１を変位させ液体を吐出さ
せる液体吐出ヘッドにおいて、気泡の圧力を可動部材３
１の自由端側から１／２の領域、望ましくは可動部材３
１の自由端側から１／５の領域に加え、自由端３２の変
位が最大となるような変位形状とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、熱エネルギーを液
体に作用させることで起こる気泡の発生によって、所望
の液体を吐出する液体吐出ヘッド、該液体吐出ヘッドを
用いたヘッドカートリッジおよび液体吐出装置ならびに
液体吐出ヘッドの製造方法、液体吐出方法および記録方
法に関する。

【０００２】特に本発明は、気泡の発生を利用して変位
する可動部材を有する液体吐出ヘッド、液体吐出ヘッド
を用いたヘッドカートリッジ、液体吐出装置に関する。
もしくは、気泡の発生を利用して可動部材を変位させて
液体を吐出する液体吐出方法、記録方法に関する。

【０００３】また本発明は紙、糸、繊維、布帛、皮革、
金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックス等の
被記録媒体に対し記録を行う、プリンター、複写機、通
信システムを有するファクシミリ、プリンタ部を有する
ワードプロセッサ等の装置、さらには各種処理装置と複
合的に組み合わせた産業用記録装置に適用できる発明で
ある。

【０００４】なお、本発明における、「記録」とは、文
字や図形等の意味を持つ画像を被記録媒体に対して付与
することだけでなく、パターン等の意味を持たない画像
を付与することをも意味するものである。

【０００５】

【従来の技術】熱等のエネルギーをインクに与えるこ
とで、インクに急峻な体積変化（気泡の発生）を伴う状
態変化を生じさせ、この状態変化に基づく作用力によっ
て吐出口からインクを吐出し、これを被記録媒体上に付
着させて画像形成を行なうインクジェット記録方法、い
わゆるバブルジェット記録方法が従来知られている。こ
のバブルジェット記録方法を用いる記録装置には、ＵＳ
Ｐ４，７２３，１２９等の公報に開示されているよう
に、インクを吐出するための吐出口と、この吐出口に連
通するインク流路と、インク流路内に配されたインクを
吐出するためのエネルギー発生手段としての電気熱変換
体が一般的に配されている。

【０００６】この様な記録方法によれば、品位の高い画
像を高速、低騒音で記録することができると共に、この
記録方法を行うヘッドではインクを吐出するための吐出
口を高密度に配置することができるため、小型の装置で
高解像度の記録画像、さらにカラー画像をも容易に得る
ことができるという多くの優れた点を有している。この
ため、このバブルジェット記録方法は近年、プリンタ
ー、複写機、ファクシミリ等の多くのオフィス機器に利
用されており、さらに、捺染装置等の産業用システムに
まで利用されるようになってきている。

【０００７】このようにバブルジェット技術が多方面の
製品に利用されるに従って、次のような様々な要求が近
年さらにたかまっている。

【０００８】例えば、吐出効率の向上の要求に対する検
討としては、保護膜の厚さを調整するといった発熱体の
最適化が挙げられている。この手法は、発生した熱の液
体への伝搬効率を向上させる点で効果がある。

【０００９】また、高画質な画像を得るために、インク
の吐出スピードが速く、安定した気泡発生に基づく良好
なインク吐出を行える液体吐出方法等を与えるための駆
動条件が提案されたり、また、高速記録の観点から、吐
出された液体の液流路内への充填（リフィル）速度の速
い液体吐出ヘッドを得るために流路形状を改良したもの
も提案されている。

【００１０】この流路形状の内、流路構造として図４７
（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１８へ向かう方向とは逆の方向
へ向かう圧力、即ち、液室５４へ向かう圧力）に着目し
た発明である。このバック波は、吐出方向へ向かうエネ
ルギーでないため損失エネルギーとして知られている。

【００１１】図４７（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１８とは反対側に位置する弁５５
を開示する。

【００１２】図４７（ｂ）においては、この弁５５は、
板材等を利用する製造方法によって、液流路１０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
て液流路１０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５５によ
って制御することでエネルギー損失を抑制するものとし
て開示されている。

【００１３】しかしながら、この構成において、吐出す
べき液体を保持する液流路１０内部に、気泡が発生した
際を検討するとわかるように、弁５５によるバック波の
一部を抑制することは、液体吐出にとっては実用的なも
のでないことがわかる。

【００１４】もともとバック波自体は、前述したように
吐出に直接関係しないものである。このバック波が液流
路１０内に発生した時点では、図４７（ｂ）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液流路
１０から液体を吐出可能状態にしている。従って、バッ
ク波のうち、しかもその一部を抑制したからといって
も、吐出に大きな影響を与えないことは明らかである。

【００１５】また、記録液のリフィルを向上させ、周波
数応答性に優れたヘッドの発明が、特開昭６３−１９９
９７２号公報に記載されている。この発明によれば、副
流路を設け、ノズルのヒーター近傍で連通させてある。
リフィル時、この副流路からもインクを供給し、リフィ
ルの時間短縮を図ったものである。

【００１６】しかしながら、このような構成のヘッドで
は、発泡時に発生する吐出力の一部が副流路に逃げてし
まうため、吐出効率の低下が起ってしまうおそれがあっ
た。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液体吐出ヘッドが望ま
れていた。

【００１７】このような観点から、熱により気泡を発生
させる液体（発泡液）と吐出する液体（吐出液）とを別
液体とし、発泡による圧力を吐出液に伝達することで吐
出液を吐出する方法が、特開昭６１−６９４６７号公
報、特開昭５５−８１１７２号公報、ＵＳＰ４，４８
０，２５９号等の公報に開示されている。これらの公報
では、吐出液であるインクと発泡液とをシリコンゴムな
どの可撓性膜で完全分離し、発熱体に吐出液が直接接し
ないようにすると共に、発泡液の発泡による圧力を可撓
性膜の変形によって吐出液に伝える構成をとっている。
このような構成によって、発熱体表面の堆積物の防止
や、吐出液体の選択自由度の向上等を達成している。

【００１８】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、吐出効率や吐出力が低下してし
まう虞があった。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、基本的に従
来の気泡（特に膜沸騰に伴う気泡）を液流路中に形成し
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する。

【００２０】発明者達の一部は、液滴吐出の原理に立ち
返り、従来では得られなかった気泡を利用した新規な液
滴吐出方法及びそれに用いられるヘッド等を提供すべく
鋭意研究を行った。このとき、流路中の可動部材の機構
の原理を解析すると言った液流路中の可動部材の動作を
起点とする第１技術解析、及び気泡による液滴吐出原理
を起点とする第２技術解析、さらには、気泡形成用の発
熱体の気泡形成領域を起点とする第３技術解析を行うこ
とにした。

【００２１】これらの解析によって、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技術を確立するに至った。

【００２２】つぎに、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る要因として最大である
との知見に至った。つまり、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こそ吐出効率、吐出
速度の向上をもたらすことも判明した。このことから、
発明者達の一部は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に至った。

【００２３】さらに、気泡を形成するための発熱領域、
例えば電気熱変換体の液体の流れ方向の面積中心を通る
中心線から下流側、あるいは、発泡を司る面における面
積中心等の気泡下流側の成長にかかわる可動部材や液流
路等の構造的要素を勘案することも好ましいということ
がわかった。

【００２４】発明者達の一部及び本出願人は、このよう
に研究で得られた知見および、総合的観点から優れた液
体の吐出原理を出願しているが、本発明者達は、この発
明を前提に、より好ましい着想を想起するに至った。

【００２５】すなわち、気泡形成領域に可動部材を対面
させる構成においては、従来の可動部材を用いていない
構成に比べ格段に吐出特性や安定性が向上するものの設
計条件によっては吐出状態にわずかにバラツキを生ずる
場合がある。そこで、可動部材が気泡を吐出口方向に導
く状態、すなわち、理想的な可動部材の変位形状にいか
に速く到達させるかということが、さらに高いレベルの
吐出状態を達成するために重要なファクターであるとい
うことを見いだすに至った。

【００２６】このような知見に基づき、本出願人は本件
発明群の先行発明として特願平８−４０５５３号によ
り、可動部材自体の厚み変化点を有することで自由端変
位をすばやく行わせる次のような発明を出願している。

【００２７】「気泡の発生によって液体を吐出する液体
吐出ヘッドにおいて、液体を吐出する吐出口と、前記吐
出口に連通する液流路と、液体に気泡を発生させる気泡
発生領域と、前記気泡発生領域に面して配され、支点と
該支点に対して相対的に吐出口側に位置した自由端とを
備えた可動部材を有し、前記気泡発生領域での気泡の発
生に基づく圧力によって、前記可動部材を変位させ、該
可動部材の変位によって液体を前記吐出口から吐出する
液体吐出ヘッドであって、前記可動部材は、前記気泡発
生領域に対向する部分に、自由端側の可動部分と支点側
の可動部分との相対的な変位の大きさを変える変曲部を
有することを特徴とする液体吐出へッド。」本発明は、上述した背景技術に対して、気泡の発生に基
づいて変位する可動部材の自由端の移動を速く確実なら
しめるために、可動部材自体のみに着目した先行発明と
は別の解決方法を提供すべくなされたものである。

【００２８】すなわち、本発明の主たる目的は以下の通
りである。

【００２９】本発明の第１の目的は、可動部材の自由端
の移動促進のための構造関係あるいは負荷条件に着目
し、可動部材自由端側の厚み変化を除く、可動部材に対
する変位促進方法およびその手段を提供することにあ
る。

【００３０】本発明の第２の目的は、可動部材の自由端
を気泡発生の初期段階において、より速く変位させ、気
泡を吐出口に導くという状態をより短時間に達成させる
吐出方法およびそのヘッドを提供することにある。

【００３１】本発明の第３の目的は、可動部材の耐久性
を向上させる液体吐出方法およびそのヘッドを提供する
ことにある。

【００３２】本発明の第４の目的は、可動部材の自由端
の変位が最大になる時間を短縮し、印字スピードを向上
させた液体吐出ヘッドを提供することにある。

【００３３】本発明の第５の目的は、可動部材の弁機構
が気泡の発生により作動する際、液流路から受ける抵抗
による可動部材の変形を少なくし、吐出効率を向上させ
た液体吐出ヘッドを提供することにある。

【００３４】本発明の第６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より速く抑
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させた液体吐出ヘッドを提供するこ
とにある。

【００３５】本発明の第７の目的は、可動部材の変位形
状を可動部材の持つ性質によって理想的な状態として気
泡を吐出方向に導き、吐出効率および吐出安定性を向上
させる液体吐出ヘッドおよび液体吐出方法を提供するこ
とにある。

【００３６】本発明の第８の目的は、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作用
をより有効に活用できるような可動部材の構造を実現
し、さらなる吐出効率、吐出圧力の向上を図るととも
に、より安定な液体吐出を実現できる液体吐出ヘッドお
よび液体吐出方法を提供することにある。

【００３７】本発明の第９の目的は、本発明の液体吐出
ヘッドを用いたヘッドキットおよび液体吐出装置を提供
することにある。

【００３８】

【課題を解決するための手段】本発明は上述した課題を
解決するために、可動部材自由端側の厚み変化を除いた
もので、下記の可動部材の自由端側に気泡発生領域を集
中化する手段、可動部材固有振動数を気泡発生用の駆動
周波数（好ましくは最大駆動周波数）より大きくする手
段および可動部材の自由端の移動を促進する変位促進手
段を提供するものである。

【００３９】（ａ）可動部材の自由端側に気泡発生領域
を集中化する手段気泡により気泡発生領域に対面し自由端を備えた可
動部材を変位させ液体を吐出させる液体吐出ヘッドにお
いて、気泡の圧力を可動部材の自由端側から１／２の領
域、望ましくは自由端側から２／５の領域に加え、自由
端の変位が最大となるような変位形状とする。

【００４０】気泡により気泡発生領域に対面し自由
端を備えた可動部材を変位させ液体を吐出させる液体吐
出ヘッドにおいて、可動部材に作用させる気泡の圧力の
うち自由端に近い側に作用させる圧力を、支点に近い側
に作用させる圧力より相対的に高めることで、可動部材
のうち自由端の変位をそれ以外よりも高めた。

【００４１】（ｂ）可動部材固有振動数を気泡発生用の
駆動周波数より大きくする手段気泡により気泡発生領域に対面し自由端を備えた可
動部材を変位させ液体を吐出させる液体吐出ヘッドにお
いて、可動部材の固有振動数を気泡発生から消滅までの
周期の逆数もしくは液体吐出の最大駆動周波数より大き
くするか、または可動部材の波動伝達速度を気泡の成長
速度より速くする。

【００４２】（ｃ）可動部材の自由端の移動を促進する
変位促進手段気泡により気泡発生領域に対面し自由端を備えた可
動部材を変位させ液体を吐出させる液体吐出ヘッドにお
いて、可動部材の自由端側を第１の変位領域、支点側を
前記第１の変位領域より可動部材の変位方向に対する剛
性が強い第２の変位領域として、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。

【００４３】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態を説明
する。

【００４４】本発明による液体吐出方法は、気泡により
気泡発生領域に対面し自由端を備えた可動部材を変位さ
せ液体を吐出させる液体吐出方法であって、可動部材の
自由端を変位促進手段により移動促進させることを特徴
とする。

【００４５】また、本発明による液体吐出ヘッドは、気
泡により気泡発生領域に対面し自由端を備えた可動部材
を変位させ液体を吐出させる液体吐出ヘッドであって、
可動部材の自由端の移動促進を行わせしめる変位促進手
段を有することを特徴とする。

【００４６】本発明における前記変位促進手段は、可動
部材自由端側の厚み変化構造を除く次の可動部材の自由
端側に気泡発生領域を集中化する手段、可動部材固有振
動数を気泡発生用の駆動周波数（好ましくは最大駆動周
波数）より大きくする手段および可動部材の自由端の移
動を促進する手段等を含むことを特徴とする。

【００４７】(a) 可動部材の自由端側に気泡発生領域を
集中化する手段本発明による液体吐出方法は、気泡の圧力を可動部材の
自由端側から１／２の領域に加え、自由端の変位が最大
となるような変位形状とすることを特徴とする。本発明
による液体吐出方法は、気泡の圧力を可動部材の自由端
側から２／５の領域に加え、自由端の変位が最大となる
ような変位形状とすることを特徴とする。本発明による
液体吐出ヘッドは、気泡発生領域の吐出口と反対側の端
を、可動部材の中心より自由端側に配置したことを特徴
とする。

【００４８】本発明による液体吐出ヘッドは、気泡発生
領域の吐出口と反対側の端を、可動部材の自由端から
２：３に分ける点より自由端側に配置したことを特徴と
する。

【００４９】本発明による液体吐出方法は、可動部材に
作用させる気泡の圧力のうち自由端に近い側に作用させ
る圧力を、支点に近い側に作用させる圧力より相対的に
高めることで、可動部材のうち自由端の変位をそれ以外
よりも高めたことを特徴とする。

【００５０】本発明による液体吐出方法は、液体を吐出
する吐出口と、液体に気泡を発生させる気泡発生領域
と、前記気泡発生領域に面して配され、第１の位置と該
第１の位置よりも気泡発生領域から遠い第２の位置との
間を変位可能な可動部材とを有するヘッドを用い、該可
動部材は、前記気泡発生部での気泡の発生に基づく圧力
によって、前記第１の位置から前記第２の位置へ変位す
ると共に、前記可動部材の変位によって前記気泡を吐出
口に向かう方向の上流よりも下流に大きく膨張させるこ
とで液体を吐出する液体吐出方法であって、可動部材に
作用させる気泡の圧力のうち自由端に近い側に作用させ
る圧力を、支点に近い側に作用させる圧力より相対的に
高めることで、可動部材のうち自由端の変位をそれ以外
よりも高めたことを特徴とする。

【００５１】本発明による液体吐出ヘッドは、可動部
材に作用させる気泡の圧力のうち自由端に近い側に作用
させる圧力を、支点に近い側に作用させる圧力より相対
的に高めることで、可動部材のうち自由端の変位をそれ
以外よりも高めたことを特徴とする。

【００５２】本発明による液体吐出ヘッドは、液体を吐
出する吐出口と、液体に気泡を発生させる気泡発生領域
と、前記気泡発生領域に面して配され、第１の位置と該
第１の位置よりも前記気泡発生領域から遠い第２の位置
との間を変位可能な可動部材とを有し、該可動部材は、
前記気泡発生部での気泡の発生に基づく圧力によって、
前記第１の位置から前記第２の位置へ変位すると共に、
前記可動部材の変位によって前記気泡を吐出口に向かう
方向の上流よりも下流に大きく膨張させることで液体を
吐出する液体吐出ヘッドであって、可動部材に作用させ
る気泡の圧力のうち自由端に近い側に作用させる圧力
を、支点に近い側に作用させる圧力より相対的に高める
ことで、可動部材のうち自由端の変位をそれ以外よりも
高めたことを特徴とする。

【００５３】(b) 可動部材固有振動数を気泡発生用の駆
動周波数より大きくする手段本発明による液体吐出ヘッドは、可動部材の固有振動数
を前記気泡の発生から消滅までの周期の逆数より大きく
したことを特徴とする。

【００５４】本発明による液体吐出ヘッドは、可動部材
の固有振動数を前記液体吐出の最大駆動周波数より大き
くしたことを特徴とする。

【００５５】本発明による液体吐出ヘッドは、可動部材
の波動伝達速度を気泡の成長速度より速くしたことを特
徴とする。

【００５６】本発明による液体吐出方法は、上記液体吐
出ヘッドを使用して吐出する方法であることを特徴とす
る。

【００５７】(c) 可動部材の自由端の移動を促進する変
位促進手段本発明による液体吐出ヘッドは、液体を吐出する吐出口
と、前記吐出口から液体を吐出させるための気泡が生成
される気泡発生領域と、前記気泡発生領域に面して配さ
れ、第１の位置と該第１の位置よりも前記気泡発生領域
から遠い第２の位置との間を変位可能な少なくとも１つ
の可動部材と、を有し、前記可動部材は、吐出口へ向か
う液体の流れの上流側に支点、下流側に自由端を持ち、
前記自由端側に第１の変位領域、前記支点側に前記第１
の変位領域より可動部材の変位方向に対する剛性が強い
第２の変位領域を有し、前記気泡発生領域での気泡の発
生に基づく圧力によって前記第１の位置から前記第２の
位置に変位して該圧力を前記吐出口方向へ導き、前記吐
出口から液体を吐出させることを特徴とする。

【００５８】本発明による液体吐出方法は、前記吐出口
へ向かう液体の流れの上流側に支点、下流側に自由端を
持ち、自由端側に第１の変位領域、前記支点側に前記第
１の変位領域より変位方向に対する剛性が強い第２の変
位領域を有する可動部材を、前記気泡が発生する気泡発
生領域に面して配し、前記可動部材を、前記気泡発生領
域での気泡の発生に基づく圧力によって第１の位置から
該第１の位置よりも前記気泡発生領域から遠い第２の位
置に変位させて該圧力を前記吐出口方向へ導き、前記吐
出口から液体を吐出させることを特徴とする。

【００５９】本発明によるヘッドカートリッジは、上記
液体吐出ヘッドと、該液体吐出ヘッドに供給される液体
を保持する液体容器とを有することを特徴とする。

【００６０】本発明による液体吐出装置は、上記液体吐
出ヘッドと、該液体吐出ヘッドを搭載する、副操作方向
に往復移動可能なキャリッジとを有し、被記録媒体への
記録を行うものであることを特徴とする。

【００６１】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。

【００６２】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。

【００６３】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。

【００６４】また、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。

【００６５】また、本発明でいう「可動部材に作用させ
る気泡の圧力」とは、気泡の発生および成長に伴う気泡
から可動部材の伝搬する圧力波と気泡と可動部材の間に
介在する液体の気泡の圧力に伴う移動が可動部材に作用
する力の少なくともいずれかを含む。

【００６６】また、本発明でいう「可動部材の中心」と
はインク流れの上流下流方向に対し、可動部材を自由端
から支点部までの長さを２等分する垂直の面と交差する
可動部材の部分を意味する。

【００６７】

【実施例】

（原理説明）以下、図面を参照して本発明に適用可能な
吐出原理について詳細に説明する。

【００６８】図２９は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３０はこの液体吐出
ヘッドの部分破断斜視図を示している。

【００６９】図２９の液体吐出ヘッドは、液体を吐出す
るための吐出エネルギー発生素子として、液体に熱エネ
ルギーを作用させる発熱体２（本実施例においては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。

【００７０】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。

【００７１】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。

【００７２】発熱体２を発熱させることで可動部材３１
と発熱体２との間の気泡発生領域１１の液体に熱を作用
し、液体にUSP4,723,129に記載されているような膜沸騰
現象に基づく気泡を発生させる。気泡の発生に基づく圧
力と気泡は可動部材に優先的に作用し、可動部材３１は
図２９（ｂ）、（ｃ）もしくは図３０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。

【００７３】ここで、本発明に適用される基本的な吐出
原理の一つを説明する。本発明において最も重要な原理
の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。

【００７４】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３１と本発明の図３２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。

【００７５】図３１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Ｖ
A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
ＶAの方向に最も近いため効率よく働き、逆にV4はＶAに
向かう方向成分が比較的少ない。

【００７６】これに対して、図３２で示される本発明の
場合には、可動部材３１が図３１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。

【００７７】次に図２９に戻って、上述した液体吐出ヘ
ッドの吐出動作について詳しく説明する。

【００７８】図２９（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。

【００７９】図２９（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。

【００８０】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。

【００８１】図２９（ｃ）は気泡４０がさらに成長した
状態であるが、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４０の成長に応じて可動部材３１が徐々に変位して
行くことで気泡４０の圧力伝搬方向や体積移動のしやす
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。

【００８２】図２９（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。

【００８３】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２９（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
側から流れのＶ_D1、Ｖ_D2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。

【００８４】以上、気泡の発生に伴う可動部材の動作と
液体の吐出動作について説明したが、以下に本発明に適
用可能な液体吐出ヘッドにおける液体のリフィルについ
て詳しく説明する。

【００８５】図２９（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）。

【００８６】このため、吐出口に近い側の流抵抗が小さ
い場合には、多くの液体が吐出口側から消泡位置に流れ
込みメニスカスの後退量が大きくなることになる。特
に、吐出効率を高めるために吐出口に近い側の流抵抗を
小さくして吐出効率を高めようとするほど、消泡時のメ
ニスカスＭの後退が大きくなり、リフィル時間が長くな
って高速印字を妨げることとなっていた。

【００８７】これに対して本構成は可動部材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Ｖ_D2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。

【００８８】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（Ｖ_D2）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。

【００８９】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、本構成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。

【００９０】このように本発明に適用される上述した構
成は、第２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。

【００９１】本発明に適用される上述した構成において
はさらに次のような有効な機能を兼ね備えている。それ
は、気泡の発生による圧力の上流側への伝搬（バック
波）を抑制することである。発熱体２上で発生した気泡
の内、共通液室３３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。本構成において
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。

【００９２】次に、更なる特徴的な構造と効果につい
て、以下に説明する。

【００９３】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、上述した構成では実質的に平坦な内壁を持つ液体供
給路１２を持つもので説明したが、これに限らず、発熱
体表面となだらかに繋がり、なだらかな内壁を有する液
供給路であればよく、発熱体上に液体の淀みや、液体の
供給に大きな乱流を生じない形状であればよい。

【００９４】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２９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、上述した構成のヘッド構造におい
ては、気泡発生領域に液体を供給するための流れＶ_D2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。

【００９５】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３３で示されるように、自由
端が相対的に支点より下流側にある。このような構成の
ため、前述した発泡の際に気泡の圧力伝搬方向や成長方
向を吐出口側に導く等の機能や効果を効率よく実現でき
るのである。さらに、この位置関係は吐出に対する機能
や効果のみならず、液体の供給の際にも液流路１０を流
れる液体に対する流抵抗を小さく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３３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。

【００９６】補足すれば、本構成の図２９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。

【００９７】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。

【００９８】また、本構成においては可動部材３１の自
由端が瞬間的な機械的変位を行っていることも、液体の
吐出に対して有効に寄与している考えられる。

【００９９】図３４は他の実施例の液体吐出ヘッドの部
分破断斜視図である。同図において、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位置）の状態を示し、このＢの状態
をもって、発泡領域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。）図３４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、
可動部材の発熱体側の面に沿って、また、発熱体の面と
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。

【０１００】ここで、可動部材３１の初期位置（第１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
または密着しており、気泡発生領域１１の吐出口１８側
に実質的に密閉されている。このため、発泡時の気泡の
圧力、特に気泡の下流側の圧力を逃がさず可動部材の自
由端側に集中的に作用させることができる。

【０１０１】また、消泡時には、可動部材３１は第１位
置に戻り、発熱体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、先の実施例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
ても先の実施例と同様の機能、効果を得ることができ
る。

【０１０２】また、本実施例においては、図３０や図３
４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共に液流路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。

【０１０３】なお、本実施例においては可動部材３１と
発熱体２の間隔を１５μｍ程度としたが、気泡の発生に
基づく圧力が十分に可動部材に伝わる範囲であればよ
い。

【０１０４】図３５は、他の実施例の液体吐出ヘッドの
部分破断斜視図であり、本発明の基本的な概念の一つを
示すものである。図３５は、一つの液流路中に気泡発生
領域、そこで発生する気泡および可動部材との位置関係
を示していると共に、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示したものでである。

【０１０５】前述の実施例の多くは、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、本実施例は、発生
する気泡の自由度を与えながら、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の自
由端側で規制するものである。

【０１０６】構成上で説明すると、図３５では、前述の
図３０の実施例に比較すると、図３０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（図の斜線部分）が本実施例では設けられて
いない。つまり、可動部材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、この構成が本実施例である。

【０１０７】本実施例では、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３１のＶ_B、Ｖ_B、Ｖ _Bの分力）を可動部材の自
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例と同様
に向上する。前記実施例に比較して本実施例は、発熱体
の駆動に対する応答性が優れている。

【０１０８】また、本実施例は、構造上簡単であるため
製造上の利点がある。

【０１０９】本実施例の可動部材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３４に固定さ
れている。従って、消泡時の気泡発生領域１１への液体
供給は、この土台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。

【０１１０】液体の供給時におけるリフィルは、本実施
例の場合には、可動部材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。

【０１１１】本実施例の変形実施例としては、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
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。

【０１１２】以上、本発明に適用可能な液体の吐出原理
を、熱を加えることで発泡させる液体と吐出される液体
が同じである１流路の液体吐出ヘッドによって説明した
が、次に、主たる液体の吐出原理が同じである、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）とを分けた２流路の液体吐出ヘッド
によって説明する。

【０１１３】図３６は、２流路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３７はこの液体吐出
ヘッドの部分破断斜視図を示している。

【０１１４】２流路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に直接連通した吐出液用の第１
液流路１４が配されている。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。

【０１１５】ただし、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。

【０１１６】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液流路と第２の液流路とを区分している。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。

【０１１７】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３６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）。

【０１１８】図３７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。

【０１１９】可動部材３１の支点３３、自由端３２の配
置と、発熱体２との配置の関係については、上述した１
流路のヘッドと同様にしている。また、１流路のヘッド
において、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、２流路のヘッドにおいても第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。

【０１２０】次に図３８を用いて２流路の液体吐出ヘッ
ドの動作を説明する。

【０１２１】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。発熱体２が発生した熱が、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、先の実施例で説明した
のと同様に発泡液に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４０を発生させる。

【０１２２】２流路のヘッドおいては、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６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３８（ａ）の状態から図３８（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。

【０１２３】次に、気泡が収縮するに伴って可動部材３
１が図３８（ａ）の位置まで戻ると共に、第１液流路１
４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。２流路においても、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。

【０１２４】２流路のヘッドは、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１流路のヘッド
と同じであるが、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。すなわち、２流路の構成によ
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。

【０１２５】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。

【０１２６】さらに、２流路のヘッドの構造においては
１流路のヘッド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。

【０１２７】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。

【０１２８】次に、本発明の実施例を図面を参照して説
明する。

【０１２９】以下の実施例においても、主たる液体の吐
出原理については上述した説明と同じである。なお、以
下の実施例においては、上述した２流路の液体吐出ヘッ
ドを用いて説明するが、これに限らず上述した１流路の
液体吐出ヘッドにおいても、本発明を同様に適用するこ
とができる。

【０１３０】まず、可動部材の自由端側に気泡発生領域
を集中化する手段を実施例１〜実施例７によって説明す
る。（実施例１）図１〜図３は本実施例の液体吐出ヘッドの
流路方向の断面模式図であり、可動部材と発熱体の配置
関係を表わしている。なお、本実施例の液体吐出ヘッド
の構成の詳細については、上述した原理説明で行なって
いるので省略する。

【０１３１】本実施例の液体吐出ヘッドは、液体に気泡
を発生するための熱エネルギーを与える発熱体２（４０
×１０５μｍ）が設けられた素子基板１上に、第２液流
路１６があり、その上に吐出口１８と連通した第１液流
路１４が配されている。

【０１３２】可動部材３１のサイズは、５３×２２０μ
ｍの大きさで厚さ５μｍのＮｉ板を用いている。

【０１３３】第１液流路１４は第１共通液室１５に連通
しており、第２液流路１６は第２共通液室１７に連通し
ている。

【０１３４】なお、発泡液と吐出液を同じにする場合
は、共通液室を一つに共通化させることになる。

【０１３５】本実施例では、発熱体２の吐出口１８と反
対側の端Ｃを、可動部材３１の流路方向の中心Ｄより自
由端３２側に配置している。なお、可動部材３１は、分
離壁３０にスリット３５によって吐出口側が自由端３２
とされ、共通液室１５，１７側が支点３３とされている
片持梁状板であり、上記可動部材３１の流路方向の中心
Ｄとは、自由端３２と支点３３間の中心位置を意味す
る。

【０１３６】また、発熱体２の配置は、図１に示すよう
に、発熱体２の吐出口側の端Ｅが可動部材３１の自由端
３２より吐出口側に近い場合は気泡の圧力がより自由端
側に集まって効率的に自由端を変位させる。逆に図２に
示すように可動部材３１の自由端３２の方が吐出口側に
ある場合であってもよい。さらに、図３に示すように、
発熱体２の吐出口側の端Ｅは可動部材３１の自由端３２
の直下である場合は、気泡の圧力を自由端先端部に作用
させつつ、気泡自身も効率よく吐出方向に導かれる。ま
た、図１〜図３においては、発熱体２の吐出口１８と反
対側の端Ｃが可動部材３１の中心Ｄより自由端側にある
が、中心Ｄの位置と一致してもよい。すなわち、本発明
において可動部材３１の中心Ｄより自由端側とは、中心
Ｄの位置を含めて自由端側を意味する。

【０１３７】次に図４を用いて本実施例の２流路の液体
吐出ヘッドの動作を説明する。

【０１３８】図４（ａ）は発熱体２に電圧を印加し、そ
の発生した熱が第２流路１６の気泡発生領域１１の液体
に伝達されることで液体に気泡４０を発生させた瞬間の
状態を示したものである。ここでは、発熱体２の吐出口
１８と反対側の端Ｃが可動部材３１の中心Ｄより自由端
３２側に配置されているので、気泡４０の圧力が可動部
材３１の中心Ｄより自由端側の領域に加わることとな
る。したがって、可動部材３１全体に加わる圧力バラン
スは自由端側が大きくなるため、自由端領域がはじめに
変位を開始する。図４（ｂ）は図４（ａ）の後の状態を
示し、気泡４０はさらに成長し、それに伴い、可動部材
３１もより変位し、気泡４０は可動部材３１の変位形状
に従い吐出方向に成長し、吐出力および吐出効率を安定
的に向上させている。特に、本実施例においては、気泡
４０の圧力を可動部材３１の自由端側から１／２の領域
に加えて変位を促進しているため、図４（ｂ）に示すよ
うに、可動部材３１の自由端３２が大きく変位し、気泡
４０を吐出口１８に導くような吐出効率の良い状態によ
り速く達すると同時に、変位全般においても良い状態を
維持するため、安定的に吐出効率を向上できる。また、
可動部材３１の変位もスムースに行なわれるため、可動
部材３１の耐久性をも向上することが可能である。（実施例２）図５〜図７は本実施例の液体吐出ヘッドの
流路方向の断面模式図であり、可動部材と発熱体の配置
関係を表わしている。なお、本実施例の液体吐出ヘッド
の構成の詳細については、上述した原理説明で行なって
いるので省略する。

【０１３９】本実施例では、発熱体２を４０×８５μ
ｍ、可動部材３１を５３×２２０μｍとしている。

【０１４０】本実施例では、発熱体２の吐出口１８と反
対側の端Ｃを、可動部材３１の自由端から２：３に分け
る点Ｆより自由端側に配置している。なお、可動部材３
１は、分離壁３０にスリット３５によって吐出口側が自
由端３２とされ、共通液室１５，１７側が支点３３とさ
れている片持梁状板であり、上記可動部材３１の自由端
３２から２：３に分ける点Ｆとは、自由端３２と支点３
３間の自由端３２からの位置を意味する。

【０１４１】また、発熱体２の配置は、図５に示すよう
に、発熱体２の吐出口側の端Ｅが可動部材３１の自由端
３２より吐出口側にある場合や、逆に図６に示すように
可動部材３１の自由端３２の方が吐出口側に近い場合で
あってもよい。さらに、図７に示すように、発熱体２の
吐出口側の端Ｅは可動部材３１の自由端３２の直下でも
よい。また、図５〜図７においては、発熱体２の吐出口
１８と反対側の端Ｃが可動部材の自由端から２：３に分
ける点Ｆより自由端側にあるが、２：３に分ける点と一
致してもよい。すなわち、本発明において可動部材３１
の自由端から２：３に分ける点Ｆより自由端側とは、
２：３に分ける点Ｆを含めて自由端側を意味する。本実
施例においては、気泡４０の圧力が可動部材３１の自由
端から２／５の領域に加わることになり、第１の実施例
よりも、可動部材３１に加わる圧力バランスがより自由
端側に大きな圧力が働くため、自由端がより変位しやす
く、、発泡時の圧力および気泡の成長をより吐出方向に
効率よく導くことができると同時に、可動部材３１の変
位もスムースに行なわれ、可動部材３１の耐久性も向上
する。

【０１４２】また、第１の実施例のように、発熱体が可
動部材の１／２より自由端側に可動部材に対して発泡の
圧力が加わる部分と加わらない部分がそれぞれ約１／２
づつになる場合、可動部材にわずかながら振動成分が発
生する場合がある。すなわち、可動部材自身に自由端と
支点および中心の３ケ所をふしとした２倍振動を生じる
ような可能性がある。その場合、可動部材の変位形状に
わずかに影響を及ぼす。しかしながら、本実施例の場合
のように、可動部材に対して発泡の圧力が加わる部分と
加わらない部分が中心より自由端側で、かつ２：３のよ
うに素の関係になっている場合、上述したような可動部
材自身、倍振動成分が極めて発生しずらいため、可動部
材の変位状態が安定し、安定的に吐出効率が向上する。
また、素の関係でなくとも、加圧あり／なし比が大きい
場合は、倍振動成分が２倍より大きくなり、実質的に影
響は少なくなるため、吐出効率は向上する。

【０１４３】なお、第１、第２実施例の発熱体における
気泡発生領域は、発熱体の温度分布が発熱体の端部領域
で低くなることから、パターンエッジから内側１〜８μ
ｍ程度である。そのため、ヒータ端部の扱いは、ヒータ
の実際のエッジから８μｍまでを含む。

【０１４４】なお、第１および第２の実施例ともに、発
熱体２の端部ＥおよびＣはパターンエッジから内側１〜
８μｍの領域を含む。（実施例３）図８は本実施例の液体吐出ヘッドの模式図
であり、図８（ａ）は図８（ｂ）で示される該ヘッドの
可動部材、発熱体および液流路の構造を第１液流路側か
ら見た図、図８（ｂ）は該ヘッドの流路方向の断面図で
ある。なお、本実施例の液体吐出ヘッドの構成の詳細に
ついては、上述した原理説明で行なっているので省略す
る。

【０１４５】本実施例の液体吐出ヘッドは、液体に気泡
を発生す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、第２液流路１６があり、その上
に吐出口１８と連通した第１液流路１４が配されてい
る。第１液流路１４は第１共通液室１５に連通してお
り、第２液流路１６は第２共通液室１７に連通してい
る。

【０１４６】なお、発泡液と吐出液を同じにする場合
は、共通液室を一つに共通化させることになる。

【０１４７】本実施例では、図８（ａ）に示すように、
発熱体２のサイド壁となる第２液流路壁７２が吐出口方
向にテーパー状に狭くなっている。

【０１４８】次に図９を用いて本実施例の液体吐出ヘッ
ドの動作を説明する。

【０１４９】図９（ａ）は発熱体２に電圧を印加し、そ
の発生した熱が第２液流路１６の気泡発生領域１１の液
体に伝達されることで、液体に気泡４０を発生させた瞬
間の状態を示したものである。

【０１５０】ここでは、発熱体２の加熱により発生した
気泡４０のうち吐出口１８に近い側の部分ではサイド壁
方向に広がるのを抑制されているので、可動部材３１の
支点３３側に近い方の気泡４０の部分より可動部材方向
への気泡４０の成長が大きい。したがって、可動部材３
１に伝搬される気泡４０の圧力は自由端３２部に近いほ
どより大きく作用するため、自由端３２は可動部材３１
の他の部分より早く変位をはじめる。

【０１５１】図９（ｂ）は図９（ａ）の後の状態を示
し、気泡４０はさらに成長し、それに伴い、可動部材３
１全体もより変位し、気泡４０は可動部材３１の変位形
状に従い吐出方向により大きく成長し、吐出力および吐
出効率の向上をより安定的なものとしている。特に、本
実施例においては、自由端近傍により高い気泡の圧力を
与え、変位を促進しているため、変位初期の段階から可
動部材３１の自由端３２が大きく変位し、気泡４０を吐
出口１８に導くような吐出効率の良い状態により速く達
し、可動部材３１の変位動作全般において吐出効率が安
定的に向上する。さらに、可動部材３１の変位もスムー
スに行なわれるため、可動部材３１の耐久性をも向上す
る。（実施例４）図１０は本実施例の液体吐出ヘッドの発熱
体の構造を第２液流路から見た図であり、第３の実施例
と同様、可動部材３１の自由端３２領域により大きな圧
力を与えるための、液体吐出ヘッドの発熱体の構造を示
している。

【０１５２】同図に示すように、発熱体２は、サイド壁
となる第２液流路壁７２間に設けられている。

【０１５３】図１０（ａ）に示すヘッドでは、発熱体２
の第２液流路１６に接する表面のうち吐出口１８と反対
側の両側端部に、気泡４０の発生の妨げとなるマスクパ
ターン９７が設けられている。

【０１５４】図１０（ｂ）に示すヘッドでは、発熱体２
の第２液流路１６に接する表面のうち吐出口１８から遠
くなるに従い、気泡４０の発生の妨げとなるマスクパタ
ーン９７が数を増して設けられている。

【０１５５】図１０（ｃ）に示すヘッドでは、発熱体２
を同時に発熱する２つの発熱体２ａ，２ｂに分け、その
うち自由端側の発熱体を大きい面積にしている。なお、
符号５は、発熱体２の配線電極を示している。

【０１５６】次に、本実施例の液体吐出ヘッドの動作を
説明する。

【０１５７】図１０（ａ）〜図１０（ｂ）に示す液体吐
出ヘッドにおいては、発熱体２の吐出口側にマスクパタ
ーン９７が設けられていないため、また、図１０（ｃ）
に示すヘッドでは、発熱体２を同時に発熱する２つの発
熱体２ａ，２ｂに分け、自由端側の発熱体を大きい面積
にしているため、可動部材３１に伝搬される気泡４０の
圧力が自由端３２近傍により大きく作用し、自由端３２
がいち早く変位をはじめる。

【０１５８】その他の動作および効果は第３の実施例と
同じであるが、さらに本実施例の場合、可動部材３１の
自由端３２や各部に対して与える気泡の圧力の分布をよ
り細かく制御でき、より吐出効率を向上させることがで
きる。また図３（ｃ）はマスクパターン９７がない分、
エネルギーロスがないため、さらにエネルギー効率が向
上する。（実施例５）図１１は本実施例の液体吐出ヘッドの模式
断面図であり、第４の実施例と同様、可動部材３１の自
由端３１により圧力を大きく与えるための液体吐出ヘッ
ドの発熱体の構造を示している。

【０１５９】本実施例のヘッドの発熱体２は、発熱体２
の吐出口に近い部分が可動部材３１に近くなるよう構成
されている。すなわち、図１１（ａ）に示すヘッドで
は、発熱体２は可動部材３１との距離が、吐出口１８に
近い部分において短くなるような段差を有している。ま
た、図１１（ｂ）に示すヘッドでは、発熱体２は可動部
材３１との距離が、自由端３２に近くなるほど短くなる
ようなテーパー形状をなしている。このような構成によ
り、可動部材３１に伝搬される気泡４０の圧力は自由端
３２に近いほどより大きく作用し、自由端３２がいち早
く変位をはじめる。なお、その他の動作および効果は第
１の実施例と同じであるが、さらに本実施例の場合、自
由端部に与える気泡４０の圧力を高めつつ、第２液流路
１６の液供給の際の流抵抗を小さく抑え、リフィル特性
を向上することが可能である。（実施例６）図１２は本実施例の液体吐出ヘッドの模式
断面図であり、上述した実施例と同様、可動部材３１の
自由端３２により圧力を大きく与えるための液体吐出ヘ
ッドの発熱体の構造を示している。

【０１６０】本実施例のヘッドの発熱体２の吐出側端
は、可動部材３１の自由端３２より吐出口１８に近い位
置としている。このような構成により、発熱体２の吐出
側端で発生した気泡４０は回り込むように自由端３２に
作用して、自由端３２がいち早く変位をはじめる。な
お、上述した他の実施例も同様に、このような構成とす
ることができる。なお、その他の動作および効果は第３
の実施例と同じであるが、さらに本実施例の場合、製造
上の工程が単純で安価に実現できる。（実施例７）図１３は本実施例の発熱体を設けた面と吐
出口を設けた面が実質平行のいわゆるサイドシュータタ
イプの液体吐出ヘッドの模式断面図であり、上述した実
施例と同様、可動部材３１の自由端３２により圧力を大
きく与えるための液体吐出ヘッドの発熱体の構造を示し
ている。

【０１６１】本実施例は、図１１（ａ）に示す第５の実
施例のヘッド構造をサイドシュータタイプとしたもので
あるが、上述した他の実施例も同様にサイドシュータタ
イプとすることが可能である。なお、その他の動作およ
び効果は第３の実施例と同じであるので説明を省略す
る。

【０１６２】次に、可動部材固有振動数を気泡発生用の
駆動周波数より大きくする手段を実施例８〜実施例１０
によって説明する。（実施例８）図１４は本実施例の液体吐出ヘッドの一例
を示す模式図である。本実施例の液体吐出ヘッドの構成
の詳細については、上述した原理説明で行なっているの
で省略する。

【０１６３】本実施例の液体吐出ヘッドは、液体に気泡
を発生す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、第２液流路１６があり、その上
に吐出口１８と連通した第１液流路１４が配されてい
る。第１液流路１４は第１共通液室１５に連通してお
り、第２液流路１６は第２共通液室１７に連通してい
る。

【０１６４】なお、発泡液と吐出液を同じにする場合
は、共通液室を一部または全部連通させて一つに共通化
させてもよい。

【０１６５】本実施例では、前記可動部材３１の固有振
動数を、本例における気泡の発生から消滅までの周期の
逆数より大きくしている。

【０１６６】この様な構成とすることにより、図１４
（ａ）の発熱体２への駆動パルス印加瞬間から、図１４
（ｂ）の気泡４０による可動部材３１の変位をへて、図
１４（ｃ）の気泡４０の消滅の瞬間までの周期に対し、
可動部材３１は、自分自身のバネ力によってでもその周
期に追従することが可能となる。

【０１６７】また、本実施例の一例として、図１４の第
２液流路１６の流路抵抗をきわめて小さくし、気泡の収
縮にともなう液供給が第２液流路１６からほとんど行な
われる場合のように気泡４０の減少時の圧力が、可動部
材３１の変位を自然位置に復帰させるのに寄与しない、
または寄与しても極めて少ない場合でも、本実施例の場
合、可動部材３１のバネ力のみで、気泡４０の発生から
消滅までの吐出動作に応じて可動部材３１の変位が追従
できるため、図１４（ｄ）の次の吐出動作における発泡
においても、前回の吐出動作と同様の状態が達成され、
安定的な吐出状態が得られ、常に吐出効率を向上した特
性が得られる。さらに可動部材の変位もスムースに行な
われるため、可動部材の耐久性も向上する。

【０１６８】また、次の吐出動作が始まるまでに、可動
部材３１が復帰していればよいので、可動部材３１の固
有振動数は最大駆動周波数より大きくてもよい。

【０１６９】前者の実例として、気泡の発生から消泡ま
での周期が３０μＳである場合に、その周期の逆数１／
３０μＳ（＝３３ＫＨｚ）より大きな固有振動数を有す
る可動部材を用いて吐出を行なったところ、気泡の成長
と収縮に対し可動部材の動作が追従でき、吐出状態と、
さらにリフィル効率をもより向上した。

【０１７０】なお、この場合、可動部材の材料として
は、ＮｉにわずかなＣｏ等の不純物をドープし、焼入れ
等の処理を行なったものを使用した。

【０１７１】後者の実例として、最大駆動周波数が６Ｋ
Ｈｚの吐出ヘツドに対し、可動部材の固有振動数が７Ｋ
Ｈｚ以上の可動部材を用いて吐出を行なったところ、６
ＫＨｚの吐出ヘッドでも安定した吐出状態が得られ、吐
出効率も維持できた。（実施例９）図１５は本実施例の液体吐出ヘッドの模式
断面図である。基本的な構成は第８の実施例と同様であ
るので、その説明を省略する。

【０１７２】図１５（ａ）に示す状態で、発熱体２に駆
動パルスが印加されると、可動部材３１の剛性が低いな
どの条件により、発泡のパワーによって、図１５（ｂ）
に示すように、発熱体２の吐出口と反対側に対応する可
動部材３１の部分Ｐより波形ｆA，ｆBが発生する。これ
は、気泡４０の圧力が可動部材３１に平行して均一的に
与えられた瞬間に発生する状態で、この状態自体では、
可動部材３１のない従来ヘッドに比べある程度吐出効率
は向上するが気泡４０を吐出口１８に導くのに最も効率
的な状態とは言えない。

【０１７３】しかしながら、図１５（ｃ）に示すよう
に、波形ｆA，ｆBは、可動部材３１の波動伝達特性によ
って、可動部材３１の自由端３２側と支点３３側に進行
する。

【０１７４】図１５（ｄ）に示すように、可動部材３１
が最大に変位する時までに、波形ｆA，ｆBが自由端３２
と支点３３に各々到達していると、可動部材全体は自由
端３２を最大変位位置として気泡４０を吐出口１８に導
く、最も効率的な状態となる。

【０１７５】したがって、気泡が最大になる時間または
可動部材が最大変位する時間までに、この状態とするに
は、下記の数式１を満たす必要がある。

【０１７６】

【数１】（気泡が最大になる時間）＞（可動部材の波動
伝達時間）または（可動部材が最大変位する時間）＞
（可動部材の波動伝達時間）このとき、可動部材の長さに応じて、可動部材の波動伝
達時間は下記の数式２で求められる。

【０１７７】

【数２】（可動部材の波動伝達時間）＝（可動部材の長
さ）／（可動部材の波動伝達速度）すなわち、可動部材の波動伝達速度を気泡の成長速度よ
り速くする必要がある。

【０１７８】このような構成とすることにより、安定的
な吐出状態が得られ、常に吐出効率を向上した特性が得
られる。さらに、可動部材の変位もスムースに行なわれ
るため、可動部材の耐久性も向上する。

【０１７９】実例として、気泡が発生してから最大にな
るまでの成長時間を１５μＳ、可動部材の長さ１５０μ
ｍにおいて、可動部材の波動伝達速度を１５ｍ／ｓ以上
としたところ、（１５μＳ）＞（１５０μｍ／１５ｍ／
ｓ）となり、適正な状態となり特性が安定的に向上し
た。（実施例１０）図１６は本実施例の液体吐出ヘッドの模
式断面図である。基本的な構成は第８の実施例と同様で
あるので、その説明を省略する。

【０１８０】本実施例は、第９の実施例と基本的には同
様であるが、特徴的な点は可動部材３１の自由端３２
が、発熱体２の吐出口側端より吐出口側にあることであ
る。

【０１８１】図１６（ａ）に示す状態で、発熱体２に駆
動パルスが印加されると、可動部材３１の剛性が低いな
どの条件により、発泡のパワーによって、図１６（ｂ）
に示すように、発熱体２の吐出口と反対側に対応する可
動部材３１の部分Ｄより波形ｆA，ｆBが発生すると共
に、発熱体２の吐出口側に対応する可動部材３１の部分
Ｑより波形ｆC，ｆDが発生する。これは、気泡４０の圧
力が可動部材３１に平行して均一的に与えられた瞬間に
発生する状態で、この状態自体では、前の実施例と同様
に可動部材のない従来ヘッドに比べある程度吐出効率は
向上するが気泡を吐出口１８に導くのに最も効率的な状
態とは言えない。

【０１８２】しかしながら、図１６（ｃ）に示すよう
に、波形ｆA，ｆBは、可動部材３１の波動伝達特性によ
って、可動部材３１の自由端３２側と支点３３側に進行
する。また、波形はｆC，ｆDは、可動部材３１の支点３
３側と自由端３２側に進行する。図１６（ｄ）に示す
ように、可動部材３１が最大に変位する時までに、波形
ｆA，ｆBが自由端３２と支点３３に、また、ｆC，ｆDが
支点３３と自由端３２に各々到達していると、可動部材
全体は自由端を最大変位位置として気泡４０を吐出口１
８に導く、最も効率的な状態となる。

【０１８３】したがって、気泡が最大になる時間または
可動部材が最大変位する時間までに、この状態とするに
は、第２の実施例と同様、下記の数式３を満たす必要が
ある。

【０１８４】

【数３】（気泡が最大になる時間）＞（可動部材の波動
伝達時間）または（可動部材が最大変位する時間）＞
（可動部材の波動伝達時間）このとき、可動部材の長さに応じて、可動部材の波動伝
達時間は下記の数式４で求められる。

【０１８５】

【数４】（可動部材の波動伝達時間）＝（可動部材の長
さ）／（可動部材の波動伝達速度）すなわち、可動部材の波動伝達速度を気泡の成長速度よ
り速くする必要がある。

【０１８６】このような構成とすることにより、第９の
実施例と同様な効果が得られた。

【０１８７】次に、可動部材の自由端の移動を促進する
変位促進手段を実施例１１〜実施例１６を参照して説明
する。（実施例１１）以上説明した吐出原理に基づく液体吐出
ヘッド構造において、気泡発生領域を覆うように設けら
れた可動部材の変位により気泡の発生に基づく圧力の伝
搬や気泡自身の成長を吐出口側に導くといった作用は、
可動部材の形状および配置位置（気泡発生領域と可動部
材との位置関係）により異なる。本発明の液体吐出ヘッ
ドは、気泡の発生に基づく圧力の伝搬や気泡自身の成長
をより効果的に、より安定に吐出口側に導くことができ
ような構造を実現するものである。具体的には、上述し
た実施例１と実施例２において図１〜７に示した位置関
係において、発熱体２の下流側の端部Ｅが自由端３２に
対して上流側に位置する場合、さらには点Ｄまたは点Ｆ
に対して発熱体２の上流側の端部Ｃが上流側に位置する
ような場合にも、気泡の発生に基づく圧力の伝搬や気泡
自身の成長をより効果的に、より安定に吐出口側に導く
ことのできる構造を実現する。

【０１８８】以下、上記のような気泡の発生に基づく圧
力の伝搬や気泡自身の成長をより効果的に、より安定に
吐出口側に導くことのできる構造として、可動部材の一
部に補強部材を配して可動部材の変位方向に対する剛性
を高めた例と、可動部材の一部に剛性を高める形状加工
を施した例を挙げ、その構成について具体的に説明す
る。

【０１８９】（１）可動部材の一部に補強部材を配した
例図１７は、本発明の液体吐出ヘッドの可動部材の第１の
形状例を示す図で、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）の
Ａ−Ａ’断面図である。同図において、可動部材３１の
中央には、変位可能な平板状の補強部材３１ａが支点３
３近傍から可動部材の長手方向に沿って配されており、
気泡の発生に基づいて変位する可動部材３１の強度を高
める構造になっている。この補強部材３１ａの長さ、厚
さ、幅は、気泡発生領域の大きさや発熱体２との位置関
係などにより決まる。ここでは、補強部材３１ａは、可
動部材３１の自由端３２側の部分がある程度残る長さと
され、その幅は可動部材３１より小さい。

【０１９０】上記のように自由端３２側の一部分を除く
部分が補強部材３１ａにより補強された可動部材３１で
は、例えば、サイズの小さな発熱体の場合は、図１８
（ａ）に示すように、可動部材３１の自由端側の補強さ
れていない第１の変位領域（自由端側の剛性の弱い部
分）が気泡の圧力を吐出口側へ導くよう作用し、サイズ
の大きな発熱体の場合には、図１８（ｂ）に示すよう
に、補強部材３１ａにより補強された第２の変位領域
（支点側の剛性の強い部分）が気泡の上流側部分を可動
部材の自由端側へ導き、自由端側の第２の変位領域（剛
性の弱い部分）が気泡の圧力を吐出口側へ導くよう作用
する。このように、発泡時の気泡の圧力、特に気泡の下
流側の圧力をより効率的に可動部材の自由端側に集中的
に作用させることができ、より大きな発泡パワーに対し
ても可動部材の変位形状を適正化し、安定的に気泡を吐
出口方向に向かわせることができる。

【０１９１】特に、本発明の場合は、発生した気泡のう
ち、下流側の吐出口に近い部分は、気泡の圧力伝搬方向
や成長成分は吐出口に向かう成分が多く、気泡を制御す
る力はわずかで済むため、該部分に対向する第１の変位
領域の強度は弱くてよい。また、発生した気泡のうち上
流側の圧力成長成分は吐出口と反対に向かう成分が多い
ため、より強い力で大きく制御する必要があり、そのた
め該部分に対向する第２の変位領域の強度を大きくする
必要があり、可動部材を補強部材３１ａで補強してい
る。したがって、本発明は吐出口に近い側の第１の変位
領域と遠い側の第２の変位領域の強度は、（第１の変位
領域）＜（第２の変位領域）とすればよく、その境界部
は上述した理由より、図１９に示すように気泡発生領域
（もしくは発熱体２）と対向する部分にあることが効果
的で、好ましくは、該対向部の中心から該対向部の長さ
の±３０％の領域、より好ましくは±１０％の領域が好
ましい。また、補強部材は支点部に作用するよう支点部
を含む領域がよい。

【０１９２】可動部材の異なる変位領域は３つ以上でも
よく、この場合、各変位領域を吐出口側から第１の変位
領域、第２の変位領域・・・とすると、各領域の強度は
（第１の変位領域）＜（第２の変位領域）＜（第２の変
位領域）・・・である。また、各変位領域の境界部は上
記と同様、気泡発生領域（もしくは発熱体）と対向する
部分にあることが効果的である。

【０１９３】図２０（ａ），（ｂ）は上述の図１８
（ａ），（ｂ）と同様で、可動部材の一部に補強部材を
配し、可動部材全体として第１の変位領域と第２の変位
領域を有するようにしたものである。本構成は、個別に
独立して制御可能な複数の発熱体２ａ，２ｂを有し、各
々第１の変位領域と第２の変位領域に作用するように設
けたものである。これは、特開平７−２５６３４７号公
報に記載の複数ヒータと基本的に同様の構成の基板に本
発明の第１、第２の変位領域を有する可動部材を発熱体
に対面させたもので、詳細な説明はここでは省略する。

【０１９４】図２０（ａ）では、発熱体２ａのみに発熱
エネルギーを印加して、気泡発生領域に気泡を発生した
場合であり、この場合の気泡発生パワーは可動部材の先
端部のみで、小さなパワーであるため、可動部材のうち
第１の変位領域の小さいなパワーで変位する部分が特に
作用させられるため、効率良く気泡を吐出口方向に導く
ことができる。

【０１９５】図２０（ｂ）では、発熱体２ａ，２ｂとも
に発熱エネルギーを印加して、気泡発生領域に大きな気
泡を発生した場合であり、この場合は、可動部材のうち
第１、第２の変位領域が作用し、自由端側がより変位す
る状態になるため、大きなパワーをより効率よく制御し
て吐出口方向に導くことができ、吐出効率は安定的に向
上する。

【０１９６】このように、発泡パワーが異なるタイプの
ヘッドにおいても、それぞれに対して適正に可動部材が
変位するため、吐出効率が安定的に向上するだけでな
く、階調制御等を有する場合においても制御性や吐出効
率で優れたものとなる。

【０１９７】また、上述した発泡パワーが可変できるも
のにおいては、後述する他の可動部材例も適用可能であ
る。

【０１９８】なお、上述の可動部材３１の補強では、補
強部材３１ａを可動部材３１に貼り合わせ、もしくは単
に重ね合わせることによって補強した。

【０１９９】（２）可動部材の一部に剛性を高める形状
加工を施した例上述の例では、可動部材３１の一部の厚みの補強するこ
とにより剛性を高めることを行っているが、可動部材の
一部を剛性を高める形状に加工することによっても同等
の作用を得ることができる。本例では、可動部材３１の
中央に、支点３３近傍から可動部材の長手方向に沿って
変位に対する剛性を高めるような形状加工を施すこと
で、気泡の発生に基づいて変位する可動部材３１の強度
を高めている。この加工部の長さおよび幅は、気泡発生
領域の大きさや発熱体２との位置関係などにより決まる
が、上述した如く、可動部材３１の自由端３２側の部分
がある程度残る長さとすることにより、図１８（ａ），
（ｂ）や図２０（ａ），（ｂ）に示すような作用を得ら
れる。

【０２００】上記のような剛性を高める形状としては様
々な形状のものが考えられる。例えば、図２１に示すよ
うな断面形状が波状のもの、図２２に示すような断面形
状が凸状のもの、図２３に示すような断面形状が山状も
もの、図２４に示すような断面形状が弧状のもの等が考
えられる。いずれの形状の場合も、可動部材の変位方向
に対する剛性を高める。

【０２０１】上記のような形状を持つ可動部材の製造
は、メッキ処理や電鋳により行うことができる。一例と
して、図２２に示す形状の可動部材の製造方法を以下に
述べる。

【０２０２】ＳＵＳ基板７０１上にレジストパターン７
０２を形成する（図２５（ａ）の工程）。続いて、レジ
ストパターン７０２をマスクとして金属基板７０１をエ
ッチング液（塩化第２鉄又は塩化第２銅の水溶液）に侵
漬することにより露出している部分をエッチングしてレ
ジストパターン７０１を除去する（図２５（ｂ）の工
程）。その後、エッチングが施された金属基板７０１に
対して電気メッキ処理を行って例えば厚さ２．５μｍの
ニッケル層６０３を形成する（図２５（ｃ）の工程）。
ここで、メッキ液はスルフォン酸ニッケルに応力減少剤
（ワールドメタル社製：ゼロオール）とほう酸、ピット
防止剤（ワールドメタル社製：ＮＰ−ＡＰＳ）、塩化ニ
ッケルを使用した。以上の工程を応用することにより、
図２１、図２３、図２４の形状を有する可動部材も形成
可能である。

【０２０３】次に、上述した可動部材を用いた液体吐出
ヘッドの具体的な構成について説明する。

【０２０４】図３６は、上述した可動部材の一部に補強
材を配した例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３７はこの液体吐出ヘッドの部分破断
斜視図を示している。

【０２０５】なお、図３６および図３７に関しては、原
理説明の欄で述べたのでその詳細については省略する。

【０２０６】この可動部材３１は、前述の説明にて述べ
たように可動部材の一部に変位方向に対する剛性を高め
るための部材や形状加工が施されており、気泡発生領域
１１（Ｂ）に面して配され、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）。

【０２０７】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、前述したよう
に図１〜４もしくは図５〜７に示すような配置と同様に
している。

【０２０８】次に図３８を用いて本液体吐出ヘッドの動
作を説明する。

【０２０９】なお、図３８に関しては、原理説明の欄で
述べたのでその詳細については省略する。

【０２１０】本構成においては、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
６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３８（ａ）の状態から図３８（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。この圧力の伝搬の際、本液体
吐出ヘッドによれば、可動部材の第２の変位領域（支点
側の剛性の強い部分）により気泡の下流側の圧力を効率
的に可動部材の自由端側に集中的に作用させることがで
き、効率的かつ安定的に気泡を吐出口方向に向かわせる
ことができる。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。（実施例１２）上述の実施例１１の液体吐出ヘッドで
は、第１液流路と第２液流路とを区分する分離壁に可動
部材が形成され、その可動部材の一部に剛性を高めるよ
うに補強部材を配したり、剛性を高める形状加工を施し
た構成となっているが、図３４に示すように、土台に支
持された可動部材の一部に剛性を高めるように補強部材
を配したり、剛性を高める形状加工を施した構成として
もよい。

【０２１１】なお、図３４に関しては、原理説明の欄で
述べたのでその詳細については省略する。

【０２１２】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、前述したよう
に図１〜４もしくは図５〜７に示すような配置と同様に
している。

【０２１３】可動部材３１の初期位置（第１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
密着しており、気泡発生領域１１の吐出口１８側に実質
的に密閉されている。このため、発泡時の気泡の圧力、
特に気泡の下流側の圧力を逃がさず可動部材の自由端側
に集中的に作用させることができる。この作用に加え
て、本実施例においても、上述の実施例１１の場合と同
様に、可動部材の第２の変位領域（支点側の剛性の強い
部分）により気泡の下流側の圧力が効率的に可動部材の
自由端側に集中的に導かれるので、上述の第１１実施例
と比較して、さらに効率的かつ安定的に気泡を吐出口方
向に向かわせることができる。（実施例１３）前述の各実施例では、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が設けられ、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
側に集中させる構成となっているが、図３５に示すよう
に、凸部を設けず、可動部材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
閉せずに開放した構成としてもよい。この場合は、発生
する気泡の自由度を与えながら、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が可動部材の自
由端側の第１の変位領域（剛性の弱い部分）で規制され
る。

【０２１４】なお、図３５に関しては、原理説明の欄で
述べたのでその詳細については省略する。（実施例１４）図２６に示すように、可動部材３１の自
由端の位置が発熱体２のさらに下流側に位置するように
することによって、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。すなわち、可動
部材の第２の変位領域（支点側の剛性の強い部分）が気
泡の上流側部分を自由端側へ導き、第１の変位領域（自
由端側の剛性の弱い部分）が気泡の圧力を吐出口側へ導
く作用がより効果的に行われる。

【０２１５】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の第２の変位領域は変位速度Ｒ１
で変位するが、この位置より支点３３に対して、遠い位
置の第１の変位領域はさらに速い速度Ｒ２で変位する。
これにより、自由端３２側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。

【０２１６】また、自由端が先の実施例に比較して吐出
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、より優れた吐出を行うことがで
きる。（実施例１５）構造の簡略化を図るために、図２７に示
すような、吐出口と直接連通する領域を液室側と連通し
た流路形状としない構成とすることもできる。この場
合、液供給は全て、可動部材３１の発泡領域側の面に沿
った液供給路１２からのみ行われる。

【０２１７】この液体吐出ヘッドでは、発熱体２により
液体を発泡させた状態（図２６（ａ）の状態）から発泡
が収縮しつつある状態（図２７（ｂ）の状態）へ遷移す
る過程において、可動部材３１の初期位置への復帰とＳ
3による液供給が行われる。そして、図２７（ｃ）の状
態では、可動部材が初期部材が初期位置に復帰する際の
わずかなメニスカス後退Ｍが、消泡後に吐出口１８付近
の毛細管力によって、強制リフィルされる。（実施例１６）図２８は、本発明の液体吐出ヘッドの一
実施例を示す模式的部分破断斜視図である。

【０２１８】本実施例の液体吐出ヘッドは、発熱体２の
発熱面に実質的に平行に対面する様に吐出口１８が配さ
れた、いわゆるサイドシュータタイプのヘッドである。
発熱体２（本実施例では４８μｍ×４６μｍの発熱抵抗
体）は、基板２上に設けられており、液体に米国特許第
４，７２３，１２９に記載されている様な膜沸騰を生じ
させて気泡を発生させるために利用される熱エネルギー
を発生する。吐出口１８は、吐出口部材であるオリフィ
スプレート５１に設けられている。

【０２１９】吐出口１８に直接連通する様に、液体を流
すための液流路１４がオリフィスプレート５１と基板１
との間に設けられている。

【０２２０】液流路１６には、発熱体２に対向して平板
片持梁形状の２つの可動部材３１が設けられている。各
可動部材３１は、上述の各実施例と同様、その一部に剛
性を高めるように補強部材を配したり、剛性を高める形
状加工を施した構成となっている。各可動部材におい
て、各変位領域を吐出口側から第１、第２の変位領域と
すると、各変位領域の強度は（第１の変位領域）＜（第
２の変位領域）となっており、各変位領域の境界部は上
述の各実施例で説明したように、気泡発生領域（もしく
は発熱体２）と対向する部分にあることが効果的で、好
ましくは、該対向部の中心から該対向部の長さの±３０
％の領域、より好ましくは±１０％の領域が好ましい。
また、補強部材は支点部に作用するよう支点部を含む領
域がよい。

【０２２１】発熱体２の発熱面から熱が発生することで
液体に気泡が発生すると、各可動部材の第１、第２の変
位領域が作用し、自由端側がより変位した状態となっ
て、気泡の下流側および上流側の圧力が効率的に各可動
部材の自由端側に集中的に導かれ、効率的かつ安定的に
気泡が吐出口方向に導かれる。

【０２２２】消泡時には、各可動部材３１は基の位置に
戻り、発熱体上への消泡時の液供給は気泡発生領域の吐
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、先の実施例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
実施例と同様の機能、効果を得ることができる。（その他の実施例）以上、本発明の液体吐出ヘッドや液
体吐出方法の要部の実施例について説明を行ったが、以
下にこれらの実施例に好ましく適用できる実施形態例に
ついて図面を用いて説明する。但し、以下の説明におい
ては前述の１流路形態の実施例と２流路形態の実施例の
いずれかを取り上げて説明する場合があるが、特に記載
しない限り、両実施例に適用しうるものである。（可動部材および分離壁）図３９（ａ）、（ｂ）および
（ｃ）は、それぞれ可動部材３１の他の形状を示す平面
図であり、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、（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。可動部材の形状は容易
に動作可能な形状で、耐久性に優れた形状であればよ
い。

【０２２３】先の実施例においては、板状可動部材３１
をおよびこの可動部材を有する分離壁３０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、微細なスリットが形成できるもので
あればよい。

【０２２４】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。

【０２２５】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。

【０２２６】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。

【０２２７】なお、可動部材３１を形成するためのスリ
ット３５の幅は本実施例では２μｍとしたが、発泡液と
吐出液とが異なる液体であり、両液体の混液を防止した
い場合は、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し、夫々の液体同士の流通を抑制す
ればよい。例えば、発泡液として２ｃＰ（センチポア
ズ）程度の液体を用い、吐出液として１００ｃＰ以上の
液体を用いた場合には、５μｍ程度のスリットでも混液
を防止することができるが、３μｍ以下にすることが望
ましい。

【０２２８】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。

【０２２９】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３７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
で発泡液と吐出液の混液を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以下の粘度の発泡液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。

【０２３０】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。

【０２３１】上述のように、発泡液と吐出液とに機能分
離させた場合、可動部材がこれらの実質的な仕切部材と
なる。この可動部材が気泡の生成に伴って移動する際に
吐出液に対して発泡液がわずかに混入することが見られ
る。画像を形成する吐出液は、インクジェット記録の場
合、色材濃度を３％乃至５％程度有するものが一般的で
あることを考慮すると、この発泡液が吐出液滴に対して
２０％以下の範囲で含まれても大きな濃度変化をもたら
さない。従って、このような混液としては、吐出液滴に
対して２０％以下となるような発泡液と吐出液との混合
を本発明に含むものとする。

【０２３２】なお、上記構成例の実施では、粘性を変化
させても上限で１５％の発泡液の混合であり、５ｃｐｓ
以下の発泡液では、この混合比率は、駆動周波数にもよ
るが、１０％程度を上限とするものであった。

【０２３３】特に、吐出液の粘度を２０ｃｐｓ以下にす
ればする程、この混液は低減（例えば５％以下）でき
る。（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。

【０２３４】図４０（ａ）および（ｂ）は、それぞれ本
発明の液体吐出ヘッドの縦断面図を示したもので、同図
（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。

【０２３５】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。

【０２３６】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１０
４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。

【０２３７】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。

【０２３８】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４０（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。

【０２３９】このように、前述の各実施例における発熱
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。

【０２４０】本実施例においては、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。

【０２４１】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。

【０２４２】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４１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
例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。（吐出液体、発泡液体）先の実施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。本実
施例の内、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。

【０２４３】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。

【０２４４】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。

【０２４５】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。

【０２４６】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。

【０２４７】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。

【０２４８】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る。

【０２４９】染料インク（粘度２ｃＰ）の組成（Ｃ−１．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に示すような組成の液体を
組み合せて吐出させて記録を行なった。その結果、従来
のヘッドでは困難であった１０ｃＰ粘度の液体はもちろ
ん１５０ｃＰという非常に高い粘度の液体で良好に吐出
でき、高画質な記録物を得ることができた。

【０２５０】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１５ｃＰ）の組成カーボンブラック５重量％スチレンーアクリル酸ーアクリル酸エステル共重合体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％チォジグリコール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２００１００重量％吐出液３（粘度５５ｃＰ）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られにくかった。しか
し、上述の実施例の構成においては、気泡の発生を発泡
液を用いることで充分に、しかも安定して行なうことが
できる。このことで、液滴の着弾精度の向上とインク吐
出量の安定化を図ることができ、記録画像品位を著しく
向上させることができた。（２流路構成のヘッド構造）図４２は、本発明の液体吐
出ヘッドの内２流路構成のヘッドの全体構造を示した分
解斜視図である。

【０２５１】アルミ等の支持体７０上に前述の素子基板
１が配されている。この上に第２液流路１６の壁１６ａ
および第２共通液室１７の壁１７ａが設けられており、
その上に可動部材３１を有する分離壁３０が設けられて
いる。さらに、この分離壁３０の上に第１液流路１４を
構成する複数の溝、第１共通液室１５、この第１共通液
室１５に第１の液体を供給するための供給路２０および
第２共通液室１７に第２の液体を供給するための供給路
２１が設けられた溝付部材５０が設けられており、この
ような構成によって２流路の流路の液体吐出ヘッドを構
成している。（液体吐出ヘッドカートリッジ）次に、上記実施形態例
に係る液体吐出ヘッドを搭載した液体吐出ヘッドカート
リッジを概略説明する。

【０２５２】図４３は、前述した液体吐出ヘッドを含む
液体吐出ヘッドカートリッジの模式的分解斜視図であ
り、液体吐出ヘッドカートリッジは、主に液体吐出ヘッ
ド部２００と液体容器９０とから概略構成されている。

【０２５３】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、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。

【０２５４】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。

【０２５５】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。

【０２５６】液体容器９０は、液体吐出ヘッドに供給さ
れる、インク等の吐出液体と気泡を発生させるための発
泡液とを内部に区分収容している。液体容器９０の外側
には、液体吐出ヘッドと液体容器との接続を行う接続部
材を配置するための位置決め部９４と接続部を固定する
ための固定軸９５が設けられている。吐出液体の供給
は、液体容器の吐出液体供給路９２から接続部材の供給
路を介して液体供給部材８０の吐出液体供給路８１に供
給され、各部材の吐出液体供給路８３，７１，２１を介
して第１の共通液室に供給される。発泡液も同様に、液
体容器の供給路９３から接続部材の供給路を介して液体
供給部材８０の発泡液供給路８２に供給され、各部材の
発泡液体供給路８４，７１，２２を介して第２液室に供
給される。

【０２５７】以上の液体吐出ヘッドカートリッジにおい
ては、発泡液と吐出液が異なる液体である場合も、供給
を行いうる供給形態および液体容器で説明したが、吐出
液体と発泡液体とが同じである場合には、発泡液と吐出
液の供給経路および容器を分けなくてもよい。

【０２５８】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。（液体吐出装置）図４４は、前述の液体噴射ヘッドを搭
載した液体吐出装置の概略構成を示している。本実施例
では特に吐出液体としてインクを用いたインク吐出記録
装置を用いて説明する液体吐出装置のキャリッジＨＣ
は、インクを収容する液体タンク部９０と液体吐出ヘッ
ド部２００とが着脱可能なヘッドカートリッジを搭載し
ており、被記録媒体搬送手段で搬送される記録紙等の被
記録媒体１５０の幅方向に往復移動する。

【０２５９】不図示の駆動信号供給手段からキャリッジ
上の液体吐出手段に駆動信号が供給されると、この信号
に応じて液体吐出ヘッドから被記録媒体に対して記録液
体が吐出される。

【０２６０】また、本実施例の液体吐出装置において
は、被記録媒体搬送手段とキャリッジを駆動するための
駆動源としてのモータ１１１、駆動源からの動力をキャ
リッジに伝えるためのギア１１２、１１３キャリッジ軸
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。

【０２６１】図４５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。

【０２６２】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。

【０２６３】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。

【０２６４】上述のような記録装置に適用でき、インク
等の液体の付与が行われる被記録媒体としては、各種の
紙やＯＨＰシート、コンパクトディスクや装飾板等に用
いられるプラスチック材、布帛、アルミニュウムや銅等
の金属材、牛皮、豚皮、人工皮革等の皮革材、木、合板
等の木材、竹材、タイル等のセラミックス材、スポンジ
等の三次元構造体等を対象とすることができる。

【０２６５】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。

【０２６６】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。（記録システム）次に、本発明の液体吐出ヘッドを記録
ヘッドとして用い被記録媒体に対して記録を行う、イン
クジェット記録システムの一例を説明する。

【０２６７】図４６は、前述した本発明の液体吐出ヘッ
ド２０１を用いたインクジェット記録システムの構成を
説明するための模式図である。本実施例における液体吐
出ヘッドは、被記録媒体１５０の記録可能幅に対応した
長さに３６０ｄｐｉの間隔で吐出口を複数配したフルラ
イン型のヘッドであり、イエロー（Ｙ），マゼンタ
（Ｍ），シアン（Ｃ），ブラック（Ｂｋ）の４色に対応
した４つのヘッドをホルダ２０２によりＸ方向に所定の
間隔を持って互いに平行に固定支持されている。

【０２６８】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。

【０２６９】各ヘッドには、吐出液としてＹ，Ｍ，Ｃ，
Ｂｋの４色のインクがそれぞれ２０４ａ〜２０４ｄのイ
ンク容器から供給されている。なお、符号２０４ｅは発
泡液が蓄えられた発泡液容器であり、この容器から各ヘ
ッドに発泡液が供給される構成になっている。

【０２７０】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。

【０２７１】符号２０６は、先の各実施例で説明したよ
うな各種、非記録媒体を搬送するための搬送手段を構成
する搬送ベルトである。搬送ベルト２０６は、各種ロー
ラにより所定の経路に引き回されており、モータドライ
バ３０５に接続された駆動用ローラにより駆動される。

【０２７２】本実施例のインクジェット記録システムに
おいては、記録を行う前後に被記録媒体に対して各種の
処理を行う前処理装置２５１および後処理装置２５２を
それぞれ被記録媒体搬送経路の上流と下流に設けてい
る。

【０２７３】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。

【０２７４】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。

【０２７５】なお、本実施例では、ヘッドとしてフルラ
インヘッドを用いて説明したが、これに限らず、前述し
たような小型のヘッドを被記録媒体の幅方向に搬送して
記録を行う形態のものであってもよい。

【０２７６】さらに、各実施例において、少なくとも２
つを組み合わせて実施することにより発明の効果を高め
ることが可能である。

【０２７７】

【発明の効果】請求項１、２、３〜１３（第１〜第２実
施例）においては、可動部材の自由端側に発泡の圧力が
働き、発泡時の圧力および気泡の成長をより吐出方向に
効率よく導くことができると同時に、可動部材の変位も
スムースに行なわれ、可動部材の耐久性も向上する。

【０２７８】請求項１、２、１４〜２２（第３〜第７実
施例）においては、気泡発生領域における気泡の圧力
が、可動部材のより自由端に近い部分ほど大きく作用す
るようにすることで、可動部材の変位初期から変位動作
全般にわたり自由端がより大きく変位した可動部材の状
態を実現でき、より高い吐出効率と吐出安定性が達成さ
れるとともに、常に安定して可動部材の変位形状を再現
できるため、変位動作がスムースに行なわれ、可動部材
の耐久性をもさらに向上させることができた。

【０２７９】請求項１、２、２３〜３０（第８〜第１０
実施例）においては、可動部材の変位形状を可動部材の
持つ性質によって理想的な状態として気泡を吐出方向に
導くことにより、安定的な吐出状態が得られ、常に吐出
効率を向上した特性が得られると同時に、リフィル効率
や可動部材の耐久性も向上する。

【０２８０】請求項１、２、３１〜６１（第１１〜第１
６実施例）においては、自由端側に可動部材の変位方向
に対する剛性が弱い第１の変位領域、支点側に可動部材
の変位方向に対する剛性が強い第２の変位領域を有する
といった可動部材の特徴的な構造により、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
作用をより有効に活用することができるので、吐出効
率、吐出圧、安定性をより高いものとすることができ
る。

【０２８１】可動部材の各変位領域を吐出口側から第
１、第２の変位領域とすると、各変位領域の強度は（第
１の変位領域）＜（第２の変位領域）となっており、各
変位領域の境界部を気泡発生領域（もしくは発熱体）と
対向する部分に位置するように配置したものでは、気泡
発生に基づく圧力により第１、第２の変位領域が作用
し、自由端側がより変位した状態となって、気泡の下流
側の圧力を効率的に各可動部材の自由端側に集中的に導
くことができ、効率的かつ安定的に気泡を吐出口方向に
導くことができる。

【０２８２】また、気泡発生パワーが小さな場合は、可
動部材のうち第１の変位領域が特に作用して、小さなパ
ワーをより効率良く制御して気泡を吐出口方向に導くこ
とができ、気泡発生領域に大きな気泡を発生した場合に
は、可動部材のうち第１、第２の変位領域が作用し、自
由端側をより大きく変位した状態として、大きなパワー
をより効率よく制御して吐出口方向に導くことができる
ため、発熱エネルギーを有効に利用することができる。

【０２８３】さらには、発泡パワーが異なるタイプのヘ
ッドにおいても、それぞれに対して適正に可動部材が変
位するため、吐出効率が安定的に向上するだけでなく、
階調制御等を有する場合においても制御性や吐出効率で
優れたものとなる。

【０２８４】また、上記のように吐出効率、吐出圧、安
定性の高い吐出性能を得ることができることから、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
ことを防止できる。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。これに伴い、回復時間の短縮や
回復による液体の損失を低減でき、ランニングコストも
大幅に下げることが可能である。また、リフィル特性も
向上することから、連続吐出時の応答性、気泡の安定成
長、液滴の安定化を図ることもできる。

【０２８５】また、本発明の液体吐出ヘッドを記録用の
液体吐出記録ヘッドとして用いることで、さらに高画質
な記録を達成することができた。

【０２８６】また、本発明の液体吐出ヘッドを用い、液
体の吐出効率等がさらに向上した液体吐出装置を提供す
ることができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施例における液体吐出ヘッドの発熱体
の吐出口側端が可動部材の自由端より吐出口に近い位置
である場合を示す模式断面図である。

【図２】第１の実施例における液体吐出ヘッドの発熱体
の吐出口側端が可動部材の自由端より吐出口から遠い位
置である場合を示す模式断面図である。

【図３】第１の実施例における液体吐出ヘッドの発熱体
の吐出口側端が可動部材の自由端と同位置である場合を
示す模式断面図である。

【図４】可動部材の動作を説明するための図である。

【図５】第２の実施例における液体吐出ヘッドの発熱体
の吐出口側端が可動部材の自由端より吐出口に近い位置
である場合を示す模式断面図である。

【図６】第２の実施例における液体吐出ヘッドの発熱体
の吐出口側端が可動部材の自由端より吐出口から遠い位
置である場合を示す模式断面図である。

【図７】第２の実施例における液体吐出ヘッドの発熱体
の吐出口側端が可動部材の自由端と同位置である場合を
示す模式断面図である。

【図８】第３の実施例における液体吐出ヘッドの模式図
である。

【図９】第３の実施例における液体吐出ヘッドの動作を
説明するための図である。

【図１０】第４の実施例における液体吐出ヘッドの発熱
体の構造を第１液流路側から見た図である。

【図１１】第５の実施例の液体吐出ヘッドの模式断面図
である。

【図１２】第６の実施例の液体吐出ヘッドの模式断面図
である。

【図１３】第７の実施例のサイド形態の液体吐出ヘッド
の模式断面図である。

【図１４】第８の実施例における液体吐出ヘッドの模式
図である。

【図１５】第９の実施例における液体吐出ヘッドの模式
図である。

【図１６】第１０の実施例における液体吐出ヘッドの模
式図である。

【図１７】第１１の実施例における液体吐出ヘッドの可
動部材の第１の形状例を示す図で、（ａ）は斜視図、
（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’断面図である。

【図１８】図１７に示す可動部材を備える液体吐出ヘッ
ドにおける液体吐出を説明するための図で、（ａ）は発
熱体が小さい場合の液体吐出の摸式図、（ｂ）は発熱体
が大きい場合の液体吐出の摸式図である。

【図１９】第１の変位領域と第２の変位領域の境界部の
位置関係を示す図である。

【図２０】（ａ），（ｂ）は、図１７に示す可動部材と
複数の発熱体とを備える液体吐出ヘッドにおける液体吐
出を説明するための図である。

【図２１】（ａ）は一部に剛性を高める波状加工が施さ
れ可動部材の部分斜視図で、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’
断面図である。

【図２２】（ａ）は一部に剛性を高める凹状加工が施さ
れ可動部材の部分斜視図で、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’
断面図である。

【図２３】（ａ）は一部に剛性を高める鋭角な辺を持つ
形状の加工が施され可動部材の部分斜視図で、（ｂ）は
（ａ）のＡ−Ａ’断面図である。

【図２４】（ａ）は一部に剛性を高める弧状加工が施さ
れ可動部材の部分斜視図で、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’
断面図である。

【図２５】（ａ）〜（ｄ）は図２２に示す可動部材の製
造方法を説明するための工程図である。

【図２６】第１４の実施例における液体吐出ヘッドの模
式断面図である。

【図２７】第１５の実施例における液体吐出ヘッド（２
流路）の断面図である。

【図２８】本発明の液体吐出ヘッドの一実施例を示す模
式的部分破断斜視図である。

【図２９】本発明の液体吐出ヘッドの一例を示す模式断
面図である。

【図３０】本発明の液体吐出ヘッドの部分破断斜視図で
ある。

【図３１】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３２】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３３】本発明の液体の流れを説明するための模式図
である。

【図３４】本発明の液体吐出ヘッドの部分破断斜視図で
ある。

【図３５】本発明の液体吐出ヘッドの部分破断斜視図で
ある。

【図３６】本発明の液体吐出ヘッド（２流路）を示す模
式断面図である。

【図３７】本発明の液体吐出ヘッド（２流路）の部分破
断斜視図である。

【図３８】可動部材の動作を説明するための図である。

【図３９】可動部材の他の形状を説明するための図であ
る。

【図４０】本発明の液体吐出ヘッドの縦断面図である。

【図４１】駆動パルスの形状を示す模式図である。

【図４２】本発明のヘッドの分解斜視図である。

【図４３】液体吐出ヘッドカートリッジの分解斜視図で
ある。

【図４４】液体吐出装置の概略構成図である。

【図４５】装置ブロックである。

【図４６】液体吐出記録システムを示す図である。

【図４７】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５配線電極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供給部２１第２供給部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３１ａ補強部材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５４液室５５弁７０支持体７２第２液流路壁７８ばね８０供給部材９７マスクパターン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号特願平8−183854 (32)優先日平８(1996)７月12日 (33)優先権主張国日本（ＪＰ） (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

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】気泡により気泡発生領域に対面し自由端
を備えた可動部材を変位させ液体を吐出させる液体吐出
方法であって、可動部材の自由端を変位促進手段により
移動促進させることを特徴とする液体吐出方法。
【請求項２】気泡により気泡発生領域に対面し自由端
を備えた可動部材を変位させ液体を吐出させる液体吐出
ヘッドであって、可動部材の自由端の移動促進を行わせ
しめる変位促進手段を有することを特徴とする液体吐出
ヘッド。
【請求項３】気泡の圧力を可動部材の自由端側から１
／２の領域に加え、自由端の変位が最大となるような変
位形状とすることを特徴とする請求項１記載の液体吐出
方法。
【請求項４】気泡の圧力を可動部材の自由端側から２
／５の領域に加え、自由端の変位が最大となるような変
位形状とすることを特徴とする請求項１記載の液体吐出
方法。
【請求項５】請求項３または４記載の気泡により気泡
発生領域に対面し自由端を備えた可動部材を変位させ液
体を吐出させる液体吐出方法は、液体を吐出する吐出口
と、液体に気泡を発生させる気泡発生領域と、前記気泡
発生領域に面して配され、第１の位置と該第１の位置よ
りも気泡発生領域から遠い第２の位置との間を変位可能
な可動部材とを有するヘッドを用い、該可動部材は、前記気泡発生部での気泡の発生に基づく
圧力によって、前記第１の位置から前記第２の位置へ変
位すると共に、前記可動部材の変位によって前記気泡を
吐出口に向かう方向の上流よりも下流に大きく膨張させ
ることで液体を吐出することを特徴とする液体吐出方
法。
【請求項６】気泡発生領域の吐出口と反対側の端を、
可動部材の中心より自由端側に配置したことを特徴とす
る請求項２記載の液体吐出ヘッド。
【請求項７】気泡発生領域の吐出口と反対側の端を、
可動部材の自由端から２：３に分ける点より自由端側に
配置したことを特徴とする請求項２記載の液体吐出ヘッ
ド。
【請求項８】請求項６または７記載の気泡発生領域の
気泡により自由端を備えた可動部材を変位させ液体を吐
出させる液体吐出ヘッドは、液体を吐出する吐出口と、
液体に気泡を発生させる気泡発生領域と、前記気泡発生
領域に面して配され、第１の位置と該第１の位置よりも
前記気泡発生領域から遠い第２の位置との間を変位可能
な可動部材とを有し、該可動部材は、前記気泡発生部で
の気泡の発生に基づく圧力によって、前記第１の位置か
ら前記第２の位置へ変位すると共に、前記可動部材の変
位によって前記気泡を吐出口に向かう方向の上流よりも
下流に大きく膨張させることで液体を吐出する液体吐出
ヘッドであることを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項９】気泡発生手段が発熱体であることを特徴
とする請求項８記載の液体吐出ヘッド。
【請求項１０】発熱体の吐出口側端は可動部材の自由
端より吐出口に近い位置としたことを特徴とする請求項
９記載の液体吐出ヘッド。
【請求項１１】発熱体の吐出口側端は可動部材の自由
端より吐出口から遠い位置としたことを特徴とする請求
項９記載の液体吐出ヘッド。
【請求項１２】発熱体の吐出口側端は可動部材の自由
端と同位置としたことを特徴とする請求項９記載の液体
吐出ヘッド。
【請求項１３】発熱体の端部はパターンエッジから内
側１〜８μｍの領域を含むことを特徴とする９〜１２の
いずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項１４】可動部材に作用させる気泡の圧力のう
ち自由端に近い側に作用させる圧力を、支点に近い側に
作用させる圧力より相対的に高めることで、可動部材の
うち自由端の変位をそれ以外よりも高めたことを特徴と
する請求項１記載の液体吐出方法。
【請求項１５】液体を吐出する吐出口と、液体に気泡
を発生させる気泡発生領域と、前記気泡発生領域に面し
て配され、第１の位置と該第１の位置よりも気泡発生領
域から遠い第２の位置との間を変位可能な可動部材とを
有するヘッドを用い、該可動部材は、前記気泡発生部での気泡の発生に基づく
圧力によって、前記第１の位置から前記第２の位置へ変
位すると共に、前記可動部材の変位によって前記気泡を
吐出口に向かう方向の上流よりも下流に大きく膨張させ
ることで液体を吐出する液体吐出方法であって、可動部
材に作用させる気泡の圧力のうち自由端に近い側に作用
させる圧力を、支点に近い側に作用させる圧力より相対
的に高めることで、可動部材のうち自由端の変位をそれ
以外よりも高めたことを特徴とする請求項１記載の液体
吐出方法。
【請求項１６】可動部材に作用させる気泡の圧力のう
ち自由端に近い側に作用させる圧力を、支点に近い側に
作用させる圧力より相対的に高めることで、可動部材の
うち自由端の変位をそれ以外よりも高めたことを特徴と
する請求項２記載の液体吐出ヘッド。
【請求項１７】液体を吐出する吐出口と、液体に気泡
を発生させる気泡発生領域と、前記気泡発生領域に面し
て配され、第１の位置と該第１の位置よりも前記気泡発
生領域から遠い第２の位置との間を変位可能な可動部材
とを有し、該可動部材は、前記気泡発生部での気泡の発
生に基づく圧力によって、前記第１の位置から前記第２
の位置へ変位すると共に、前記可動部材の変位によって
前記気泡を吐出口に向かう方向の上流よりも下流に大き
く膨張させることで液体を吐出する液体吐出ヘッドであ
って、可動部材に作用させる気泡の圧力のうち自由端に
近い側に作用させる圧力を、支点に近い側に作用させる
圧力より相対的に高めることで、可動部材のうち自由端
の変位をそれ以外よりも高めたことを特徴とする請求項
２記載の液体吐出ヘッド。
【請求項１８】気泡発生領域の側壁が可動部材の自由
端近傍で狭いことを特徴とする請求項１７記載の液体吐
出ヘッド。
【請求項１９】気泡発生手段が発熱体であることを特
徴とする請求項１７記載の液体吐出ヘッド。
【請求項２０】発熱体の吐出口と反対側の一部がマス
クされていることを特徴とする請求項１９記載の液体吐
出ヘッド。
【請求項２１】発熱体の吐出口側の発熱面積が大きい
ことを特徴とする請求項１９記載の液体吐出ヘッド。
【請求項２２】発熱体の吐出口側が可動部材に近いこ
とを特徴とする請求項１９記載の液体吐出ヘッド。
【請求項２３】可動部材の固有振動数を前記気泡の発
生から消滅までの周期の逆数より大きくしたことを特徴
とする請求項２記載の液体吐出ヘッド。
【請求項２４】可動部材の固有振動数を前記液体吐出
の最大駆動周波数より大きくしたことを特徴とする請求
項２記載の液体吐出ヘッド。
【請求項２５】可動部材の波動伝達速度を気泡の成長
速度より速くしたことを特徴とする請求項２記載の液体
吐出ヘッド。
【請求項２６】気泡により気泡発生領域に対面し自由
端を備えた可動部材を変位させ液体を吐出させる液体吐
出ヘッドであって、可動部材の波動伝達速度を１０ｍ／
ｓ以上としたことを特徴とする請求項２５記載の液体吐
出ヘッド。
【請求項２７】請求項２３〜２６のいずれかに記載の
液体吐出ヘッドが、液体を吐出する吐出口と、液体に気
泡を発生させる気泡発生領域と、前記気泡発生領域に面
して配され、第１の位置と該第１の位置よりも前記気泡
発生領域から遠い第２の位置との間を変位可能な可動部
材とを有し、該可動部材は、前記気泡発生領域での気泡
の発生に基づく圧力によって、前記第１の位置から前記
第２の位置へ変位すると共に、前記可動部材の変位によ
って前記気泡を吐出口に向かう方向の上流よりも下流に
大きく膨張させることで気泡を吐出口方向へ導き液体を
吐出する液体吐出ヘッドであることを特徴とする液体吐
出ヘッド。
【請求項２８】前記気泡は発熱体による液体加熱で発
生することを特徴とする請求項２７記載の液体吐出ヘッ
ド。
【請求項２９】前記気泡は発熱体の気泡発生領域で発
生することを特徴とする請求項２８記載の液体吐出ヘッ
ド。
【請求項３０】請求項２３〜２９のいずれか１項に記
載の液体吐出ヘッドを使用して吐出することを特徴とす
る液体吐出方法。
【請求項３１】液体を吐出する吐出口と、前記吐出口から液体を吐出させるための気泡が生成され
る気泡発生領域と、前記気泡発生領域に面して配され、第１の位置と該第１
の位置よりも前記気泡発生領域から遠い第２の位置との
間を変位可能な少なくとも１つの可動部材と、を有し、前記可動部材は、吐出口へ向かう液体の流れの上流側に
支点、下流側に自由端を持ち、前記自由端側に第１の変
位領域、前記支点側に前記第１の変位領域より可動部材
の変位方向に対する剛性が強い第２の変位領域を有し、
前記気泡発生領域での気泡の発生に基づく圧力によって
前記第１の位置から前記第２の位置に変位して該圧力を
前記吐出口方向へ導き、前記吐出口から液体を吐出させ
ることを特徴とする請求項２記載の液体吐出ヘッド。
【請求項３２】前記可動部材は、第１の変位領域が前
記気泡発生領域に面していることを特徴とする請求項３
１記載の液体吐出ヘッド。
【請求項３３】前記可動部材は、第１および第２の変
位領域が前記気泡発生領域にまたがって面していること
を特徴とする請求項３１記載の液体吐出ヘッド。
【請求項３４】前記第１の変位領域と前記第２の変位
領域の境界部が、前記気泡発生領域に気泡を発生する発
熱体と対向する対向部にあることを特徴とする請求項３
１記載の液体吐出ヘッド。
【請求項３５】前記第１の変位領域と前記第２の変位
領域の境界部が、前記対向部の中心にあることを特徴と
する請求項３４記載の液体吐出ヘッド。
【請求項３６】前記第１の変位領域と前記第２の変位
領域の境界部が、前記対向部の中心から該対向部の長さ
の±３０％の領域にあることを特徴とする請求項３４記
載の液体吐出ヘッド。
【請求項３７】前記第１の変位領域と前記第２の変
位領域の境界部が、前記対向部の中心から該対向部の長
さの±１０％の領域にあることを特徴とする請求項３４
記載の液体吐出ヘッド。
【請求項３８】前記可動部材は、可動部材の変位方向
に対する剛性が異なる複数の変位領域を備えることを特
徴とする請求項３１記載の液体吐出ヘッド。
【請求項３９】前記可動部材は前記気泡発生領域に気
泡を発生する複数の発熱体と対向することを特徴とする
請求項３１記載の液体吐出ヘッド。
【請求項４０】前記可動部材は、変位可能な平板状の
補強部材が支点近傍から可動部材の長手方向に沿って設
けられており、該補強部材が設けられた部分を前記第２
の変位領域とすることを特徴とする請求項３１〜３９の
いずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項４１】前記可動部材は、支点近傍から可動部
材の長手方向に沿って延在する折り曲げ部が設けられて
おり、該折り曲げ部が設けられた部分を前記第２の変位
領域とすることを特徴とする請求項３１〜３９のいずれ
か１項に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項４２】前記折り曲げ部は、可動部材の長手方
向と直交する断面の形状が凸状または凹状であることを
特徴とする請求項４１記載の液体吐出ヘッド。
【請求項４３】前記折り曲げ部は、可動部材の長手方
向と直交する断面の形状が波状であることを特徴とする
請求項４１記載の液体吐出ヘッド。
【請求項４４】前記折り曲げ部は、鋭角な辺が可動部
材の長手方向に沿って延在することを特徴とする請求項
４１記載の液体吐出ヘッド。
【請求項４５】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
泡発生領域であることを特徴とする請求項３１〜３９の
いずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項４６】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ことを特徴とする請求項
４５記載の液体吐出ヘッド。
【請求項４７】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ことを特徴
とする請求項４５記載の液体吐出ヘッド。
【請求項４８】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ことを特徴とする請求項４７記
載の液体吐出ヘッド。
【請求項４９】前記発熱体の全面が前記可動部材に面
していることを特徴とする請求項４７記載の液体吐出ヘ
ッド。
【請求項５０】前記可動部材の総面積が前記発熱体の
総面積より大きいことを特徴とする請求項４７記載の液
体吐出ヘッド。
【請求項５１】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ことを特徴とする請求
項４７記載の液体吐出ヘッド。
【請求項５２】前記吐出口に連通した第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気泡
発生領域を有する第２の液流路と、を有し、前記可動部材は前記第１流路と第２流路とを区分する分
離壁の一部として構成されていることを特徴とする請求
項３１〜３９のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項５３】気泡の発生によって吐出口から液体を
吐出させる液体吐出方法において、前記吐出口へ向かう液体の流れの上流側に支点、下流側
に自由端を持ち、自由端側に第１の変位領域、前記支点
側に前記第１の変位領域より変位方向に対する剛性が強
い第２の変位領域を有する可動部材を、前記気泡が発生
する気泡発生領域に面して配し、前記可動部材を、前記気泡発生領域での気泡の発生に基
づく圧力によって第１の位置から該第１の位置よりも前
記気泡発生領域から遠い第２の位置に変位させて該圧力
を前記吐出口方向へ導き、前記吐出口から液体を吐出さ
せることを特徴とする請求項１記載の液体吐出方法。
【請求項５４】前記気泡を前記第１の位置を越えて膨
張させると共に前記可動部材を第２の位置へ変位させる
ことを特徴とする請求項５３記載の液体吐出方法。
【請求項５５】前記第１の変位領域の変位によって前
記気泡に基づく圧力を前記吐出口方向へ導くことを特徴
とする請求項５３記載の液体吐出方法。
【請求項５６】前記第２の変位領域の変位によって前
記気泡の上流側部分における圧力を前記可動部材の自由
端側へ導くとともに、前記第１の変位領域の変位によっ
て前記気泡の下流側部分における圧力を前記吐出口方向
へ導くことを特徴とする請求項５３記載の液体吐出方
法。
【請求項５７】前記気泡は、前記可動部材に面した位
置に設けられた発熱体が発生した熱が液体に伝わること
で、液体に膜沸騰現象を生じさせ、該膜沸騰現象によっ
て発生することを特徴とする請求項５３記載の液体吐出
方法。
【請求項５８】請求項３１〜５２のいずれか１項に記
載の液体吐出ヘッドと、該液体吐出ヘッドに供給される
液体を保持する液体容器とを有するヘッドカートリッ
ジ。
【請求項５９】請求項５２に記載の液体吐出ヘッド
と、該液体吐出ヘッドの第１の液流路に供給される第１
の液体および第２の液流路に供給される第２の液体を保
持する液体容器と、を有するヘッドカートリッジ。
【請求項６０】前記液体吐出ヘッドと、前記液体容器
とは分離可能である請求項５８または５９記載のヘッド
カートリッジ。
【請求項６１】請求項３１〜５２のいずれか１項に記
載の液体吐出ヘッドと、該液体吐出ヘッドを搭載する、
副操作方向に往復移動可能なキャリッジとを有し、被記
録媒体への記録を行う液体吐出装置。