JPH11291500A

JPH11291500A - 液体吐出方法および液体吐出ヘッド

Info

Publication number: JPH11291500A
Application number: JP11028835A
Authority: JP
Inventors: Masayoshi Tachihara; 昌義立原; Shuichi Murakami; 修一村上; Yasuyuki Tamura; 泰之田村
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1998-02-10
Filing date: 1999-02-05
Publication date: 1999-10-26
Also published as: KR19990072572A; CN1233561A; CN1269643C; AU1637799A; EP0936070A3; EP0936070A2; CA2261375C; CN1120087C; CN1493457A; KR100320689B1; CA2261375A1

Abstract

(57)【要約】【課題】サイドシュータタイプの液体吐出ヘッドにお
ける突然不吐出の発生を防止する。【解決手段】複数のヒータ１と、これらに対向する位
置に高密度で配置された複数の吐出口４と、これらに連
通する複数の液流路５とを含む液体吐出ヘッドを用い
る。気泡３０１の内圧が大気圧未満の状態で大気と連通
したとき、小体積の液滴を液体から切り離して７ｋＨｚ
以上の周波数駆動で吐出する。液流路５の高さＴｎが６
μｍ以上であり、吐出口４の上面と下面との距離が吐出
口４内の最小距離の半分以下である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インク等の液体の
液滴を紙等の各種の被記録媒体に向けて吐出して記録を
行う液体吐出方法、特に、高解像度を実現するために高
密度に配列された複数の液流路を有する記録ヘッドを用
い、極めて小さな液滴を高周波数で吐出する液体吐出方
法および液体吐出ヘッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】液体吐出方法のうち、特に液体中に気泡
を急速に発生させ、その気泡の成長時の圧力を利用して
吐出口から液体を液滴として吐出させるバブルジェット
方式の液体吐出方法が知られている。このバブルジェッ
ト方式の液体吐出方法では、液体の吐出応答性が高く、
高速記録や高密度記録に優れている。

【０００３】バブルジェット方式の液体吐出方法の中で
も、とりわけ、発熱体上で発生した気泡を吐出口の縁部
において大気と連通させる液体吐出方法が知られてい
る。例えば、公報として、特開平４−１０９４０号，同
４−１０９４１号，同４−１０７４２号等がある。

【０００４】この方式の液体吐出方法の特徴は、第１
に、液体吐出速度を高めることができるので、吐出信頼
性を高めることができること、また、第２に、発熱体と
吐出口との間の液体をほぼ全て吐出できるので、各吐出
口毎の吐出液滴体積がほぼ一様とすることが可能とな
り、記録画像の濃度ムラを少なくすることができる。

【０００５】ところで、記録技術の進歩に伴い、より小
さな体積（例えば、１．５×１０^-15 ｍ³ 以下）の液滴
を被記録媒体上に高密度（例えば、６００ドット／２
５．４ｍｍ以上）にかつ高品位に記録することが求めら
れている。このような高精細記録を行う場合、液滴が吐
出される吐出口およびこの吐出口に連通する液流路を高
密度に配列する必要性が生じる。例えば、上述の６００
ドット／２５．４ｍｍの記録密度を実現するためには、
吐出口の配列を２列千鳥状（同一方向に延在された２列
の吐出口列からなり、一方の列は他方の列に対して半ピ
ッチずつ延在方向にズレているように）に配置するとし
ても、一列当たり３００個／２５．４ｍｍという高い密
度で液流路および吐出口を配列しなければならない。

【０００６】また、より小さな液滴を用いて記録を行う
ことで、吐出液滴数が増加することによる記録速度の低
下を防ぐためには、一つの吐出口から液滴が単位時間に
吐出される回数（以下、吐出周波数という）を上げる必
要性がある。例えば、この吐出周波数は上述の構成で
は、最低７ｋＨｚ程度は必要とされる。

【０００７】この他にも、このように小さな体積の液滴
を吐出させて高品位記録を行うためには、液滴吐出の信
頼性をさらに高める必要がある。

【０００８】一方、バブルジェットの吐出方式として
は、気泡を大気に連通させる方式がある。例えば、特開
平５−１６３６５号公報には、吐出時の液滴の状態と気
泡の大気との連通条件についての十分な技術開示があ
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、この気泡を
大気に連通させる方式のバブルジェット方式の液体吐出
方法を１．５×１０^-15 ｍ³ というような極く小液滴を
吐出するインクジェットヘッドに適用して吐出状態を確
認していたところ、適正な吐出を行っていた吐出口が、
突然吐出しなくなるという現象が発生した。これは、従
来の吐出では生じなかったものであった。この原因を調
べたところ、気泡が大気に連通してからリフィルが終了
するまでの間に記録液が吐出口に突然詰まり、以後記録
装置本体の回復機構を用いて回復処理を行わない限り、
この吐出口からの記録液の吐出が不可能になるというも
のであった。

【００１０】図５はその様子を示す断面図である。図５
に示すように、気泡が大気に連通し記録液５０１が吐出
された直後に、吐出口４に記録液５０１が詰まる。この
とき、インク供給路の途中にも記録液５０１が残ってい
るものの、電気熱変換体１の近傍には、吐出直後である
ため記録液５０１は存在せず、大気圧の空気５０２のみ
が存在している。この状態となってしまうと、電気熱変
換体１に電気パルスを印加したとしても電気熱変換体１
の回りに記録液５０１がないため、その記録液５０１を
吐出させることができず、吐出口４の詰まりを除去する
ことは不可能となる。

【００１１】さらに、本発明は、このタイプのヘッドを
用いて、高密度かつ多数の液流路の構成のものを高周波
数で駆動する時、気泡が大気に連通した後のメニスカス
の状態およびそのバラツキにも注目しなければならない
ことが判明した。これは、本発明の目的は、極めて小さ
い液滴を高周波数で吐出する吐出口を高密度に配列さ
れ、発熱体と対向する位置に吐出口を有する、いわゆる
サイドシュータタイプの液体吐出ヘッドを用い、気泡を
大気と連通させるバブルジェット方式の液体吐出方法で
あって、突然不吐出が起こることがないという吐出信頼
性を保持しつつ、高速記録を可能とする液体吐出方法を
提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の代表的な要件は、次のようなものである。

【００１３】本発明は、液体を発泡させるに十分な熱エ
ネルギを発生する電気熱変換素子および該電気熱変換素
子に対向する位置に設けられた吐出口を一列２５．４ｍ
ｍ当たり３００以上の密度で配置し、前記吐出口にそれ
ぞれ連通する複数の液流路とを含む液体吐出ヘッドを用
い、前記電気熱変換素子の熱エネルギにより生じた気泡
が、その内圧が大気圧未満の状態で大気と連通し、１５
×１０^-15 ｍ³ 以下の体積を有する液滴を７ｋＨｚ以上
の周波数駆動で吐出する液体吐出方法において、前記液
体吐出ヘッドは、前記液流路の高さが６μｍ以上であ
り、前記吐出口の上面と下面との距離が吐出口の中心を
通る最小開口距離の半分以下であることを特徴とする。

【００１４】また、本発明は、液体を発泡させるための
熱エネルギーを発生する複数の電気熱変換素子と、該電
気熱変換素子に対向する位置に設けられ液滴を吐出する
複数の吐出口と、該吐出口に連通する複数の液流路とを
備えるとともに、前記複数の電気熱変換素子および複数
の吐出口は２５．４ｍｍ当たり３００以上の配列密度で
配置されており、前記電気熱変換素子は７ｋＨｚ以上の
周波数で駆動信号が印加され、前記液流路中の液体に気
泡を生起させ、該気泡の内圧が大気圧未満の状態で大気
と連通し、１５×１０^-15 ｍ³ 以下の体積を有する液滴
を吐出する液体吐出ヘッドにおいて、前記液流路の高さ
が６μｍ以上であり、前記吐出口の上面と下面との距離
が吐出口の中心を通る最小開口距離の半分以下であるこ
とを特徴とする。

【００１５】また、本発明は、液体を発泡させるに十分
な熱エネルギを発生する電気熱変換素子および該電気熱
変換素子に対向する位置に設けられた吐出口を一列２
５．４ｍｍ当たり３００以上の密度で配置し、前記吐出
口にそれぞれ連通する複数の液流路とを含む液体吐出ヘ
ッドを用い、前記電気熱変換素子の熱エネルギにより生
じた気泡が、その内圧が大気圧未満の状態で大気と連通
し、１５×１０^-15 ｍ³以下の体積を有する液滴を７ｋ
Ｈｚ以上の周波数駆動で吐出する液体吐出方法におい
て、気泡が外気と連通した後に前記吐出口内に残留する
液体が前記液流路内にて前記吐出口から後退した液体と
連通状態に維持する工程と、前記残留液体を前記液流路
内液体に合体させ前記吐出口内へのリフィルを行う工程
と、を有することを特徴とする。

【００１６】このような構成においては、液体に熱エネ
ルギを付与して発泡を生じさせる電気熱変換素子に対向
する位置に発泡の圧力に伴って液滴を吐出する吐出口を
設けた、いわゆるサイドシュータタイプの液体吐出ヘッ
ドにおける突然不吐出の発生を防止することで吐出信頼
性を保持しつつ、高速記録、高品位記録を可能とするこ
とができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の一
実施形態を説明する。

【００１８】（実施形態１）図１（ａ）および（ｂ）
は、本発明の液体吐出方法を適用し得る液体吐出ヘッド
の概略構成を示す図であって、図１（ａ）は外観を示す
斜視図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線に沿
う断面図である。

【００１９】図１において、符号２は後述の電気熱変換
素子としてのヒータおよび吐出口が薄膜技術により形成
されたＳｉ素子基板である。この素子基板２には、図１
（ａ）に示すように２列に配列された複数の吐出口４が
千鳥状に設けられている。素子基板２はＬ字状に加工さ
れた支持部材１０２の一部に接着固定されている。同じ
く支持部材１０２上には、配線基板１０４が固定され、
この配線基板１０４の配線部分と素子基板２の配線部分
とはボンディングにより電気的に接続されている。支持
部材１０２は、コスト、加工性等の観点からアルミニウ
ム材で形成される。モールド部材１０３は、その内部に
支持部材１０２の一部を挿入させ、支持部材１０２を支
持すると共に、その内部に形成された液体供給路１０７
を介して液体貯留部（図示略）から前述の素子基板２に
設けられた吐出口に液体（例えば、インク）を供給する
ための部材である。また、モールド部材１０３は、本実
施形態の液体吐出ヘッド全体を後述の液体吐出装置に着
脱自在に固定するための装着、位置決め部材としての役
割を果たす。

【００２０】素子基板２の内部には、モールド部材１０
３の液体供給路１０７を介して供給される液体を、吐出
口までさらに供給するための連通路１０５が素子基板２
を貫通して設けられている。この連通路１０５は、各吐
出口に連通する液流路と連通しており、共通液室として
の役割を担っている。

【００２１】図２（ａ）および（ｂ）は、図１（ａ）お
よび（ｂ）に示した液体吐出ヘッドの要部を示す図であ
って、図２（ａ）は吐出口を側面から視た側断面図であ
り、図２（ｂ）は図２（ａ）の上面図である。

【００２２】図２に示すように、素子基板２上の所定位
置には、電気熱変換素子としての矩形のヒータ１が設け
られている。このヒータ１上には、オリフィスプレート
３が配設されており、このオリフィスプレート３は上記
ヒータ１の中央部分と対向する位置に矩形状に開口する
吐出口４を有している。この吐出口４の吐出口面積は、
図２（ｂ）に示すようにＳｏで表されている。なお４１
は吐出口の上面、４２は吐出口の下面を示している。本
実施例ではこの上面、下面はオリフィスプレートの延長
線がなす仮想面である。

【００２３】また、ヒータ１とオリフィスプレート３と
の間の間隔は、図２（ａ）に示すように液流路５の高さ
Ｔｎと等しく、液流路壁６の高さによって規定されてい
る。この液流路５が図２（ｂ）に示すようにｘ方向に延
在されている場合には、液流路５と連通する吐出口４
は、ｘ方向と直交するｙ方向に複数配列されている。複
数の液流路５は、図１（ｂ）に示した共通液室としても
機能する連通路１０５に連通している。なお、吐出口の
上面４１と下面４２との距離に相当するオリフィスプレ
ート３の厚さをＴｏとする。

【００２４】次に、上述の構成を有する液体吐出ヘッド
を用いて本発明の液体吐出方法の一実施形態を説明す
る。

【００２５】図３（ａ）〜（ｇ）は、本発明の液体吐出
方法を適用した液体吐出ヘッドの動作を説明するための
断面図である。

【００２６】図３（ａ）に示すように、定常状態におい
ては、吐出口４の上端にメニスカス１１が達している。
このとき、まず、ヒータ１に対し駆動電圧を印加する。
駆動条件としては、気泡が過度に成長してメニスカス後
退量が大きくなり過ぎないように短パルス駆動を行うこ
とが望ましい。ヒータ１に与える吐出用電気パルスの幅
としては、３．５μｓｅｃ以下が好適である。これはパ
ルス幅が３．５μｓｅｃを越えると、気泡の成長が過度
となり、その気泡が液体の吐出に関与した後に生じるメ
ニスカスの後退が大きくなり、リフィル時間が長くなる
など、高速記録に対応できなくなるからである。また、
駆動パルスを２つ又はそれ以上用いる、いわゆるダブル
パルス等の駆動も採用可能である。この場合には、吐出
用メインパルスの前に印加されるプレパルスの長さは好
ましくは１．５μｓｅｃ以下とされる。また、プレパル
スとメインパルスとの間隔は好ましくは２．０μｓｅｃ
以下とされる。ここで、プレパルスの長さが１．５μｓ
ｅｃを越えるか、あるいは、プレパルスとメインパルス
との間隔が２．０μｓｅｃを越えると、気泡の成長が著
しく大きくなり、メニスカス後退量が大きくなり、高周
波数の駆動に不適となり、本発明の目的を達成すること
が困難となるからである。

【００２７】また、駆動電圧については、液滴吐出の閾
値電圧Ｖｔｈの１．１倍から１．３倍が本発明の目的を
達成するために好適な値である。駆動電圧が１．１Ｖｔ
ｈより低いと、たとえ発泡・吐出したとしても、液滴吐
出速度が低すぎて液滴がヨレたり、高周波数での駆動が
不安定になる。また、１．３Ｖｔｈより高いと、気泡長
が大きすぎてメニスカス後退量が大きくなり、リフィル
時間が長くなるか、液滴の吐出速度が高くなり過ぎて液
滴の被記録媒体上での跳ね返り量が大きくなる場合があ
る。従って、本発明にとって上記駆動電圧は好ましい条
件の１つとなる。

【００２８】次に、図３（ｂ）に示すように、駆動電圧
の印加により、ヒータ１上の液体中に気泡３０１が生成
され始め、気泡３０１の成長に伴って、気泡３０１の上
側の吐出口４および液流路５内の液体が吐出口４の上端
から上方に盛り上がる。この過程で大気圧以上であった
気泡３０１の圧力は大気圧未満に転じる。

【００２９】次に、図３（ｃ）に示すように、気泡３０
１がさらに成長すると、気泡３０１の上側の吐出口４お
よび液流路５内の液体が吐出口４の上端から上方に吐出
する。しかし、この段階では、気泡３０１はまだ大気と
連通しておらず、気泡３０１の更なる成長により液流路
５内のメニスカスが後退を続ける。この時、気泡３０１
が大気と連通する直前の時点で、液流路５内の記録液は
吐出口４の下面４２まで存在する状態になっているとと
もに、この吐出口下面４２の記録液は吐出口内壁に残っ
ている記録液と連通した状態になっている。そして、気
泡３０１が大気と連通するまでは、気泡３０１の内圧は
大気圧未満の状態に維持される。なお、気泡３０１の内
圧が大気圧と等しいか、またはそれを越えた状態で、気
泡３０１が大気と連通すると、連通時に吐出口近傍で液
体が不安定に飛散し、その不安定な液体を液流路内に引
き込む力が全く働かず、不安定液体の飛散防止効果を得
ることができない。

【００３０】次に、図３（ｄ）に示すように、気泡３０
１が大気と連通すると同時か、その直後に、液滴１２が
吐出口４の上端を離れ、吐出される。この時、液滴が吐
出口４の図中左側で切断される際には、前記吐出口内壁
に残っていた記録液の大部分が、負圧を有する前記吐出
口下面４２に残っている記録液によって引かれて最終的
に液流路５内に記録液と合体して液流路５内に移動して
いる。なお、この連通時よりも少し後に、メニスカス１
１は最も後退し、最大メニスカス後退量に達し、これを
境に、図３（ｅ）〜（ｇ）に示すように、液体が吐出さ
れ、その後、吐出口内には記録液がリフィルされ定常状
態に戻る。

【００３１】そして、この工程、すなわち、気泡が外気
と連通した後に吐出口内に残留する液体が、液流路内に
て吐出口から後退した液体との連通状態を維持する工程
と、前記残留液体を液流路内の液体に合体させて前記吐
出口内へのリフィルを行う工程、が実現できる場合に
は、吐出口上面４１近傍に記録液が付着していたとして
も、その付着液は前述の吐出口内壁の記録液と合体する
ため、この付着液まで液流路５内に移動させることがで
き、前述不吐出現象を起こさずに安定した吐出が行うこ
とができるものである。

【００３２】また、吐出される液滴１２の体積は、吐出
に用いられる液体吐出ヘッドの吐出口のサイズ等に応じ
て適宜決められるが、本実施形態に用いられる上述の液
体吐出ヘッドでは、１５×１０^-15 ｍ³ 以下とされる。

【００３３】なお、気泡３０１が安定に大気と連通する
ためのより好ましい１つの条件としては、（Ｔｏ＋Ｔ
ｎ）≦ヒータサイズを挙げることができる。ここで、ヒ
ータサイズとは、ヒータ面積をＳｈとしたときに（Ｓ
ｈ）^1/2 のことである。

【００３４】逆に、“（Ｔｏ＋Ｔｎ）＞（Ｓｈ）^1/2 の
場合”には、気泡が大気と連通する場合でも（Ｔｏ＋Ｔ
ｎ）が相対的に大きくなる程、大気と気泡が連通するバ
ランスに不安定要素が出やすくなる傾向がある。そのた
め（Ｔｏ＋Ｔｎ）と（Ｓｈ）^1/2 との相関をとることが
好ましい条件となる。加えて（Ｔｏ＋Ｔｎ）≫（Ｓｈ）
^1/2 の場合には、大気と気泡とが連通しない吐出方式と
なって、本発明の前提条件がなくなる場合となる。

【００３５】さらに、気泡が外気と連通した後に上記ノ
ズル部内に残留する液体が上記流路内にて上記吐出口か
ら後退した液体と連通状態に維持する工程と、前記残留
液体を前記流路内液体によって合体することで前記ノズ
ル部内へのリフィルを行う工程とを、より確実に実現で
きる実施形態としては、以下の構成を挙げることができ
る。

【００３６】（１）吐出口の断面形状に着いては、吐出
口の上面の中心を通る最小開口距離が、吐出口の下面の
中心を通る最小開口距離より小さい、いわゆるテーパ型
吐出口が有効である。

【００３７】図６は、その断面を示したものであるが、
テーパの形状のために、幾何学的距離の点で、吐出口内
壁に残った記録液が液流路内インクに連通しやすくなっ
ているのみならず、吐出口下面において径が大きくなっ
ているので吐出口を記録液がふさぎずらくなっている。

【００３８】（２）吐出口平面形状については、円形や
四角形形状の吐出口に比べて、例えば、星形吐出口のよ
うに、吐出口内壁に記録液が残留しやすくなっていると
上述工程を実現しやすくなる。これは、星形吐出口の頂
角付近に残留した液体が、吐出口下面の液体とより連通
しやすくなるとともにインクを吐出する際の有効吐出口
径は星形吐出口のくぼみ部分の径によって決まるためで
ある。

【００３９】（３）メニスカス局率吐出口内壁に残留した液体を液流路内液体に合体しやす
くさせるために、液流路に形成されたメニスカスの負圧
が大きい方が望ましい。そのためにはリフィル時間を大
幅に増大させない範囲内で、液流路の高さが低く、かつ
細い方が良い。

【００４０】これら（１）から（３）の好ましい実施形
態をさらに良好にするために、液流路内壁、特に吐出口
下面側は記録液に対してぬれやすくなっている（親水処
理が施される）ことが望ましい。

【００４１】（４）付着液滴の体積吐出口に記録液体が詰まらないようにするためには、吐
出口上面における余分な液体の供給を極力絶つことが望
ましい。そのためには、吐出口面に付着した液体が合体
して大きくならないように、吐出口面に撥水処理を施
し、吐出口面における撥水性をできるだけ上げることが
重要である。また、撥水性を有する吐出口面の吐出口か
ら離れた箇所に部分的に親水領域を設けることも有効で
ある。

【００４２】次に前述の液体吐出ヘッドの吐出状態を決
定する要因についてオリフィスプレートの構造的な観点
からさらに具体的に考察する。

【００４３】記録液を吐出後に吐出口内壁に残った液体
は、吐出口内においてメニスカス（界面）を形成しよう
とする。このときの記録液の相対圧力Ｐはｒ1 （吐出口
を上面から見たときのメニスカスが形成する最小開口距
離の1/2 、ｒ2 （吐出口を断面方向から見たときのメニ
スカスが形成する曲率半径）、および記録液の表面張力
γを用いると、Ｐ＝−γ（（1 ／ｒ1 ）−（1 ／ｒ2 ））となる。ここで、ｒ1 ＜ｒ2 →Ｐ＜０ｒ1 ＞ｒ2 →Ｐ＞０となり、Ｐ＞０のほうが吐出口上面近傍に記録液があっ
た場合にもその液体を吐出口内に引き込みにくくなるた
め、吐出口に記録液が詰まりにくいことがわかる。

【００４４】そして、ｒ1 は吐出口径（≒（Ｓｏ）
^1/2 ），ｒ2 は厚みＴｏにそれぞれ比例する。

【００４５】上記の関係を踏まえ、前述の吐出口に記録
液が詰まってしまう現象が起きない構造的な条件とし
て、発明者らは特に吐出口の中心を通る最小開口距離と
オリフィスプレートの厚みに注目して種々の試作を行っ
た結果、液流路内の濡れや吐出口上面の撥水状態に依存
せず、気泡が大気と連通した直後に、吐出口下面まで液
流路中の液体が及んでいない場合であっても、吐出口の
中心を通る最小開口距離がオリフィスプレートの厚みの
２倍を境にして、上記記録液詰まり現象の発生率が極端
に変化することを見出した。すなわち、吐出口の中心を
通る最小開口距離がオリフィスプレートの厚みの２倍よ
り大きければ（吐出口の上面と下面との距離が吐出口の
中心を通る最小開口距離の半分以下であれば）、上記現
象の発生率は非常に低く、逆に吐出口の中心を通る最小
開口距離がオリフィスプレート厚みの２倍より小さい
（吐出口の上面と下面との距離が吐出口の中心を通る最
小開口距離の半分以上である）と、上記現象の発生率が
急増し、実用上問題となる程度に不吐出が起こる。

【００４６】なお、本発明でいう「吐出口の中心を通る
最小開口距離」とは、吐出方向に直交する方向の断面形
状が略真円の場合はその直径で定義され、正方形の場合
はその一辺の長さ、長方形の場合はその短辺の長さ、楕
円の場合はその短径であり、また吐出方向に沿う方向の
断面形状がテーパの場合はその最小径をとるものとす
る。

【００４７】次に、高周波数で駆動できる条件について
述べる。このためにはリフィル時間を短縮することが必
須であるが、リフィル時間は、（１）最大メニスカス後
退量、（２）リフィル中の駆動力としての毛管力、
（３）リフィル中の液流路の粘性抵抗によって定まる。

【００４８】（１）の最大メニスカス後退量が小さいほ
ど、リフィル時間は短い。所望の体積の液滴が安定に吐
出される限り、最大メニスカス後退量は小さいほど良
い。この条件を満足するため、駆動パルス幅は３．５μ
ｓｅｃ以下にすることが望ましい。

【００４９】（２）の毛管力はリフィル中のインクに対
する駆動力であるので、一般的には大きい程良い。すな
わち、記録液の表面張力は高い方が望ましく、好適には
０．０２５Ｎ／ｍ以上である。

【００５０】（３）の液流路の粘性抵抗に関しては一般
的には小さい程良い。

【００５１】なお、以上の条件は、前述の液流路内の液
体と吐出口内壁の残留液体とを連通させやすくするもの
でもあるため、このような場合にはより信頼性の高い液
体吐出ヘッドを提供できることとなる。

【００５２】但し、（２）と（３）についてはリフィル
終了後、メニスカスの振動が著しく大きくならないよう
に設定されるべきである。

【００５３】また、リフィル時の液流路の粘性抵抗を抑
えて、高周波数駆動を可能にする実用レベルにおける条
件としては、６μｍ≦Ｔｎ（液流路の高さ）を見出し
た。６μｍ＞Ｔｎである場合には、液流路の高さが低す
ぎて流抵抗が大きくなり、リフィルに長時間を要するこ
ととなり、高周波数駆動に対応できないからである。さ
らに、液流路の粘性抵抗を抑えるには記録液の粘度が高
すぎないことが必要である。５×１０^-2Ｎ／ｓ以下が望
ましい。

【００５４】さらに、ヨレの少ない良好な画像を得るた
めの条件としては、液滴の吐出速度を１０ｍ／ｓ以上か
つ３０ｍ／ｓ以下、好ましくは１０ｍ／ｓ以上２０ｍ／
ｓ以下である。液滴の吐出速度が１０ｍ／ｓ未満である
場合には、吐出される液滴にヨレが生じ易くなり、印字
品位が低下する可能性がある。また、液滴の吐出速度が
３０ｍ／ｓを越える場合には、液滴の被記録媒体上での
跳ね返りにより、印字に係る液滴がミスト状になり易
い。以上の条件を満足していても、オリフィスプレート
３の厚みが薄すぎると液滴の吐出方向が不安定になると
いう問題と、オリフィスプレート３自体の機械的強度が
下がるという問題が生じうるので、ある程度の厚みが必
要となる。具体的には４μｍ以上が好適である。

【００５５】以上説明した実施形態に係る液体吐出ヘッ
ドは、例えば図４に示す液体吐出装置に装着して、本発
明の液体吐出方法を実施することができる。

【００５６】以下、図４を参照して液体吐出装置の一例
を説明する。

【００５７】図４において符号２００は上述の液体吐出
ヘッドを着脱自在に装着するためのキャリッジである。
本例では、液体吐出ヘッドは液体としてのインク色の種
類に応じて４種類装着され、各ヘッドは、イエローイン
クのタンク２０１Ｙ，マゼンタインクのタンク２０１
Ｍ，シアンインクのタンク２０１Ｃ，ブラックインクの
タンク２０１Ｂと共にキャリッジ２００上に搭載されて
いる。

【００５８】キャリッジ２００は、ガイドシャフト２０
２に支持され、モータ２０３により順方向または逆方向
に駆動される無端ベルト２０４によりガイドシャフト２
０２上を矢印Ａ方向に往復移動可能とされる。無端ベル
ト２０４はプーリ２０５および２０６間に巻回されてい
る。

【００５９】被記録媒体としての記録紙Ｐは、矢印Ａ方
向に直交する矢印Ｂ方向に間欠的に搬送される。記録紙
Ｐは上流側の一対のローラユニット２０７、２０８と、
下流側の一対のローラユニット２０９、２１０とによ
り、挟持され、一定の張力を印加され、ヘッドに対する
平面性を確保しながら搬送される。各ローラユニットに
対する駆動力の付与は駆動部２１１により行われるが、
前述の駆動モータを利用して上記ローラユニットを駆動
する構成としてもよい。

【００６０】キャリッジ２００は、記録開始時または記
録中に必要に応じてホームポジションに停止する。この
ポジションには、各ヘッドの吐出口面をキャップするキ
ャップ部材２１２が設けられ、このキャップ部材２１２
には、吐出口面の吐出口に対して強制的に吸引して吐出
口内の目詰まりを防止するための吸引回復手段（図示
略）が接続されている。

【００６１】（実施例１、２）図２（ａ）および（ｂ）
に示した構成の液体吐出ヘッドを作製し、その結果を表
１に示した。吐出口は図１（ａ）および（ｂ）に示した
ように２列とし、両方の吐出口列を互いに平行に配列
し、片側の吐出口列を３００ｄｐｉ（２５．４ｍピッチ
分ずらして千鳥状に配列し、結果的にヘッドの主走査方
向に対して６００ｄｐｉ（２５．４ｍｍ当たり６００）
の密度とした。各吐出口の中心を通る最小開口距離は２
２μｍとし、正方形の吐出口となるように、開口面積Ｓ
ｏを４８４μｍ² （＝２２μｍ×２２μｍ）とした。こ
の場合、上記液流路方向に関する有効発泡域の長さ２６
μｍで、その中心から液体供給源側端部までの長さは１
３μｍの各ヒータの面積Ｓｈを９３６μｍ² （＝２６μ
ｍ×３６μｍ）とした。

【００６２】実施例１、２では、液流路の高さＴｎを１
２μｍ、６μｍとし、オリフィスプレートの厚さＴｏを
９μｍ、１１μｍとした。なお、各ヒータには図示略の
０．６μｍ厚の絶縁膜（ＳｉＯ₂ ）および０．３μｍ厚
の耐パッシベーション膜（Ｔａ）を成膜した。

【００６３】記録用インクとしては、チオジグリコール５％グリセリン５％尿素５％イソプロピルアルコール４％水残部の組成のものを用い、その粘度は１．８×１０^-2Ｎ／
ｓ、表面張力は０．０３８Ｎ／ｍ、密度は１０４０ｋｇ
／ｍ³ であった。

【００６４】このような構成の液体吐出ヘッド（記録ヘ
ッド）のヒータにＶｏｐ＝１２Ｖの電圧が与えられるよ
うな電源電圧を用い、１．９μｓｅｃ幅の駆動パルスを
与えて７ｋＨｚの周波数で駆動した。１．９μｓｅｃ幅
の駆動パルスをヒータに与えた場合に、インクが吐出す
るのに必要な最小電圧（閾値電圧）Ｖｔｈは９．９Ｖで
あった。従って、Ｖｏｐ／Ｖｔｈ＝１．２１である。こ
のような駆動（１２Ｖ／１．９μｓｅｃ）を行ったとき
の諸特性を表１に示した。

【００６５】上記の条件において、Ａ３サイズの記録紙
を連続給紙して実印字を連続して行った。吐出口の中心
を通る最小開口距離Ｄは２２μｍで吐出口の上面と下面
との距離に相当するオリフィスプレート厚みＴｏの２倍
以上であり、Ａ３実印字を少なくとも１枚以上連続して
正常に行えるので、信頼性として実使用上問題のないレ
ベルであった。

【００６６】

【表１】

【００６７】また、インク吐出速度は、十分に速いの
で、ヘッド放置によるインクの粘度上昇の場合にも対応
できた。具体的には、インクの粘度は、５×１０^-2Ｎ／
ｓまで良好に吐出できるレベルであった。インクの粘度
が１０×１０^-2Ｎ／ｓを越えると、粘度が大きすぎて吐
出速度が１０ｍ／ｓ以下に低下してしまい、ヨレが大き
くなる。また、本発明の目的をより確実にするために
は、インクの表面張力は高ければ高いほど望ましいが、
液滴の被記録媒体上での滴形成挙動を加味して決められ
るため、好ましくは３０×１０^-2Ｎ／ｍ以上で、気泡に
よる吐出が行えるものであれば上限は問題とならない。
インクの表面張力が３０×１０^-2Ｎ／ｍ未満であると、
リフィル中の駆動力としての毛管力が不足し、リフィル
時間が長くなり、高周波駆動が困難になるという不都合
が生じる。

【００６８】上記実施例におけるリフィル時間は吐出パ
ルス印加開始時から７５μｓｅｃであった。その後のメ
ニスカス振動は観察されないレベルで、印字記録品位に
与える影響も皆無であった。

【００６９】本実施例では、ヒータ保護層を薄くし、パ
ルス幅を短かくしたことにより、気泡の成長量を比較的
小さく抑えることができた。すなわち、リフィル速度を
上げるのではなく、メニスカス後退量を下げることによ
り、リフィル時間を短縮化した。

【００７０】なお、本実施例では、ヒータ１の保護層を
ＳｉＯ₂ （０．６μｍ厚）で形成し、耐パッシベーショ
ン膜をＴａ（０．３μｍ厚）で形成したが、ヒータ耐久
性の許す範囲で、この膜厚は薄ければ薄いほど、望まし
い。保護層を薄くすることにより、パルス印加開始時か
ら発泡までに、ヒータからインクに伝わる熱エネルギの
総量を小さくでき、発泡後の気泡の成長量を抑えられる
ので、メニスカス後退量も小さくできるからである。な
お、ＳｉＯ₂ やＳｉＮの保護層を設ける場合には、その
膜厚は１μｍ未満であることが望ましい。勿論、ヒータ
材を耐腐食性の強い白金等の材料にすれば、保護層を省
略してもよい。

【００７１】なお、本発明における液体吐出ヘッドの液
流路内の気泡が吐出口を介して大気に連通するタイプの
ヘッドでは、インクの吐出体積はヒータ、液流路、吐出
口の幾何学的条件によりほぼ定まってしまい、気泡の成
長量が小さくなっても吐出量に影響を与えない範囲が広
く存在する。

【００７２】（比較例１〜４）実施例１、２と同様に表
１中に示した比較例１〜４は、実施例１に対し液流路の
高さを変化させた例である。すなわち、実施例１、２の
液流路の高さＴｎが１２μｍ、６μｍであるのに対し、
比較例１〜４はそれぞれ６μｍ、４μｍ、６μｍ、５．
５μｍである。比較例１〜４のオリフィスプレート厚み
Ｔｏは、それぞれ１２μｍ、９μｍ、１１μｍ、１１μ
ｍである。これら比較例１〜４は、吐出口の中心を通る
最小開口距離Ｄがオリフィスプレート厚みＴｏの２倍未
満である。すなわち、吐出口の上面と下面との距離に相
当するように設定されたオリフィスプレート厚みＴｏが
吐出口の中心を通る最小開口距離Ｄの半分を越える比較
例１，３では不吐出が頻繁に起きるようになる。また、
液流路の高さが６μｍに満たない比較例２，４は、リフ
ィル時間が長くなり、高周波数駆動に不適であることが
わかった。

【００７３】一方、表１には記載していないが、

【００７４】

【外１】

【００７５】気泡が大気に連通する際の液滴およびメニ
スカスの挙動が不安定になり、印字に悪影響を与える。

【００７６】（実施例３〜５および比較例５〜１０）図
２（ａ）および図２（ｂ）に示した構成の液体吐出ヘッ
ドを作製し、その結果を表２に示した。吐出口は図１
（ａ）および図１（ｂ）に示したように２列とし、両方
の吐出口列を互いに平行に配列し、片側の吐出口列を６
００ｄｐｉの密度とし、他方の吐出口列に対して吐出口
列の長さ方向に半ピッチ分ずらして千鳥状に配列し、結
果的にヘッドの主走査方向に対して１２００ｄｐｉの密
度とした。実施例３〜５の各吐出口の開口面積Ｓｏをそ
れぞれ２２７μｍ² （＝φ１７μｍ）、２２５μｍ²
（１５μｍ四方）および３２４μｍ² とした。この場
合、各ヒータの面積Ｓｈを５７６μｍ² （２４μｍ×２
４μｍ）とした。

【００７７】実施例３〜５では先の実施例１、２で用い
られたインクと同一のインクを用いた。

【００７８】液流路の高さＴｎを実施例３，４では１２
μｍとし、実施例５では６μｍとした。また、オリフィ
スプレートの厚さＴｏを実施例３では７μｍとし、実施
例４では６μｍとし、実施例５では９μｍとした。

【００７９】また、比較例５〜１０の各吐出口の開口面
積Ｓｏをそれぞれ２００μｍ² 、３１４μｍ² 、２２７
μｍ² 、２０２μｍ² （１４．２μｍ四方）、３２４μ
ｍ²、３２４μｍ² とした。各ヒータの開口面積Ｓｈは
上記各実施例と同様にそれぞれ５７６μｍ² （２４μｍ
×２４μｍ）とした。比較例５〜１０の各液流路の高さ
Ｔｎをそれぞれ１２μｍ、４μｍ、８μｍ、１２μｍ、
６μｍ、５．０μｍとし、オリフィスプレート厚さＴｏ
をそれぞれ９μｍ、１１μｍ、９μｍ、９μｍ、９．５
μｍ、９μｍとした。

【００８０】なお、ヒータのシート抵抗は５３Ωであ
る。

【００８１】このような構成の液体吐出ヘッド（記録ヘ
ッド）のヒータにＶｏｐ＝９．０Ｖの電圧が与えられる
ような電源電圧を用い、２．７μｓｅｃ幅の駆動パルス
を与えて１０ｋＨｚの周波数で駆動した。２．７μｓｅ
ｃ幅の駆動パルスを与えた場合に、インクが吐出するの
に必要な最小電圧（閾値電圧）Ｖｔｈは７．２Ｖであっ
た。したがって、Ｖｏｐ／Ｖｔｈ＝１．２５である。こ
のような駆動（９Ｖ／２．７μｓｅｃ）を行ったときの
諸特性と正常吐出持続枚数（Ａ３サイズの記録紙）を表
２に示した。

【００８２】

【表２】

【００８３】表２から明らかなように、本実施例３〜５
においては、正常吐出持続枚数が他の比較例よりも格段
に多い。このことにより、印字中の不吐出によるスジの
発生が防止されていることがわかる。

【００８４】また、Ｄ／Ｔｏに注目すると、実施例３〜
５は２以上であるのに対し、他の比較例５〜９は２未満
である。これら比較例５〜９では正常吐出持続枚数が少
なく、印字を行うと不吐出によるスジが目立つことか
ら、Ｄ／Ｔｏは２以上が好ましい。比較例１０のＤ／Ｔ
ｏは２．０であり、突然不吐出の現象の発生が少なくな
っているが、この比較例１０では液流路の高さＴｎが
５．０μｍと低く、１０ｋＨｚ以上の周波数駆動におい
てインクのリフィルが間に合わず、印字のカスレが生じ
るため正常吐出持続枚数が少なくなっている。

【００８５】さらに、リフィル時間においては、比較例
７は９５μｓで駆動周波数に足りており、比較例６では
９２０μｓも要しており、駆動周波数の１０ｋＨｚに達
していない。これはＴｎが４μｍと小さいためである。
リフィル時間に関して言えば、Ｔｎは６μｍ以上である
ことが好ましい。

【００８６】また、実施例４および比較例８の吐出口形
状は正方形であり、他の例の真円形と異なっているが、
このような吐出口形状の比較例６においても、他の真円
形の場合と同様に突然不吐出が発生している。実施例４
においては、Ｄ／Ｔｏが好ましい２以上の２．５であ
り、吐出口形状は正方形であるが、突然不吐出は発生し
ていない。また、オリフィスプレート厚Ｔｏは発泡圧に
よる変形を考慮して４μｍ以上であることが望ましい。

【００８７】なお、上記各実施例および比較例は全て印
字中のカスレおよび突然不吐出の発生等を正確に判定す
るため、ベタ印字を行い評価している。

【００８８】このベタ印字とは、本実施例では日本工業
規格でのＡ３サイズの用紙の連続給紙を行いつつ、この
Ａ３サイズに対してインクドットを打込率１００％で行
うことをいう。この判定基準として重要なことは、少な
くとも正常吐出持続枚数が１枚以上であることであり、
１枚の印字中にカスレや突然不吐出が発生してしまうよ
うな場合（不良）、同じ用紙内で回復動作等の作業を入
れる必要が発生する他、回復しても復帰するのに時間が
かかるので、実用的ではない。つまり、１枚の用紙（Ａ
３サイズ）での印字保証性と、印字品位を保つことは、
重要となるからである。

【００８９】いずれにしても、本発明は、大気と気泡が
連通する方式において、１５×１０^-15 ｍ³ 以下の体積
のインク滴を吐出する場合に発生する新たな課題を見つ
け出し、これを解決する条件として実用的な構成や方法
を提供するものである。

【００９０】（その他）なお、本発明は、特にインクジ
ェット記録方式の中でも、インク吐出を行わせるために
利用されるエネルギとして熱エネルギを発生する手段
（例えば電気熱変換体やレーザ光等）を備え、前記熱エ
ネルギによりインクの状態変化を生起させる方式の記録
ヘッド、記録装置において優れた効果をもたらすもので
ある。かかる方式によれば記録の高密度化，高精細化が
達成できるからである。

【００９１】その代表的な構成や原理については、例え
ば、米国特許第４７２３１２９号明細書，同第４７４０
７９６号明細書に開示されている基本的な原理を用いて
行うものが好ましい。この方式は所謂オンデマンド型，
コンティニュアス型のいずれにも適用可能であるが、特
に、オンデマンド型の場合には、液体（インク）が保持
されているシートや液路に対応して配置されている電気
熱変換体に、記録情報に対応していて核沸騰を越える急
速な温度上昇を与える少なくとも１つの駆動信号を印加
することによって、電気熱変換体に熱エネルギを発生せ
しめ、記録ヘッドの熱作用面に膜沸騰を生じさせて、結
果的にこの駆動信号に一対一で対応した液体（インク）
内の気泡を形成できるので有効である。この気泡の成
長，収縮により吐出用開口を介して液体（インク）を吐
出させて、少なくとも１つの滴を形成する。この駆動信
号をパルス形状とすると、即時適切に気泡の成長収縮が
行われるので、特に応答性に優れた液体（インク）の吐
出が達成でき、より好ましい。このパルス形状の駆動信
号としては、米国特許第４４６３３５９号明細書，同第
４３４５２６２号明細書に記載されているようなものが
適している。なお、上記熱作用面の温度上昇率に関する
発明の米国特許第４３１３１２４号明細書に記載されて
いる条件を採用すると、さらに優れた記録を行うことが
できる。

【００９２】記録ヘッドの構成としては、上述の各明細
書に開示されているような吐出口，液路，電気熱変換体
の組合せ構成（直角液流路）の他に熱作用部が屈曲する
領域に配置されている構成を開示する米国特許第４５５
８３３３号明細書，米国特許第４４５９６００号明細書
を用いた構成も本発明に含まれるものである。加えて、
複数の電気熱変換体に対して、共通するスリットを電気
熱変換体の吐出部とする構成を開示する特開昭５９−１
２３６７０号公報や熱エネルギの圧力波を吸収する開孔
を吐出部に対応させる構成を開示する特開昭５９−１３
８４６１号公報に基いた構成としても本発明の効果は有
効である。すなわち、記録ヘッドの形態がどのようなも
のであっても、本発明によれば記録を確実に効率よく行
うことができるようになるからである。

【００９３】さらに、記録装置が記録できる記録媒体の
最大幅に対応した長さを有するフルラインタイプの記録
ヘッドに対しても本発明は有効に適用できる。そのよう
な記録ヘッドとしては、複数記録ヘッドの組合せによっ
てその長さを満たす構成や、一体的に形成された１個の
記録ヘッドとしての構成のいずれでもよい。

【００９４】加えて、上例のようなシリアルタイプのも
のでも、装置本体に固定された記録ヘッド、あるいは装
置本体に装着されることで装置本体との電気的な接続や
装置本体からのインクの供給が可能になる交換自在のチ
ップタイプの記録ヘッド、あるいは記録ヘッド自体に一
体的にインクタンクが設けられたカートリッジタイプの
記録ヘッドを用いた場合にも本発明は有効である。

【００９５】また、本発明の記録装置の構成として、記
録ヘッドの吐出回復手段、予備的な補助手段等を付加す
ることは本発明の効果を一層安定できるので、好ましい
ものである。これらを具体的に挙げれば、記録ヘッドに
対してのキャッピング手段、クリーニング手段、加圧或
は吸引手段、電気熱変換体或はこれとは別の加熱素子或
はこれらの組み合わせを用いて加熱を行う予備加熱手
段、記録とは別の吐出を行なう予備吐出手段を挙げるこ
とができる。

【００９６】また、搭載される記録ヘッドの種類ないし
個数についても、例えば単色のインクに対応して１個の
みが設けられたものの他、記録色や濃度を異にする複数
のインクに対応して複数個数設けられるものであっても
よい。すなわち、例えば記録装置の記録モードとしては
黒色等の主流色のみの記録モードだけではなく、記録ヘ
ッドを一体的に構成するか複数個の組み合わせによるか
いずれでもよいが、異なる色の複色カラー、または混色
によるフルカラーの各記録モードの少なくとも一つを備
えた装置にも本発明は極めて有効である。

【００９７】さらに加えて、以上説明した本発明実施例
においては、インクを液体として説明しているが、室温
やそれ以下で固化するインクであって、室温で軟化もし
くは液化するものを用いてもよく、あるいはインクジェ
ット方式ではインク自体を３０℃以上７０℃以下の範囲
内で温度調整を行ってインクの粘性を安定吐出範囲にあ
るように温度制御するものが一般的であるから、使用記
録信号付与時にインクが液状をなすものを用いてもよ
い。加えて、熱エネルギによる昇温を、インクの固形状
態から液体状態への状態変化のエネルギとして使用せし
めることで積極的に防止するため、またはインクの蒸発
を防止するため、放置状態で固化し加熱によって液化す
るインクを用いてもよい。いずれにしても熱エネルギの
記録信号に応じた付与によってインクが液化し、液状イ
ンクが吐出されるものや、記録媒体に到達する時点では
すでに固化し始めるもの等のような、熱エネルギの付与
によって初めて液化する性質のインクを使用する場合も
本発明は適用可能である。このような場合のインクは、
特開昭５４−５６８４７号公報あるいは特開昭６０−７
１２６０号公報に記載されるような、多孔質シート凹部
または貫通孔に液状又は固形物として保持された状態
で、電気熱変換体に対して対向するような形態としても
よい。本発明においては、上述した各インクに対して最
も有効なものは、上述した膜沸騰方式を実行するもので
ある。

【００９８】さらに加えて、本発明インクジェット記録
装置の形態としては、コンピュータ等の情報処理機器の
画像出力端末として用いられるものの他、リーダ等と組
合せた複写装置、さらには送受信機能を有するファクシ
ミリ装置の形態を採るもの等であってもよい。

【００９９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
気泡を大気と連通させるサイドシュータタイプの液体吐
出ヘッドにおいて、記録液が吐出口内に詰まることを防
止することで、記録中のスジ発生を確実に防止すること
ができるとともに、突然不吐出が起こることがないとい
う吐出信頼性を保持しつつ、高速で、高品位の記録を可
能とし、高品位記録を可能とすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）および（ｂ）は、本発明の液体吐出方法
を適用し得る液体吐出ヘッドの概略構成を示す図であっ
て、（ａ）は外観を示す斜視図であり、（ｂ）は（ａ）
のＡ−Ａ線に沿う断面図である。

【図２】（ａ）および（ｂ）は、図１（ａ）および
（ｂ）に示した液体吐出ヘッドの要部を示す図であっ
て、図２（ａ）は吐出口を側面から視た側断面図であ
り、図２（ｂ）は図２（ａ）の上面図である。

【図３】（ａ）〜（ｇ）は本発明の液体吐出方法を適用
した液体吐出ヘッドの動作を説明するための断面図であ
る。

【図４】本発明の液体吐出方法を適用し得る液体吐出ヘ
ッドを装着することができる液体吐出装置の一例を示す
概略斜視図である。

【図５】本発明において新たに見出された課題を説明す
るための液体吐出ヘッドの要部を拡大して示す断面図で
ある。

【図６】本発明において新たに見出された課題を説明す
るための液体吐出ヘッドの要部を拡大して示す断面図で
ある。

【符号の説明】

１ヒータ（電気熱変換素子）２素子基板３オリフィスプレートＴｏ吐出口の上面と下面の距離（実施例ではオリフィ
スプレートの厚さに相当する）４吐出口Ｓｏ吐出口面積５液流路Ｔｎ液流路の高さ６液流路壁１１メニスカス１２液滴１３気泡１０２支持部材１０３モールド部材１０４配線基板１０５連通路２００キャリッジ２０１Ｙ，２０１Ｍ，２０１Ｃ，２０１Ｂ液体吐出ヘ
ッド２０２ガイドシャフト２０３駆動モータ２０４無端ベルト２０５，２０６プーリ２０７，２０８，２０９，２１０ローラユニット２１１駆動部２１２吸引回復手段３０１気泡

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】液体を発泡させるに十分な熱エネルギを
発生する電気熱変換素子および該電気熱変換素子に対向
する位置に設けられた吐出口を一列２５．４ｍｍ当たり
３００以上の密度で配置し、前記吐出口にそれぞれ連通
する複数の液流路とを含む液体吐出ヘッドを用い、前記
電気熱変換素子の熱エネルギにより生じた気泡が、その
内圧が大気圧未満の状態で大気と連通し、１５×１０
^-15 ｍ³以下の体積を有する液滴を７ｋＨｚ以上の周波
数駆動で吐出する液体吐出方法において、前記液体吐出ヘッドは、前記液流路の高さが６μｍ以上
であり、前記吐出口の上面と下面との距離が吐出口の中
心を通る最小開口距離の半分以下であることを特徴とす
る液体吐出方法。
【請求項２】前記吐出口の上面と下面との距離と前記
液流路の高さの和が前記電気熱変換素子のサイズ以下で
あ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３】前記液滴の体積は１０×１０^-15 ｍ³ 以
下であ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】前記液体吐出ヘッドの前記液流路の高さ
は２０μｍ以下であ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】吐出液滴の飛翔速度は２０ｍ／ｓ以下で
あ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６】前記電気熱変換素子に与える吐出用電気
パルスの幅が３．５μｓｅｃ以下であることを特徴とす
る請求項１記載の液体吐出方法。
【請求項７】前記電気熱変換素子に与える電気パルス
の駆動電圧が液滴吐出の閾値電圧の１．１倍〜１．３倍
の範囲であ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８】前記電気パルスは、複数のパルスで構成
されていることを特徴とする請求項７記載の液体吐出方
法。
【請求項９】前記複数のパルスは、メインパルスと該
メインパルスの前に印加されるプレパルスとから構成さ
れており、前記プレパルスの長さは１．５μｓｅｃ以下
であることを特徴とする請求項８記載の液体吐出方法。
【請求項１０】前記プレパルスと前記メインパルスと
の間隔は２．０μｓｅｃ以下であることを特徴とする請
求項９記載の液体吐出方法。
【請求項１１】前記吐出される液体の表面張力は０．
０２５Ｎ／ｍ以上であり、粘度は５×１０^-2Ｎ／ｓ以下
であ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１２】前記電気熱変換素子は、前記液体に膜
沸騰を生じさせる熱エネルギを発生する手段であること
を特徴とする請求項１記載の液体吐出方法。
【請求項１３】液体を発泡させるための熱エネルギー
を発生する複数の電気熱変換素子と、該電気熱変換素子に対向する位置に設けられ液滴を吐出
する複数の吐出口と、該吐出口に連通する複数の液流路とを備えるとともに、
前記複数の電気熱変換素子および複数の吐出口は２５．
４ｍｍ当たり３００以上の配列密度で配置されており、
前記電気熱変換素子は７ｋＨｚ以上の周波数で駆動信号
が印加され、前記液流路中の液体に気泡を生起させ、該
気泡の内圧が大気圧未満の状態で大気と連通し、１５×
１０^-15 ｍ³ 以下の体積を有する液滴を吐出する液体吐
出ヘッドにおいて、前記液流路の高さが６μｍ以上であり、前記吐出口の上
面と下面との距離が吐出口の中心を通る最小開口距離の
半分以下であることを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項１４】前記吐出口の上面と下面との距離と前
記液流路の高さの和が前記電気熱変換素子のサイズ以下
であることを特徴とする請求項１３記載の液体吐出ヘッ
ド。
【請求項１５】前記液滴の体積は１０×１０^-15 ｍ³
以下であることを特徴とする請求項１３記載の液体吐出
ヘッド。
【請求項１６】前記液流路の高さは２０μｍ以下であ
ることを特徴とする請求項１３記載の液体吐出ヘッド。
【請求項１７】吐出液滴の飛翔速度は２０ｍ／ｓ以下
であることを特徴とする請求項１３記載の液体吐出ヘッ
ド。
【請求項１８】前記電気熱変換素子に与える吐出用電
気パルスの幅が３．５μｓｅｃ以下であることを特徴と
する請求項１３記載の液体吐出ヘッド。
【請求項１９】前記電気熱変換素子に与える電気パル
スの駆動電圧が液滴吐出の閾値電圧の１．１倍〜１．３
倍の範囲であることを特徴とする請求項１３記載の液体
吐出ヘッド。
【請求項２０】前記電気パルスは、複数のパルスで構
成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】前記複数のパルスは、メインパルスと
該メインパルスの前に印加されるプレパルスとから構成
されており、前記プレパルスの長さは１．５μｓｅｃ以
下であることを特徴とする請求項２０記載の液体吐出ヘ
ッド。
【請求項２２】前記プレパルスと前記メインパルスと
の間隔は２．０μｓｅｃ以下であることを特徴とする請
求項２１記載の液体吐出ヘッド。
【請求項２３】前記吐出される液体の表面張力は０．
０２５Ｎ／ｍ以上であり、粘度は５×１０^-2Ｎ／ｓ以下
であることを特徴とする請求項１３記載の液体吐出ヘッ
ド。
【請求項２４】前記電気熱変換素子は、前記液体に膜
沸騰を生じさせる熱エネルギを発生する手段であること
を特徴とする請求項１３記載の液体吐出ヘッド。
【請求項２５】液体を発泡させるに十分な熱エネルギ
を発生する電気熱変換素子および該電気熱変換素子に対
向する位置に設けられた吐出口を一列２５．４ｍｍ当た
り３００以上の密度で配置し、前記吐出口にそれぞれ連
通する複数の液流路とを含む液体吐出ヘッドを用い、前
記電気熱変換素子の熱エネルギにより生じた気泡が、そ
の内圧が大気圧未満の状態で大気と連通し、１５×１０
^-15 ｍ³ 以下の体積を有する液滴を７ｋＨｚ以上の周波
数駆動で吐出する液体吐出方法において、気泡が外気と連通した後に前記吐出口内に残留する液体
が前記液流路内にて前記吐出口から後退した液体と連通
状態に維持する工程と、前記残留液体を前記液流路内液体に合体させ前記吐出口
内へのリフィルを行う工程と、を有することを特徴とす
る液体吐出方法。
【請求項２６】前記吐出口の上面の中心を通る最小開
口距離が、前記吐出口の下面の中心を通る最小開口距離
より小さいことを特徴とする請求項２５に記載の液体吐
出方法。
【請求項２７】前記吐出口上面が設けられる吐出口面
は撥水処理が施されていることを特徴とする請求項２５
に記載の液体吐出方法。
【請求項２８】前記吐出口面は親分浸水領域を有して
いることを特徴とする請求項２７に記載の液体吐出方
法。
【請求項２９】前記液流路の吐出口下面側は親分処理
が施されていることを特徴とする請求項２５ないし２７
のいずれかに記載の液体吐出方法。