JPH1148500A - 液体吐出ヘッド用可動部材及びそれの製造方法とそれを有する液体吐出ヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 液体の吐出のさらなる効率化を図ること。 【解決手段】 可動部材２３１の気泡発生領域２１１に
対向する面に凹部を設け、それにより、気泡発生領域２
１１において発生した気泡を吐出口２１８方向に積極的
に導く。

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及びその製造方法に関
し、特に、気泡の発生を利用して変位する可動部材を有
する液体吐出ヘッド及びその製造方法に関する。

【０００２】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。

【０００３】

【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から知られている。
このバブルジェット記録方法を用いる記録装置には、特
公昭６１−５９９１１号公報や特公昭６１−５９９１４
号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
発生手段としての発熱体（電気熱変換体）とが一般的に
設けられている。

【０００４】上記のよう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等の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。

【０００５】そこで、本発明者達のうちの一部は、液体
吐出の原理に立ち返り、従来では得られなかった気泡を
利用した新規な液体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い、特願平８−４８９２
号公報等を出願している。

【０００６】特願平８−４８９２号公報等に開示された
発明は、液路中の可動部材の支点と自由端との位置関係
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
に面して配置することで積極的に気泡を制御する技術で
ある。

【０００７】上述したような、極めて新規な吐出原理に
基づく液体吐出ヘッド等によると、発生する気泡とこれ
によって変位する可動部材との相乗効果を得ることがで
き、吐出口近傍の液体を効率良く吐出できるため、従来
のバブルジェット方式の吐出方法、ヘッド等に比べて、
吐出効率を向上させることができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上述したような従来の
液体吐出ヘッドは、気泡発生領域において発生する気泡
を制御し、その圧力により効率的な液体の吐出を実現す
るものであるが、液体の吐出のさらなる効率化が望まれ
ている。

【０００９】本発明は、液体の吐出のさらなる効率化を
図ることができる液体吐出ヘッド用可動部材及びそれの
製造方法とそれを有する液体吐出ヘッドを提供すること
を目的とする。

【００１０】

【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、自由端及び支点を有し、液体が満たされた
流路内にて発生する気泡の圧力によって前記自由端が変
位する液体吐出ヘッド用可動部材において、少なくとも
前記自由端を含む可動領域は、レジストを用いない電鋳
方法によって原版に対して形成された後に原版から剥離
された金属部分を少なくとも芯部に有することを特徴と
する。

【００１１】また、前記気泡に対向する面を有し、該対
向面は凹部を具備することを特徴とする。

【００１２】また、前記対向面は、前記凹部を含んだ凹
凸域を有することを特徴とする。

【００１３】また、前記凹部は、前記支点から前記自由
端側へ延在する溝であることを特徴とする。

【００１４】また、前記凹部は、液体の流れ方向とは直
交方向に延在する溝であることを特徴とする。

【００１５】また、前記凹部は、格子状に形成されてい
ることを特徴とする。

【００１６】また、前記凹部の幅が、前記支点側よりも
前記自由端側の方が広いことを特徴とする。

【００１７】また、前記凹部の幅が、前記支点端側より
も前記自由端側の方が狭いことを特徴とする。

【００１８】また、前記気泡に対向する面とは反対側の
面は、稜線が曲面形状となっていることを特徴とする。

【００１９】また、該可動部材が形成される材料よりも
耐腐食性の高いコーティング部材によって被覆されてい
ることを特徴とする。

【００２０】また、液体を吐出する吐出口と、該吐出口
に連通し、該吐出口に液体を供給する液流路と、液体に
気泡を発生させるための発熱体を具備する基板と、前記
発熱体に面するように前記吐出口側を自由端として前記
液流路内に設けられた可動部材とを少なくとも有してな
る液体吐出ヘッドにおいて、前記可動部材の少なくとも
前記自由端を含む可動領域は、レジストを用いない電鋳
方法によって原版に対して形成された後に原版から剥離
された金属部分を少なくとも芯部に有することを特徴と
する。

【００２１】また、液体を吐出する吐出口と、該吐出口
に連通し、該吐出口に液体を供給する液流路と、液体に
気泡を発生させるための発熱体を具備する基板と、前記
発熱体に面するように前記吐出口側を自由端として前記
液流路内に設けられた可動部材とを少なくとも有してな
る液体吐出ヘッドに用いられる液体吐出ヘッド用可動部
材の製造方法において、ガラス原版に所定のパターン溝
を作製する工程と、前記パターン溝が作製されているガ
ラス原版面の全体に銀を成膜する工程と、前記銀が成膜
されたガラス原版のパターン溝の中に銀が残るように銀
をこすり落とす工程と、前記工程により銀が残された部
分にニッケルによって電鋳を行う工程と、前記ガラス原
版と前記ニッケルとを剥離することで前記可動部材を得
る工程とを有することを特徴とする。

【００２２】また、前記銀を成膜させる工程は、銀鏡反
応を用いて行うことを特徴とする。

【００２３】また、前記銀をこすり落とす工程は、スポ
ンジを用いて行うことを特徴とする。

【００２４】また、前記可動部材を、該可動部材が形成
される材料よりも耐腐食性の高いコーティング部材によ
って被覆する工程を有することを特徴とする。

【００２５】（作用）上記のように構成された本発明に
おいては、可動部材の気泡に対向する面に凹部が設けら
れており、それにより、気泡発生領域において発生した
気泡が吐出口方向に積極的に導かれやすくなっている。

【００２６】また、その凹部が可動部材の支点から自由
端側へ延在する溝であり、その溝の幅が、支点側よりも
自由端側の方が広くなるように形成されている場合は、
可動部材の変位が大きくなり、それにより、自由端より
も下流側の液体に対し、気泡の下流側の圧力成分が有効
に作用する。

【００２７】また、その凹部が可動部材の支点から自由
端側へ延在する溝であり、その溝の幅が、支点側よりも
自由端側の方が狭くなるように形成されている場合は、
可動部材の変位が、支点を中心として確実に行われ、そ
れにより、小さな圧力によって可動部材の自由端が変位
する。

【００２８】また、可動部材の気泡に対向する面とは反
対側の面の稜線を曲面形状とした場合は、可動部材が変
位する際、可動部材が受ける液体の圧力を下げることが
でき、可動部材の上方への変位が容易となる。

【００２９】また、可動部材を、該可動部材が形成され
る材料よりも耐腐食性の高いコーティング部材によって
被覆した場合は、気泡の発生による圧力を液体の吐出に
効率的に利用可能としながらも、液体に対する耐久性の
向上が図られる。

【００３０】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。

【００３１】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。

【００３２】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。

【００３３】さらに、本発明でいう「櫛歯」とは、可動
部材の支点部が共通部材になっており、自由端の前方が
開放されている形状を意味する。

【００３４】

【発明の実施の形態】本発明の具体的な実施例を説明す
る前に、まず、本発明における液体を吐出する際に、気
泡に基づく圧力の伝搬方向や気泡の成長方向を制御して
吐出力や吐出効率を向上する最も基本となる構成により
について説明する。

【００３５】図１は、本発明の液体吐出ヘッドにおける
吐出原理を説明するための図であり、液流路方向の断面
図である。また、図２は、図１に示した液体吐出ヘッド
の部分破断斜視図である。

【００３６】図１に示す例では、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（本例において
は４０μｍ×１０５μｍの形状の発熱抵抗体）が素子基
板１に設けられており、この素子基板上に発熱体２に対
応して液流路１０が配されている。液流路１０は吐出口
１８に連通していると共に、複数の液流路１０に液体を
供給するための共通液室１３に連通しており、吐出口１
８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。

【００３７】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１上に感光性樹脂などをパター
ニングして形成した台座（支持部材）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。

【００３８】また、可動部材３１を櫛歯状にすることに
より、簡易にかつ安価に可動部材３１を作製することが
でき、台座に対するアライメントも容易にできる。

【００３９】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２と可動部
材３１との間が気泡発生領域１１となる。

【００４０】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１（ｂ）、（ｃ）もしくは図２で示されるように示さ
れるように支点３３を中心に吐出口１８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１８側に導かれる。またこのとき、自由
端３２の先端部が幅を有しているため、気泡の発泡圧力
を吐出口１８側へ導きやすくなり、吐出効率や吐出力ま
た吐出速度等の根本的な向上を図ることができる。

【００４１】以下に、本発明の実施の形態について図面
を参照して説明する。

【００４２】（第１の実施の形態）図３は、本発明の液
体吐出ヘッドの第１の実施の形態を示す図であり、
（ａ）は流路方向の断面図、（ｂ）〜（ｄ）は（ａ）に
示した可動部材の例を示す上面図である。

【００４３】本形態は図３に示すように、液体を吐出す
る吐出口２１８と、吐出口２１８から吐出される液体が
貯留されている共通液室２１３と、吐出口２１８に連通
し、共通液室２１３に貯留されている液体を吐出口２１
８に供給する液流路２１０と、液体に気泡を発生させる
ための発熱体２０２を具備する素子基板２０１と、発熱
体２０２に面するように吐出口２１８側に自由端２３２
を具備して液流路２１０内に設けられた可動部材２３１
と、可動部材２３１を素子基板２０１に支持する台座２
３４とから構成されており、可動部材２３１は、発熱体
２０２に面する側に凹凸を有している。また、可動部材
２３１と素子基板２０１とは台座２３４によって所定の
間隔を有して配されており、可動部材２３１と発熱体２
０２との間に気泡発生領域２１１が形成されている。

【００４４】可動部材２３１の凹凸においては、図３
（ｂ）に示すような流路方向と垂直方向に等間隔に設け
られたものや、図３（ｃ）に示すような流路方向と垂直
方向に自由端２３２側の凹部の幅が狭くなるように設け
られたものや、図３（ｄ）に示すような流路方向と垂直
方向に自由端２３２側の凹部の幅が広くなるように設け
られたものが挙げられる。

【００４５】以下に、上記のように構成された液体吐出
ヘッドにおける液体吐出動作について説明する。

【００４６】図４は、図３に示した液体吐出ヘッドにお
ける液体吐出動作を説明するための図である。

【００４７】まず、気泡発生領域２１１に気泡が発生し
ていない状態（図４（ａ））において、発熱体２０２に
熱を与えると、気泡発生領域２１１において気泡２４０
が発生し、それにより、可動部材２３１の自由端２３２
が発熱体２０２から離れる方向に変位し始める（図４
（ｂ））。

【００４８】さらに、気泡２４０が大きく成長すると、
可動部材２３１の自由端２３２がさらに大きく変位し、
それにより、吐出口２１８から液体が吐出される（図４
（ｃ））。

【００４９】その後、気泡２４０が収縮すると、可動部
材２３１の自由端２３２が変位前の元の位置に戻り、共
通液室２１３内の液体が液流路２１０に供給される（図
４（ｄ））。

【００５０】上記一連の動作によって吐出口２１８から
液体が吐出されるが、本形態においては、可動部材２３
１の発熱体２０２に面する側に凹凸が設けられているた
め、気泡発生領域２１１において発生した気泡２４０が
吐出口２１８方向に積極的に導かれやすくなっている。

【００５１】また、可動部材２３１の凹凸が設けられて
いない側においては、各稜線が曲面形状となっており、
それにより、可動部材２３１が変位する際、可動部材２
３１が受ける液体の抵抗を下げることができ、可動部材
２３１の上方への変位が容易となる。

【００５２】なお、上述した実施の形態においては、気
泡２４０の最大成長時に気泡２４０と可動部材２３１と
が接することがなかったが、気泡２４０の最大成長時に
気泡２４０と可動部材２３１とが接する構成としてもよ
い。

【００５３】図５は、図３に示した液体吐出ヘッドにお
ける液体吐出動作を説明するための図であり、気泡２４
０の最大成長時に気泡２４０と可動部材２３１とが接す
るものを示している。

【００５４】以下に、上述した液体吐出ヘッドに用いら
れる可動部材の製造方法について説明する。

【００５５】図６は、図３に示した可動部材２３１の製
造方法を説明するための図である。

【００５６】なお、本形態においては、可動部材の凹凸
を形成するパターン溝が高精度にパターニングされたガ
ラス原版に銀鏡反応し、そのガラス原版のパターン溝の
中に銀が残るように銀をこすり落とした後ニッケル電鋳
を行い可動部材を作製し、エッジシューター型の液体吐
出ヘッドに貼り付ける例が示されている。

【００５７】まず、フォトマスクを作製する手順と同様
に、ガラスにクロムを成膜し、レジストを電子線描画に
よりパターニングし、さらにクロムをエッチングしてク
ロムパターンを作製する。そのクロムをマスクにして、
ガラスをエッチングし、可動部材の凹凸を形成するパタ
ーン溝５０２を形成し、それによりガラス原版５０１を
作成する（図６（ａ））。

【００５８】ガラス原版５０１を作成した後、全面に銀
鏡反応を行い、それにより、銀５０３を成膜する（図６
（ｂ））。

【００５９】次に、スポンジ等のステージを用いてガラ
ス原版５０１表面に成膜された銀５０３をこすり落とす
が、ここで、ガラス原版５０１においては、パターン溝
５０２が形成されているため、ガラス原版５０１表面に
成膜された銀５０３をこすり落とした場合、パターン溝
５０２（凹部）の中のみに銀５０３が残る（図６
（ｃ））。なお、この時、銀５０３の表面は荒れてい
る。

【００６０】次に、電鋳法を用いて、銀５０３が残って
いる部分にニッケル５０４を成長させ、ニッケル５０４
の電鋳を行う（図６（ｄ））。

【００６１】その後、ニッケル５０４が電鋳された可動
部材２３１をガラス原版５０１から剥離し、それによ
り、可動部材２３１を完成させる（図６（ｅ））。

【００６２】本形態においては、可動部材の材料として
ニッケルが用いられている。これは、ニッケルが弾性に
優れており、気泡の発生による圧力を液体の吐出に効率
的に利用することができるからであるが、可動部材の材
料としてニッケルを使用した場合、ニッケルが液流路内
の液体によって腐食し、腐食が進行すると、可動部材そ
のものの強度が弱まり、気泡の発生による圧力が液体の
吐出に効率的に作用しなくなってしまう虞れがある。

【００６３】そこで、可動部材を、該可動部材が形成さ
れる材料よりも耐腐食性の高いコーティング部材によっ
て被覆すれば、気泡の発生による圧力を液体の吐出に効
率的に利用可能としながらも、液体に対する耐食性の向
上を図ることができる。

【００６４】具体的には、可動部材の材料にニッケルを
用いた場合は、コーティング部材としてタンタルや金等
が挙げられる。

【００６５】図７は、図３に示した可動部材２３１の製
造方法を説明するための図であり、可動部材のコーティ
ング工程が含まれるものを示す。

【００６６】図７に示すように、図６に示した一連の工
程後、可動部材２１３をタンタルや金等のコーティング
部材５０５によって被覆する（図７（ｆ））。

【００６７】（第２の実施の形態）図８は、本発明の液
体吐出ヘッドの第２の実施の形態を示す図であり、
（ａ）は流路方向の断面図、（ｂ）〜（ｄ）は（ａ）に
示した可動部材の例を示す上面図である。

【００６８】本形態は図８に示すように、液体を吐出す
る吐出口２１８と、吐出口２１８から吐出される液体が
貯留されている共通液室２１３と、吐出口２１８に連通
し、共通液室２１３に貯留されている液体を吐出口２１
８に供給する液流路２１０と、液体に気泡を発生させる
ための発熱体２０２を具備する素子基板２０１と、発熱
体２０２に面するように吐出口２１８側に自由端３３２
を具備して液流路２１０内に設けられた可動部材３３１
と、可動部材３３１を素子基板２０１に支持する台座２
３４とから構成されており、可動部材３３１は、発熱体
２０２に面する側に凹凸を有している。また、可動部材
３３１と素子基板２０１とは台座２３４によって所定の
間隔を有して配されており、可動部材３３１と発熱体２
０２との間に気泡発生領域２１１が形成されている。

【００６９】可動部材３３１の凹凸においては、図８
（ｂ）に示すような流路方向に等間隔に設けられたもの
や、図８（ｃ）に示すような流路方向に自由端３３２側
の凹部の幅が広くなるように設けられたものや、図８
（ｄ）に示すような流路方向に自由端３３２側の凹部の
幅が狭くなるように設けられたものが挙げられる。

【００７０】上記のように構成された液体吐出ヘッドに
おいては、可動部材３３１の発熱体２０２と面する側
に、流路方向と平行な溝が設けられているので、流路に
直交する方向に広がる気泡の成長成分を抑制することが
でき、気泡の成長による圧力を吐出口方向に効率良く導
くことができる。

【００７１】また、図８（ｃ）に示したように、流路方
向と平行に設けられた凹部の幅が自由端３３２側が広く
なるように形成されている場合は、可動部材３３１の自
由端側の変位を大きくすることができ、それにより、自
由端３３２よりも下流側の液体に対し、気泡の下流側の
圧力成分を有効に作用させることができる。

【００７２】また、図８（ｄ）に示したように、流路方
向と平行に設けられた凹部の幅が自由端３３２側が狭く
なるように形成されている場合は、可動部材３３１の変
位を、支点３３３を中心として確実に行わせることがで
き、それにより、小さな圧力によって可動部材３３１の
自由端３３２を変位させることができる。

【００７３】（第３の実施の形態）図９は、本発明の液
体吐出ヘッドの第３の実施の形態を示す図であり、
（ａ）は流路方向の断面図、（ｂ）〜（ｄ）は（ａ）に
示した可動部材の例を示す上面図である。

【００７４】本形態は図９に示すように、液体を吐出す
る吐出口２１８と、吐出口２１８から吐出される液体が
貯留されている共通液室２１３と、吐出口２１８に連通
し、共通液室２１３に貯留されている液体を吐出口２１
８に供給する液流路２１０と、液体に気泡を発生させる
ための発熱体２０２を具備する素子基板２０１と、発熱
体２０２に面するように吐出口２１８側に自由端３３２
を具備して液流路２１０内に設けられた可動部材４３１
と、可動部材４３１を素子基板２０１に支持する台座２
３４とから構成されており、可動部材４３１は、発熱体
２０２に面する側に格子状の凹凸を有している。また、
可動部材４３１と素子基板２０１とは台座２３４によっ
て所定の間隔を有して配されており、可動部材４３１と
発熱体２０２との間に気泡発生領域２１１が形成されて
いる。

【００７５】可動部材４３１の凹凸においては、図９
（ｂ）に示すようなそれぞれが等間隔に設けられたもの
や、図９（ｃ）に示すような自由端４３２側の凹部の幅
が狭くなるように設けられたものや、図９（ｄ）に示す
ような自由端４３２側の凹部の幅が広くなるように設け
られたものが挙げられる。

【００７６】上記のように構成された液体吐出ヘッドに
おいては、可動部材４３１の発熱体２０２に面する側に
凹凸が設けられているため、気泡発生領域２１１におい
て発生した気泡２４０が吐出口２１８方向に積極的に導
かれやすくなっている。

【００７７】以下に、液体に熱を与えるための発熱体２
が設けられた素子基板１の構成について説明する。

【００７８】図１０は、本発明の液体吐出ヘッドが適用
された液体吐出装置の一構成例を示す縦断面図であり、
（ａ）は後述する保護膜がある装置を示す図、（ｂ）は
保護膜がない装置を示す図である。

【００７９】図１０においては、図１に示した液流路１
０を第１の液流路１４とし、また、液体供給路１２を第
２の液流路１６としており、各々に供給される液体を同
じ液体としても良いが、異なる液体を使用すれば、第１
の液流路１４に供給される液体つまり吐出液の選択の範
囲を広げることができる。

【００８０】図１０に示すように、素子基板１上に、第
２の液流路１６と、分離壁３０と、可動部材３１と、第
１の液流路１４と、第１の液流路１４を構成する溝が設
けられている溝付部材５０とが設けられている。

【００８１】素子基板１には、シリコン等の基体１０７
上に、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が成膜されており、その上に
０．０１〜０．２μｍ厚の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と、
０．２〜１．０μｍ厚のアルミニウム等の配線電極１０
４とがパターニングされている。この２つの配線電極１
０４から電気抵抗層１０５に電圧を印加し、電気抵抗層
１０５に電流を流して発熱させる。配線電極１０４間の
電気抵抗層１０５上には、酸化シリコンやチッ化シリコ
ン等の保護層１０３が０．１〜０．２μｍ厚で形成さ
れ、さらにその上に、０．１〜０．６μｍ厚のタンタル
等の耐キャビテーション層１０２が成膜されており、イ
ンク等各種の液体から電気抵抗層１０５を保護してい
る。

【００８２】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。

【００８３】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１０（ｂ）に示す。

【００８４】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。特に、本発明において、発泡のための液
体を吐出液と分離して発泡に適したものにできるため、
このように保護層がない場合に有利である。

【００８５】このように、上述した実施の形態における
発熱体２の構成としては、配線電極１０４間の電気抵抗
層１０５（発熱部）だけででもよく、また電気抵抗層１
０５を保護する保護層を含むものでもよい。

【００８６】本形態においては、発熱体２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、本発明は、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。

【００８７】なお、前述の素子基板１には、発熱部を構
成する電気抵抗層１０５とこの電気抵抗層１０５に電気
信号を供給するための配線電極１０４とで構成される電
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。

【００８８】また、上述したような素子基板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、電気抵抗層１０５に配線電極１０４を介し
て矩形パルスを印加し、配線電極１０４間の電気抵抗層
１０５を急峻に発熱させればよい。

【００８９】図１１は、図１０に示した電気抵抗層１０
５に印加する電圧波形を示す図である。

【００９０】上述した実施の形態における液体吐出装置
においては、それぞれ電圧２４Ｖ、パルス幅７μｓｅ
ｃ、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、
本発明における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。

【００９１】以下に、部品点数の削減を図りながらも、
２つの共通液室を有し、各共通液室に異なる液体を良好
に分離して導入することができ、コストダウンを可能と
する液体吐出装置の構造例について説明する。

【００９２】図１２は、本発明の液体吐出ヘッドが適用
された液体吐出装置の一構成例を示す分解斜視図であ
る。

【００９３】本形態においては、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２としての電気熱変換素子が複数設けられた素
子基板１が設けられている。

【００９４】素子基板１上には、ＤＦドライフィルムに
より形成された第２の液流路１６を構成する複数の溝
と、複数の第２の液流路１６に連通し、それぞれの第２
の液流路１６に発泡液を供給するための第２の共通液室
（共通発泡液室）１７を構成する凹部と、前述した可動
部材３１が接着された分離壁３０とが設けられている。

【００９５】溝付部材５０においては、分離壁３０と接
合されることで第１の液流路（吐出液流路）１４を構成
する溝と、この吐出液流路に連通し、それぞれの第１の
液流路１４に吐出液を供給するための第１の共通液室
（共通吐出液室）１５を構成するための凹部と、第１の
共通液室１５に吐出液を供給するための第１の液体供給
路（吐出液供給路）２０と、第２の共通液室１７に発泡
液を供給するための第２の液体供給路（発泡液供給路）
２１とを有している。第２の液体供給路２１は、第１の
共通液室１５の外側に設けられた可動部材３１及び分離
壁３０を貫通して第２の共通液室１７に連通する連通路
に繁がっており、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１７に供給することが
できる。

【００９６】なお、素子基板１、可動部材３１、分離壁
３０及び溝付部材５０の配置関係は、素子基板１の発熱
体２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に対応して第１の液流路１４が設けられてい
る。また、本形態においては、第２の液体供給路２１を
１つの溝付部材５０に設けた例について示したが、液体
の供給量に応じて複数個設けてもよい。さらに、第１の
液体供給路２０と第２の液体供給路２１の流路断面積は
供給量に比例して決めればよい。このような流路断面積
の最適化により、溝付部材５０等を構成する部品のより
一層の小型化を図ることも可能である。

【００９７】

【発明の効果】以上説明したように本発明においては、
可動部材の気泡に対向する面に凹部が設けられているた
め、気泡発生領域において発生した気泡が吐出口方向に
積極的に導かれやすくなっており、それにより、液体の
吐出のさらなる効率化を図ることができる。

【００９８】また、その凹部が可動部材の支点から自由
端側へ延在する溝であり、その溝の幅が、支点側よりも
自由端側の方が広くなるように形成されている場合は、
可動部材の変位が大きくなり、それにより、自由端より
も下流側の液体に対し、気泡の下流側の圧力成分を有効
に作用させることができる。

【００９９】また、その凹部が可動部材の支点から自由
端側へ延在する溝であり、その溝の幅が、支点側よりも
自由端側の方が狭くなるように形成されている場合は、
可動部材の変位が、支点を中心として確実に行われ、そ
れにより、小さな圧力によって可動部材の自由端を変位
させることができる。

【０１００】また、可動部材の気泡に対向する面とは反
対側の面の稜線を曲面形状とした場合は、可動部材が変
位する際、可動部材が受ける液体の抵抗を下げることが
でき、可動部材の上方への変位が容易となる。

【０１０１】また、可動部材を、該可動部材が形成され
る材料よりも耐腐食性の高いコーティング部材によって
被覆した場合は、気泡の発生による圧力を液体の吐出に
効率的に利用可能としながらも、液体に対する耐久性の
向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液体吐出ヘッドにおける吐出原理を説
明するための図である。

【図２】図１に示した液体吐出ヘッドの部分破断斜視図
である。

【図３】本発明の液体吐出ヘッドの第１の実施の形態を
示す図であり、（ａ）は流路方向の断面図、（ｂ）〜
（ｄ）は（ａ）に示した可動部材の例を示す上面図であ
る。

【図４】図３に示した液体吐出ヘッドにおける液体吐出
動作を説明するための図である。

【図５】図３に示した液体吐出ヘッドにおける液体吐出
動作を説明するための図である。

【図６】図３に示した可動部材の製造方法を説明するた
めの図である。

【図７】図３に示した可動部材の製造方法を説明するた
めの図である。

【図８】本発明の液体吐出ヘッドの第２の実施の形態を
示す図であり、（ａ）は流路方向の断面図、（ｂ）〜
（ｄ）は（ａ）に示した可動部材の例を示す上面図であ
る。

【図９】本発明の液体吐出ヘッドの第３の実施の形態を
示す図であり、（ａ）は流路方向の断面図、（ｂ）〜
（ｄ）は（ａ）に示した可動部材の例を示す上面図であ
る。

【図１０】本発明の液体吐出ヘッドが適用された液体吐
出装置の一構成例を示す縦断面図であり、（ａ）は後述
する保護膜がある装置を示す図、（ｂ）は保護膜がない
装置を示す図である。

【図１１】図１０に示した電気抵抗層に印加する電圧波
形を示す図である。

【図１２】本発明の液体吐出ヘッドが適用された液体吐
出装置の一構成例を示す分解斜視図である。

【符号の説明】

１，２０１ 素子基板 ２，２０２ 発熱体 ３ 面積中心 １０，２１０ 液流路 １１，２１１ 気泡発生領域 １２ 液体供給路 １３，２１３ 共通液室 １４ 第１の液流路 １６ 第２の液流路 １８，２１８ 吐出口 ２０ 第１液体供給路 ２１ 第２液体供給路 ３０ 分離壁 ３１，２３１，３３１，４３１ 可動部材 ３２，２３２，３３２，４３２ 自由端 ３３，２３３，３３３，４３３ 支点 ３４，２３４ 台座 ４０ 気泡 ４５ 液滴 ５０ 溝付部材 ７０ 支持体 １０２，３０５ 耐キャビテーション層 １０３，３０４ 保護層 １０４ 配線電極 １０５ 抵抗層 １０６ シリコン層 １０７ 基体 ５０１ ガラス原版 ５０２ パターン溝 ５０３ 銀 ５０４ ニッケル ５０５ コーティング部材

フロントページの続き (72)発明者 小山 修司 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 (24)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 自由端及び支点を有し、液体が満たされ
   た流路内にて発生する気泡の圧力によって前記自由端が
   変位する液体吐出ヘッド用可動部材において、 少なくとも前記自由端を含む可動領域は、レジストを用
   いない電鋳方法によって原版に対して形成された後に原
   版から剥離された金属部分を少なくとも芯部に有するこ
   とを特徴とする液体吐出ヘッド用可動部材。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の液体吐出ヘッド用可動
   部材において、 前記気泡に対向する面を有し、該対向面は凹部を具備す
   ることを特徴とする液体吐出ヘッド用可動部材。
3. 【請求項３】 請求項２に記載の液体吐出ヘッド用可動
   部材において、 前記対向面は、前記凹部を含んだ凹凸域を有することを
   特徴とする液体吐出ヘッド用可動部材。
4. 【請求項４】 請求項２に記載の液体吐出ヘッド用可動
   部材において、 前記凹部は、前記支点から前記自由端側へ延在する溝で
   あることを特徴とする液体吐出ヘッド用可動部材。
5. 【請求項５】 請求項２に記載の液体吐出ヘッド用可動
   部材において、 前記凹部は、液体の流れ方向とは直交方向に延在する溝
   であることを特徴とする液体吐出ヘッド用可動部材。
6. 【請求項６】 請求項２に記載の液体吐出ヘッド用可動
   部材において、 前記凹部は、格子状に形成されていることを特徴とする
   液体吐出ヘッド用可動部材。
7. 【請求項７】 請求項４乃至６のいずれか１項に記載の
   液体吐出ヘッド用可動部材において、 前記凹部の幅が、前記支点側よりも前記自由端側の方が
   広いことを特徴とする液体吐出ヘッド用可動部材。
8. 【請求項８】 請求項４乃至６のいずれか１項に記載の
   液体吐出ヘッド用可動部材において、 前記凹部の幅が、前記支点端側よりも前記自由端側の方
   が狭いことを特徴とする液体吐出ヘッド用可動部材。
9. 【請求項９】 請求項２乃至８のいずれか１項に記載の
   液体吐出ヘッド用可動部材において、 前記気泡に対向する面とは反対側の面は、稜線が曲面形
   状となっていることを特徴とする液体吐出ヘッド用可動
   部材。
10. 【請求項１０】 請求項１乃至９のいずれか１項に記載
    の液体吐出ヘッド用可動部材において、 該可動部材が形成される材料よりも耐腐食性の高いコー
    ティング部材によって被覆されていることを特徴とする
    液体吐出ヘッド用可動部材。
11. 【請求項１１】 液体を吐出する吐出口と、 該吐出口に連通し、該吐出口に液体を供給する液流路
    と、 液体に気泡を発生させるための発熱体を具備する基板
    と、 前記発熱体に面するように前記吐出口側を自由端として
    前記液流路内に設けられた可動部材とを少なくとも有し
    てなる液体吐出ヘッドにおいて、 前記可動部材の少なくとも前記自由端を含む可動領域
    は、レジストを用いない電鋳方法によって原版に対して
    形成された後に原版から剥離された金属部分を少なくと
    も芯部に有することを特徴とする液体吐出ヘッド。
12. 【請求項１２】 請求項１１に記載の液体吐出ヘッドに
    おいて、 前記可動部材は前記気泡に対向する面を有し、該対向面
    は凹部を具備することを特徴とする液体吐出ヘッド。
13. 【請求項１３】 請求項１２に記載の液体吐出ヘッドに
    おいて、 前記対向面は、前記凹部を含んだ凹凸域を有することを
    特徴とする液体吐出ヘッド。
14. 【請求項１４】 請求項１２に記載の液体吐出ヘッドに
    おいて、 前記凹部は、前記支点から前記自由端側へ延在する溝で
    あることを特徴とする液体吐出ヘッド。
15. 【請求項１５】 請求項１２に記載の液体吐出ヘッドに
    おいて、 前記凹部は、液体の流れ方向とは直交方向に延在する溝
    であることを特徴とする液体吐出ヘッド。
16. 【請求項１６】 請求項１２に記載の液体吐出ヘッドに
    おいて、 前記凹部は、格子状に形成されていることを特徴とする
    液体吐出ヘッド。
17. 【請求項１７】 請求項１４乃至１６のいずれか１項に
    記載の液体吐出ヘッドにおいて、 前記凹部の幅が、前記支点側よりも前記自由端側の方が
    広いことを特徴とする液体吐出ヘッド。
18. 【請求項１８】 請求項１４乃至１６のいずれか１項に
    記載の液体吐出ヘッドにおいて、 前記凹部の幅が、前記支点端側よりも前記自由端側の方
    が狭いことを特徴とする液体吐出ヘッド。
19. 【請求項１９】 請求項１２乃至１８のいずれか１項に
    記載の液体吐出ヘッドにおいて、 前記可動部材の前記気泡に対向する面とは反対側の面
    は、稜線が曲面形状となっていることを特徴とする液体
    吐出ヘッド。
20. 【請求項２０】 請求項１１乃至１９のいずれか１項に
    記載の液体吐出ヘッドにおいて、 前記可動部材は、該可動部材が形成される材料よりも耐
    腐食性の高いコーティング部材によって被覆されている
    ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
21. 【請求項２１】 液体を吐出する吐出口と、 該吐出口に連通し、該吐出口に液体を供給する液流路
    と、 液体に気泡を発生させるための発熱体を具備する基板
    と、 前記発熱体に面するように前記吐出口側を自由端として
    前記液流路内に設けられた可動部材とを少なくとも有し
    てなる液体吐出ヘッドに用いられる液体吐出ヘッド用可
    動部材の製造方法において、 ガラス原版に所定のパターン溝を作製する工程と、 前記パターン溝が作製されているガラス原版面の全体に
    銀を成膜する工程と、 前記銀が成膜されたガラス原版のパターン溝の中に銀が
    残るように銀をこすり落とす工程と、 前記工程により銀が残された部分にニッケルによって電
    鋳を行う工程と、 前記ガラス原版と前記ニッケルとを剥離することで前記
    可動部材を得る工程とを有することを特徴とする液体吐
    出ヘッド用可動部材の製造方法。
22. 【請求項２２】 請求項２１に記載の液体吐出ヘッド用
    可動部材の製造方法において、 前記銀を成膜させる工程は、銀鏡反応を用いて行うこと
    を特徴とする液体吐出ヘッド用可動部材の製造方法。
23. 【請求項２３】 請求項２１または請求項２２に記載の
    液体吐出ヘッド用可動部材の製造方法において、 前記銀をこすり落とす工程は、スポンジを用いて行うこ
    とを特徴とする液体吐出ヘッド用可動部材の製造方法。
24. 【請求項２４】 請求項２１乃至２３のいずれか１項に
    記載の液体吐出ヘッド用可動部材の製造方法において、 前記可動部材を、該可動部材が形成される材料よりも耐
    腐食性の高いコーティング部材によって被覆する工程を
    有することを特徴とする液体吐出ヘッド用可動部材の製
    造方法。