JP2001038902A

JP2001038902A - 液体吐出方法、液体吐出ヘッド、および液体吐出装置

Info

Publication number: JP2001038902A
Application number: JP11212903A
Authority: JP
Inventors: Noriyuki Matsumoto; 宣幸松本; Hiroyuki Ishinaga; 博之石永; Sadayuki Sugama; 定之須釜
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1999-07-27
Filing date: 1999-07-27
Publication date: 2001-02-13
Also published as: EP1072415A2; US6533401B1; EP1072415A3

Abstract

(57)【要約】【課題】弁変位の過程における流路後方への液流およ
び、それによる泡の流路後方への回り込みを遮断する。【解決手段】気泡の上流側半分の成長を抑制するため
自由端１１ｂが発熱体１０のほぼ中央領域に位置するよ
うに可動部材１１を配設し、この可動部材１１の自由端
１１ｂの直前空間の上方に、流路３の形成方向における
液流を規制する液流規制部１２を設け、気泡成長に伴う
可動部材１１の変位過程における液路３上流側（後方）
への液流と、これによる可動部材１１の自由端１１ｂを
迂回しての気泡の流路３上流側への成長を遮断するよう
に構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、熱エネルギーを液
体に作用させて気泡を発生させることによって液体を吐
出する液体吐出装置に係るものであり、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装置に
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】従来、プリンター等の記録装置におい
て、流路中の液体インクに熱等のエネルギーを与えて気
泡を発生させ、それに伴う急峻な体積変化に基づく作用
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知られてい
る。このバブルジェット記録方法を用いる記録装置に
は、米国特許第４，７２３，１２９号等に開示されてい
るように、インクを吐出するための吐出口と、この吐出
口に連通する流路と、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。

【０００４】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。

【０００５】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
年さらに高まっている。

【０００６】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。

【０００７】このようなヘッドの他にも、気泡の発生に
伴って発生するバック波（吐出口へ向かう方向とは逆の
方向へ向かう圧力）に着目し、吐出において損失エネル
ギーになるバック波を防止する構造の発明が特開平６−
３１９１８号公報に開示されている。この公報に記載の
発明は、三角形状の板状部材の三角形部分を気泡を発生
するヒーターに対して対向させたものである。この発明
では、板状部材によってバック波を一時的に且つわずか
には抑えられている。しかし、気泡の成長と三角形部分
との相関関係については全く触れていないし、その着想
もないため、上記の発明は以下の問題点を含んでいる。

【０００８】すなわち、上記公報に記載の発明では、ヒ
ーターが凹部の底に位置しており吐出口との直線的連通
状態をとれないため、液滴形が安定できず、さらに気泡
の成長は三角形の頂点の部分の周囲から許容されている
ため、気泡は三角形の板状部材の片側から反対側全体ま
で成長し、結果的に板状部材が存在していないかのよう
に液中における通常の気泡の成長が完成してしまう。従
って、成長した気泡にとって板状部材の存在は何ら関係
のないものとなってしまう。逆に、板状部材の全体が気
泡に囲まれるために、気泡の収縮段階において、凹部に
位置するヒーターへのリフィルは乱流を生じせしめ、そ
の凹部内に微小気泡を蓄積する原因となり、成長気泡に
基づいて吐出を行う原理自体を乱すことになってしま
う。

【０００９】他方、ＥＰ公開公報４３６０４７Ａ１は、
吐出口近傍域と気泡発生部との間にこれらを遮断する第
１弁と、気泡発生部とインク供給部との間にこれらを完
全に遮断する第２弁とを交互に開閉させる発明を提案し
ている（ＥＰ４３６０４７Ａ１の第４〜９図）。しか
し、この発明はこれら３つの部屋を２つづつに区分して
しまうために、吐出時には液滴に追従するインクが大き
な尾引きとなり、気泡成長・収縮・消泡を行う通常の吐
出方式に比べてサテライトドットがかなり多くなってし
まう（消泡によるメニスカス後退の効果を使えないと推
定される）。また、リフィル時は、気泡発生部に液体が
消泡に伴って供給されるが、吐出口近傍域には次の発泡
が生じるまで液体は供給できないので、吐出液滴のばら
つきが大きいだけでなく、吐出応答周波数が極めて小さ
く、実用レベルではない。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上述の従来技術とはま
ったく異なり液滴の吐出に関し有効に貢献できる可動部
材(自由端を支点よりも吐出口側に有する板状部材等)を
用いた発明が、本願出願人によって数多く提案されてい
る。その発明のうち、特開平９−４８１２７号公報は上
述した可動部材の挙動がわずかに乱れることを防止すべ
く、可動部材の変位の上限を規制する発明を開示してい
る。また、特開平９−３２３４２０号公報は、上記可動
部材に対して、上流における共通液室の位置を、上記可
動部材の利点を利用して可動部材の自由端側；つまり下
流側にシフトさせてリフィル能力を高める発明を開示し
ている。これらは、発明が生み出される前提の想定に、
気泡の成長を可動部材で一時的に包み込んだ状態から一
気に吐出口側に開放する形態を採っていたため、気泡全
体が液滴形成に関わる個々の要素や、それらの相関関係
については注目されていない。

【００１１】次の段階として、本願出願人は、特開平１
０−２４５８８号公報にて、液体吐出に関わる要素とし
て圧力波伝播による気泡成長に注目した発明（音響波）
として、気泡発生領域の一部を上記可動部材から開放す
る発明を開示している。しかしながら、この発明におい
ても液体吐出時の気泡の成長のみに着目しているため、
気泡全体が液滴自体の形成に係わる個々の要素や、それ
らの相関関係について注目されていない。

【００１２】従来から知られている膜沸騰による気泡の
前方部分(エッヂシューター型)が吐出に大きな影響を与
えることは知られているものの、この部分をより効率よ
く吐出液滴の形成に貢献せしめることについて従来着目
したものはなく、本発明はこれらの技術的解明をすべく
本発明者たちは鋭意研究を行った。

【００１３】こうした研究過程において、気泡の成長に
伴い変位する事が可能な自由端を備えた可動部材が、そ
の変位過程で、ある条件下において可動部材の先端側か
らの気泡の回り込みが発生する場合があった。その詳細
として、上記発明の技術解析の過程で以下のような現象
が確認された。

【００１４】すなわち、液滴を吐出させるための気泡の
成長とこれに伴う可動部材の上方変位の過程で、可動部
材の変位が気泡成長に追いつかなくなって成長気泡が可
動部材の上面に乗り上げようとするが、ある条件下、例
えば、液供給側の流路抵抗がきわめて小さく、そちら方
向への液移動がしやすい場合は、可動部材の変位による
ノズル流路後方への液体の移動に伴い、ノズル流路後方
への気泡の回り込みが観察された。

【００１５】このノズル流路後方への液の流れ力が可動
部材の変位過程で生じると、気泡成長による吐出エネル
ギーを効率よく吐出口方向に向けるといった可動部材の
効果を減少させる場合がある。

【００１６】そこで本発明者達は、自由端を有する可動
部材を利用した液体吐出ヘッドのノズル流路において、
弁変位の過程における流路後方への液流および、それに
よる泡の流路後方への回り込みを遮断する流路構造を新
たに見い出し、これにより、ノズル前方への吐出効率の
向上とリフィル時の充填液のメニスカス復帰早期安定と
を図るに至った。

【００１７】

【課題を解決するための手段】以上のような研究過程で
得られた本発明は、液体に気泡を発生させる気泡発生領
域を有する液流路と、該気泡を発生し成長させるための
熱エネルギーを発生する発熱体と、前記液流路に連通し
た、液体を吐出する部分である吐出口と、前記気泡発生
領域に設けられ前記気泡の成長に伴い変位する自由端を
持つ可動部材と、前記可動部材の変位過程における前記
吐出口と反対方向への液流および気泡成長を規制する液
流規制部とを備えた液体吐出ヘッドの液体吐出方法であ
って、変位過程における前記可動部材の自由端を前記液
流規制部に実質的に接触させる事なく接近させて、前記
気泡発生領域を有する液流路に前記吐出口を除いて実質
的に閉じた空間を形成する工程を有することを特徴とす
る。

【００１８】上記の方法では、前記可動部材の自由端が
変位する過程において、該自由端が前記液流規制部の近
傍を通過した際、前記吐出口と反対方向への液流をせん
断することを特徴とする。

【００１９】さらには、前記閉じた空間を形成した状態
で前記気泡が収縮する工程を有することを特徴とする。

【００２０】前記気泡が収縮する工程では、前記気泡の
収縮に伴う液体の移動の大部分を前記吐出口から上流方
向に向かわせ、前記吐出口内にメニスカスを急速に引き
込むことを特徴とする。

【００２１】さらには、前記気泡の収縮に伴って前記可
動部材が前記液流規制部より離間することで、前記気泡
発生領域に前記吐出口に向かう下流方向への液流を生じ
させ、前記メニスカスの引き込みを急制動することを特
徴とする。

【００２２】また本発明は、液体に気泡を発生させる気
泡発生領域を有する液流路と、該気泡を発生し成長させ
るための熱エネルギーを発生する発熱体と、前記液流路
に連通した、液体を吐出する部分である吐出口と、前記
気泡発生領域に設けられ前記気泡の成長に伴い変位する
自由端を持つ可動部材と、前記可動部材の変位過程にお
ける前記吐出口と反対方向への液流および気泡成長を規
制する液流規制部とを備えた液体吐出ヘッドであって、
変位過程における前記可動部材の自由端と前記液流規制
部が実質的に接触する事なく接近する事によって、前記
気泡発生領域を有する液流路が前記吐出口を除いて実質
的に閉じた空間になるとともに、最大成長時の気泡が前
記空間内を流体流れに関して遮断しないように、前記可
動部材と前記液流規制部とが配設されていることを特徴
とする。

【００２３】上記のヘッドは、前記閉じた空間を形成し
た後の前記可動部材の変位を規制する変位規制部が設け
られたことを特徴とする。これにより、前記閉じた空間
を形成した後の上流側への液体の移動を抑えてリフィル
性を向上させることが可能である。

【００２４】さらには、変位過程における前記可動部材
の両側縁に対して少なくとも一部が実質的に接触し、前
記気泡発生領域から発生する気泡を規制する側方規制部
が設けられたことを特徴とする。これにより、液流路の
側壁と可動部材との間のクリアランスを緩く設定しても
該クリアランスからの上流側への液流及び気泡成長を抑
えることができる。

【００２５】さらには、前記液流規制部が、前記可動部
材の自由端よりも前記吐出口側に位置し、前記吐出口か
ら見た場合に前記変位過程における可動部材の自由端を
覆い隠し、かつ、前記自由端と接触しない距離を保って
いることを特徴とする。

【００２６】さらには、前記可動部材の自由端が変位す
る過程において該自由端が前記液流規制部の近傍を通過
する際の前記自由端の軌跡部が狭い空間になっているこ
とを特徴とする。これにより、可動部材の上方変位によ
る上流側への液流が早くなるため可動部材自体の変位速
度も早まる。

【００２７】さらには、前記液流規制部の上流側部分
が、前記液流路の天井に対し前記吐出口側に傾いたテー
パ形状を有することを特徴とする。これにより、上流側
からのリフィル時の流路抵抗を減らすことができる。さ
らに、液流規制部の流路方向の幅を小さくできるので、
液流規制部を境にして吐出口側の流路体積を大きく確保
することができ、大液滴の吐出に役立つ。

【００２８】さらには、前記可動部材は、前記気泡発生
領域の近傍で前記可動部材の前記発熱体側の面より突出
している凸部を有することを特徴とする。これにより、
気泡発生時の圧力波を上流側へできる限り及ばないよう
にすることができる。

【００２９】以上のような構成によれば、気泡の成長、
消泡開始に伴う吐出口近傍の液体の流れをインクジェッ
ト特有の液滴形成に有効に利用できるとともに、メニス
カスの後退量を少なくできるので、メニスカスの復帰に
要する時間を大幅に短縮でき、応答周波数の依存特性を
改善できる。特に、可動部材に対する液流規制部の相関
位置により、変位過程における可動部材を接触させる事
なく、リフィル性に対するマイナス効果となる上流側へ
の液流及び気泡成長をスムースにかつ速く遮断して、気
泡発生領域を有する液流路を実質的に閉じた空間にし、
気泡成長による吐出エネルギーを効率よく吐出口方向に
向けることができる。

【００３０】本発明のその他の効果については、各実施
形態の記載から理解できよう。

【００３１】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。

【００３２】また、気泡自体に関する「下流側」とは、
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。

【００３３】また、本発明で表現する可動部材と側方規
制部との「実質的な接触」とは必ずしも可動部材と側方
規制部が密着するわけではなく、可動部材が側方規制部
に限りなく接近する事も含む。

【００３４】

【発明の実施の形態】本発明の実施形態について、以下
に説明する。

【００３５】（第１の実施の形態）図１は本発明の液体
吐出ヘッドの第１の実施形態の断面図を示すとともに、
液流路内の特徴的な現象を６つの工程に分けて示したも
のである。特に図１の（ａ１）〜（ｆ１）は流路に沿っ
た方向で切断した際の断面図であり、図１の(ａ２)〜
（ｆ２)はそれぞれ（ａ１）〜（ｆ１）に対応するＡ−
Ａ'線断面図である。

【００３６】まずその構成について説明する。

【００３７】図１に示す形態の液体吐出ヘッドでは、素
子基板１と天板２とが積層状態で固着され、両板１，２
の間に流路３が設けられている。流路３は、素子基板
1、側壁７および天板(対向板)２に囲まれた細長い形状
を有しており、１個の記録ヘッドに多数の流路３が設け
られている。そして、この多数の流路３の上流側に同時
に連通するように、大容積の共通液室６が設けられてい
る。つまり、単一の共通液室６から多数の流路３に分岐
した形状となっている。符号Ｍは吐出液が形成するメニ
スカスを表し、メニスカスＭは、吐出口４及びそれに連
通する流路３の内壁によって発生する毛細管力によって
通常負圧である共通液室６の内圧に対して、吐出口４近
傍で釣り合っている。また、共通液室６の液室高さは、
流路３の流路高さよりも非常に高くなっている。さら
に、多数の流路３に対応して、素子基板１には電気熱変
換素子等の発熱体（気泡発生手段）１０と可動部材１１
とが取付けられている。

【００３８】発熱体１０と吐出液との接する面の近傍領
域には、発熱体１０が急速に加熱されて吐出液に発泡を
生じさせる気泡発生領域９が存在する。この気泡発生領
域９を有する流路３に可動部材１１の少なくとも一部が
発熱体１０と対面するように配されている。

【００３９】可動部材１１は、一端支持の片持ち梁状で
あり、インクの流れの上流側（図１(ａ１)右側）で素子
基板１に固定され、支点１１ａより下流側（図１(ａ１)
左側）が素子基板１に対して上下方向に移動可能であ
る。そして、可動部材１１は、図１（ａ１）に示す初期
状態においては、素子基板１との間にわずかな隙間を保
ちつつ素子基板１に平行に位置する。

【００４０】本実施形態では、さらに、気泡の上流側略
半分の成長を抑制するため自由端１１ｂが発熱体１０の
ほぼ中央領域に位置するように可動部材１１を配設し、
この可動部材１１の自由端１１ｂの直前空間の上方に、
流路３の形成方向における液流を規制する液流規制部１
２を設け、気泡成長に伴う可動部材１１の変位過程にお
ける液路３上流側（後方）への液流と、これによる可動
部材１１の自由端１１ｂを迂回しての気泡の流路３上流
側への成長を遮断するように構成した。詳しくは、液流
規制部１２が可動部材１１の自由端１１ｂよりも吐出口
４側に位置し、吐出口４から共通液室６側を見たときに
変位中の可動部材１１の自由端１１ｂを覆い隠し、か
つ、その自由端１１ｂと接触しない距離を保っている。
そして、可動部材１１の自由端１１ｂが変位する過程に
おいて、自由端１１ｂが液流規制部材１２の上流側面の
近傍を通過した際、流路３上流側への液流をせん断する
ような位置関係にある。

【００４１】さらに、液流規制部１２を境として共通液
室６側の天井形状は急激にたちあがるようになってい
る。この構成で可動部材１１がない場合には、気泡発生
領域９の下流側の流体抵抗が上流側の流体抵抗よりも小
さくなるため、吐出に用いられる圧力は吐出口４側に向
かいにくいものであったが、本実施形態においては、気
泡形成時には可動部材１１により気泡発生領域９の上流
側への気泡の移動が実質的に遮断されているため、吐出
に用いられる圧力は積極的に吐出口４側へ向かうと共
に、インク供給時においては気泡発生領域９の上流側の
流体抵抗が小さくなっていることから気泡発生領域９へ
インク供給が速やかになされるようになっている。

【００４２】上記構成によれば、気泡の下流側への成長
成分と上流側への成長成分が均等ではなく、上流側への
成長成分が少なくなり上流側への液体の移動が抑制され
る。上流側への液体の流れが抑制されるため、吐出後の
メニスカスの後退量が減少し、その分リフィル時にメニ
スカスがオリフィス面よりも突出する量も減少する。し
たがってメニスカス振動が抑制されることとなり、低周
波数から高周波数まであらゆる駆動周波数に於て安定し
た吐出が行われる。

【００４３】なお、本実施形態においては、気泡の下流
側の部分と吐出口との間は液流に対しまっすぐな流路構
造を保っている「直線的連通状態」となっている。これ
は、より好ましくは、気泡の発生時に生じる圧力波の伝
播方向とそれに伴う液体の流動方向と吐出方向とが直線
的に一致させることで、吐出滴６６の吐出方向や吐出速
度等の吐出状態をきわめて高いレベルで安定化させると
いう理想状態を形成することが望ましい。本発明では、
この理想状態を達成、または近似させるための一つの定
義として、吐出口４と発熱体１０、特に気泡の吐出口側
に影響力を持つ発熱体の吐出口側(下流側)とが直接直線
で結ばれる構成とすればよく、これは、流路内の流体が
ない状態であれば、吐出口の外側から見て発熱体、特に
発熱体の下流側が観察することが可能な状態である（図
２１参照）。

【００４４】また本実施形態では、気泡発生領域９に近
接して、可動部材１１に基板１側に突出する凸部１１ｃ
(以下、単に「下側凸部」と称する。)が設けられてい
る。この下側凸部１１ｃは、気泡発生領域９で発生する
気泡の後方(上流側)への成長を抑制するものであり、こ
の下側凸部１１ｃを設けたことにより、より気泡の後方
成長が少なくなる。そして、この下側凸部１１ｃは後方
への気泡の成長を抑制することで吐出エネルギー向上に
寄与する事ができる。

【００４５】下側凸部１１ｃが設けられる位置として
は、可動部材１１が基板１側に変位する際にこの下側凸
部１１ｃが基板１に当接することがあるため、少なくと
も発熱体１０周囲の段差部分から離れた位置に設けられ
ることが望ましい。具体的には有効発泡領域から５μｍ
以上離れていることが望ましい。また、あまりに気泡発
生領域から離れすぎると、気泡後方成長抑制の効果を発
揮できなくなるため、発熱体１０の有効発泡領域から略
発熱体長の半分までの距離内に設けられていることが望
ましい。すなわち、本実施形態においては約４５μｍで
あり、好ましくは３０μｍ以内、さらに好ましくは２０
μｍ以下となる。

【００４６】また、下側凸部１１ｃの高さは可動部材１
１と素子基板１間の距離とほぼ等しいかそれ以下であ
り、本実施形態においては、下側凸部１１ｃの先端と素
子基板１の間はわずかにクリアランスを有している。

【００４７】この下側凸部１１ｃによって、気泡発生領
域９で発生した気泡は、可動部材１１と素子基板１との
間を上流方向へ伸延することが抑制され、上流方向への
液体の移動が少なくなり、結果的にさらにリフィルを向
上させることができる。

【００４８】次に、本実施形態の液体吐出ヘッドの吐出
動作について詳しく説明する。

【００４９】図１（ａ１）では、発熱体１０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を示す。ここで重要なこと
は、まず、可動部材の幅が流路の幅に比べ（十分）小さ
いことで可動部材と流路壁とのクリアランスが確保され
ていることと、気泡成長に伴う可動部材１１の変位過程
における液路３上流側（後方）への液流の早期遮断とこ
の液流による可動部材１１の自由端１１ｂを迂回しての
気泡の流路３上流側への成長の抑止とを行なう液流規制
部１２が設けられていることである。つまり、可動部材
１１の上方変位中に可動部材１１の自由端１１ｂと液流
規制部１２とが近接状態になって、可動部材１１の上面
と液流規制部材１２の間の液流をせん断し、気泡発生領
域９の上流側への液体の移動を抑制するようになってい
る。

【００５０】図１（ｂ１）では、気泡発生領域９内を満
たす液体の一部が発熱体１０によって加熱され、膜沸騰
に伴う気泡４０が発泡し始めた状態を示す。

【００５１】このとき、膜沸騰による気泡４０の発生に
基づく圧力波が流路３内に伝播し、それに伴い液体は気
泡発生領域９の中央領域を境に下流側及び上流側に移動
し、上流側においては気泡４０の成長に伴う液の流れに
より可動部材１１が変位し始める。

【００５２】図１（ｃ１）では、気泡発生領域９内を満
たす液体の一部が発熱体１０によって加熱され、膜沸騰
に伴う気泡４０がほぼ最大に成長した状態を示す。この
とき、気泡４０の発生に基づく圧力波がさらに伝播する
ことにより、気泡発生領域９の上流側では可動部材１１
が、その自由端１１ｂが液流規制部１２の上流側面（後
側面）近傍に配置される状態まで変位し、下流側におい
ては吐出口４から吐出滴６６が吐出しつつある。可動部
材１１が図１（ｃ１）の位置まで変位すると、上流方向
への液体の移動もそこで大きく制限される。つまり、こ
の位置では、液流規制部１２と流路側壁７と可動部材１
１と支点１１ａとで上流側の領域に進入する液量をほと
んど無にしている。これによって、後述する高速リフィ
ルを阻害する供給路系における液の逆流や圧力振動を防
止する。

【００５３】いま説明した、液流規制部１２と可動部材
１１とによる液流規制のメカニズムについて図２を用い
てさらに詳述する。まず図２（ａ）に示すように、気泡
４０の成長により可動部材１１が変位し、液流規制部１
２に接近するに伴い、液流Ａのような、可動部材１１の
上流側（供給側）への流れ込みが発生する。しかしなが
ら、可動部材１１自体はその自由端１１ｂを液流Ａに対
して上流に位置させているため、流れ抵抗を受けず、可
動部材１１の変位動作はほとんど制約を受けない。特に
液流規制部１２が可動部材１１に対向していないため、
液流Ａの状態をとどめたまま可動部材１１は変位し続け
ることができ、スムースに液流規制部１２の上流側面
（後側面）近傍を通過する。この通過の際、液流規制部
１２の存在によって可動部材１１の自由端１１ｂの軌跡
部が狭い空間になるので、液流Ａの流速が早まり流抵抗
が低くなって、可動部材１１の上方変位速度も早まる。
そして、変位した可動部材１１の自由端１１ｂが液流規
制部１２の上流側面（後側面）近傍に配置された時点
で、気泡発生領域９を有する液路３は可動部材１１と液
流規制部１２により、吐出口４を除いて実質的な密閉空
間を完成させる。そのため、この空間での液移動力はほ
とんど全て吐出口側に向けられ、吐出力を増大させると
ともに、リフィル性に対するマイナス効果となる供給側
（上流側）への液移動もほとんどなくなる（図２（ｃ）
参照）。

【００５４】次に図１（ｄ１）では、前述した膜沸騰の
後に気泡内部の負圧が液流路内の下流側への液体の移動
に打ち勝って、気泡４０の収縮が開始された状態を示
す。この時点では、液流路内全体としては、いまだ変位
した可動部材１１と液流規制部１２との近接状態によっ
て、気泡発生領域９を有する流路３が吐出口４を除い
て、実質的に閉じた空間になっているため、気泡４０の
収縮エネルギーは全体バランスとして吐出口４近傍の液
体を上流方向へ移動させる力として強く働く。したがっ
て、メニスカスＭはこの時点で吐出口４から流路３内に
大きく引き込まれ、吐出液滴６６と繋がっている液柱を
強い力ですばやく切り離すことになる。その結果、図１
（ｅ１）に示すように、吐出口４の外側にとり残される
液滴すなわちサテライト（副滴）６７が少なくなる。

【００５５】図１（ｅ１）では、消泡工程がほぼ終了し
吐出液滴６６とメニスカスＭが分断された状態を示す。
気泡の収縮に伴い、可動部材１１が下方変位し、可動部
材１１と液流規制部１２との近接状態が開放され始める
と、可動部材１１の下方変位に伴う下流方向への流れは
共通液室６側の流路抵抗が小さい為、急速に大きな流れ
となって液流規制部１２を介し流路３へ流れ込む。この
ように、これらの動作で液室側の液体を流路内に誘導す
る。流路内に導かれた液体はそのまま液流規制部１２と
下方変位した可動部材１１との間をとおり、発熱体１０
の下流側に流れ込むと同時に、まだ消泡しきっていない
気泡４０に対し消泡を加速するように作用する。この液
体の流れは、消泡を助けたあと、吐出口方向にさらに流
れを作りメニスカスの復帰を助け、リフィル速度を向上
する。

【００５６】また、前述した可動部材１１と液流規制部
１２の間の部分を介した流路３への流れ込みは天板２側
の壁面での流速を高めるため、この部分での微少泡など
の残留も極めて少なく、吐出の安定性に寄与している。

【００５７】さらに、消泡によるキャビテーション発生
ポイントも気泡発生領域９の下流側にずれるため、発熱
体に対するダメージが少なくなる。同時に、同現象によ
りこの領域でのヒータへのこげの付着も少なくなる為、
吐出安定性が向上する。

【００５８】図１（ｆ１）では、図１（ｅ１）の状態が
さらに進み、サテライト６７が吐出滴６６に取り込まれ
た状態を示す。この吐出滴６６とサテライト６７の合体
は他の実施の形態でも吐出毎に必ずしも起きる現象では
なく、条件によって起きる場合と起きない場合がある。
しかし、サテライトの量を少なくとも減少または消滅さ
せることで、主滴とサテライトドットとの着弾位置が被
記録体上で殆どずれず印字品位を向上させるとともに、
ミストとなって印字媒体や記録装置内を汚すなどの弊害
を低減することができる。

【００５９】（第２の実施の形態）図３は本発明の液体
吐出ヘッドの第２の実施形態の断面図を示したものであ
る。特に図３の（ａ）は流路に沿った方向で切断した際
の断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ’線断面図、
（ｃ）は（ａ）のＹ−Ｙ’線断面図である。図３では図
１の形態と同一の構成要素には同一符号を用いており、
その同一構成要素の説明は省略する。

【００６０】本実施形態では、第１の実施形態の構成に
加え、図３に示すように液流規制部１２より上流側の流
路３の側壁７に、上方変位時の可動部材１１の側縁上面
が当接する側方ストッパ１３を設け、可動部材１１の変
位時に可動部材１１と流路壁７とのクリアランスを遮断
するように構成した。

【００６１】側方ストッパ１３の可動部材１１との当接
面の高さは、変位した可動部材１１が液流規制部１２の
上流側面（後側面）近傍を通過してから当接する位置に
あることが好ましい。

【００６２】このような構成では、発熱体１０の発熱直
後は側方ストッパ１３と可動部材１１との間のクリアラ
ンスは大きいが、膜沸騰に伴う気泡の発泡に伴って可動
部材１１が変位するにつれ狭くなっていく。このように
前記クリアランスが狭いと、気泡発生領域９より上流
側、すなわち、共通液室６側への液流及びこれによる気
泡の通り抜けはかなり規制される。それに伴い可動部材
１１を境界として気泡発生領域側と共通液室側の圧力差
が大きく生じ、可動部材１１は側方ストッパ１３により
密着するかたちで押しつけられる。したがって、可動部
材１１と側方ストッパ１３との密着性が高まるため、可
動部材１１と流路壁とのクリアランスが十分に設けられ
ていても、このクリアランス部分からの液体及び気泡の
漏れがなくなる。この構成により、気泡発生領域の共通
液室側に対する密閉性は高まり、共通液室側に液体及び
気泡が漏れて吐出力を損失することが少なくなる。

【００６３】なお、図３に示した構成では側方ストッパ
１３は流路３の天井から設けられているが、これに限ら
れるものではなく、流路３の側壁７のみに設けられてい
てもよく、また側方ストッパ１３の形状は上方変位時の
可動部材１１の側縁上面が当接するものであれば限定さ
れないものである。

【００６４】（第３の実施の形態）図４は本発明の液体
吐出ヘッドの第３の実施形態の断面図を示したものであ
る。特に図４の（ａ）は流路に沿った方向で切断した際
の断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ’線断面図、
（ｃ）は（ａ）のＹ−Ｙ’線断面図である。図４では図
１の形態と同一の構成要素には同一符号を用いており、
その同一構成要素の説明は省略する。

【００６５】本実施形態では、第１の実施形態の構成に
加え、図４に示すように液流規制部１２の上流側部分
に、上方変位時の可動部材１１の自由端１１ｂが当接す
る変位規制部１２ａを設け、可動部材１１の自由端１１
ｂが液流規制部１２の上流側面の近傍を通過した後に可
動部材１１の変位を規制するように構成した。変位規制
部１２ａの可動部材１１との当接面の高さは、当然なが
ら、液流規制部１２の先端（下側端）より高い（流路天
井に近い）位置にある。

【００６６】このような構成では、可動部材１１の自由
端１１ｂが液流規制部１２の上流側面の近傍を通過した
後の可動部材１１の変位を規制しているため、可動部材
１１の上方変位による上流側（後方）への液流を速やか
に規制し、リフィル性を向上させることができる。

【００６７】（第４の実施の形態）図５は本発明の液体
吐出ヘッドの第４の実施形態の断面図を示したものであ
る。特に図５の（ａ）は流路に沿った方向で切断した際
の断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ’線断面図、
（ｃ）は（ａ）のＹ−Ｙ’線断面図である。図５では図
１の形態と同一の構成要素には同一符号を用いており、
その同一構成要素の説明は省略する。

【００６８】図５に示す形態では、第１の実施形態の構
成に加え、液流規制部１２の上流側部分に、自由端１１
ｂが液流規制部１２の上流側面（後側面）近傍を通過し
た可動部材１１の変位を規制する変位規制部１２ａを設
け、かつ、変位規制部１２ａより上流側の流路３の側壁
７に、可動部材１１と流路壁７とのクリアランスを遮断
するように可動部材１１の側縁上面が当接する側方スト
ッパ１３を設けた。

【００６９】このような構成では、第２の実施形態と第
３の実施形態を併せた効果を有する。すなわち、可動部
材１１の上方変位に伴う可動部材１１と流路壁とのクリ
アランス部分からの液体及び気泡の漏れを防止するとと
もに、上流側への液流の液流規制部１２と可動部材１１
による遮断後に可動部材の変位を速やかに規制するの
で、気泡成長をより効率よく吐出液滴の形成に貢献さ
せ、かつリフィル性を向上させることができる。

【００７０】（第５の実施の形態）図６は本発明の液体
吐出ヘッドの第５の実施形態の断面図を示したものであ
る。特に図６の（ａ）は流路に沿った方向で切断した際
の断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ’線断面図、
（ｃ）は（ａ）のＹ−Ｙ’線断面図である。図６では図
１の形態と同一の構成要素には同一符号を用いており、
その同一構成要素の説明は省略する。

【００７１】本実施形態では、第１の実施形態の液流規
制部について、図６に示すように上流側部分を流路天井
に対し下流側に傾いたテーパ形状にして、上方変位時の
可動部材１１の自由端１１ｂの軌跡に沿った形状をとる
液流規制部１２１を構成した。

【００７２】このような構成では、第１の実施形態と比
較して液流規制部の前後方向の幅を小さくできるので、
液流規制部と可動部材を境にして吐出口側の流路体積を
多く確保することができ、大液滴（大ドット）の吐出に
役立つ。吐出可能な最大液滴量は発熱体から吐出口まで
の流路体積に比例するからである。さらに、液流規制部
１２１の上流側部分がテーパ状に形成されているため、
上流側からのリフィル時の流路抵抗を減らすことができ
る。

【００７３】（第６の実施の形態）図７は本発明の液体
吐出ヘッドの第６の実施形態の断面図を示したものであ
る。特に図７の（ａ）は流路に沿った方向で切断した際
の断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ’線断面図、
（ｃ）は（ａ）のＹ−Ｙ’線断面図である。図７では図
１の形態と同一の構成要素には同一符号を用いており、
その同一構成要素の説明は省略する。

【００７４】本実施形態では、第１の実施形態の液流規
制部について図７に示すように上流側部分を流路天井に
対し下流側に傾いたテーパ形状にして、上方変位時の可
動部材１１の自由端１１ｂの軌跡に沿った形状をとる液
流規制部１２１を構成し、かつ、液流規制部１２１より
上流側の流路３の側壁７に、可動部材１１と流路壁７と
のクリアランスを遮断するように可動部材１１の側縁上
面が当接する側方ストッパ１３を設けた。

【００７５】このような構成では、第１の実施形態と比
較して液流規制部の前後方向の幅を小さくできるので、
液流規制部と可動部材を境にして吐出口側の流路体積を
多く確保することができ、大液滴吐出に役立つ。さら
に、液流規制部１２１の上流側部分がテーパ状に形成さ
れているため、上流側からのリフィル時の流路抵抗を減
らすことができる。

【００７６】加えて、可動部材１１の上方変位に伴う、
可動部材１１と流路壁とのクリアランス部分からの液体
及び気泡の漏れを防止するので、気泡成長をより効率よ
く吐出液滴の形成に貢献させ、かつリフィル性を向上さ
せることができる。

【００７７】（第７の実施の形態）図８は本発明の液体
吐出ヘッドの第７の実施形態の断面図を示したものであ
る。特に図８の（ａ）は流路に沿った方向で切断した際
の断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ’線断面図、
（ｃ）は（ａ）のＹ−Ｙ’線断面図である。図８では図
１の形態と同一の構成要素には同一符号を用いており、
その同一構成要素の説明は省略する。

【００７８】本実施形態では、第１の実施形態の液流規
制部について図８に示すように上流側部分を流路天井に
対し下流側に傾いたテーパ形状にして、上方変位時の可
動部材１１の自由端１１ｂの軌跡に沿った形状をとる液
流規制部１２１を構成し、かつ、液流規制部１２１の上
流側部分に、可動部材１１の自由端１１ｂが液流規制部
１２の上流側面の近傍を通過した後に可動部材１１の変
位を規制する変位規制部１２１ａを設けた。

【００７９】このような構成では、第１の実施形態と比
較して液流規制部の前後方向の幅を小さくできるので、
液流規制部と可動部材を境にして吐出口側の流路体積を
多く確保することができ、大液滴吐出に役立つ。さら
に、液流規制部１２１の上流側部分がテーパ状に形成さ
れているため、上流側からのリフィル時の流路抵抗を減
らすことができる。

【００８０】加えて、上流側への液流の、液流規制部１
２と可動部材１１による遮断後に、可動部材１１の上方
変位による上流側（後方）への液流を速やかに規制する
ため、気泡成長をより効率よく吐出液滴の形成に貢献さ
せ、かつリフィル性を向上させることができる。

【００８１】（第８の実施の形態）図９は本発明の液体
吐出ヘッドの第８の実施形態の断面図を示したものであ
る。特に図９の（ａ）は流路に沿った方向で切断した際
の断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ’線断面図、
（ｃ）は（ａ）のＹ−Ｙ’線断面図である。図９では図
１の形態と同一の構成要素には同一符号を用いており、
その同一構成要素の説明は省略する。

【００８２】本実施形態では、第１の実施形態の液流規
制部について図９に示すように上流側部分を流路天井に
対し下流側に傾いたテーパ形状にして、上方変位時の可
動部材１１の自由端１１ｂの軌跡に沿った形状をとる液
流規制部１２１を構成し、かつ、液流規制部１２１の上
流側部分に、可動部材１１の自由端１１ｂが液流規制部
１２の上流側面の近傍を通過した後に可動部材１１の変
位を規制する変位規制部１２１ａを設けるとともに、変
位規制部１２１ａより上流側の流路３の側壁７に、可動
部材１１と流路壁７とのクリアランスを遮断するように
可動部材１１の側縁上面が当接する側方ストッパ１３を
設けた。

【００８３】このような構成では、第６の実施形態と第
７の実施形態を併せた効果を有する。すなわち、第１の
実施形態と比較して液流規制部の前後方向の幅を小さく
できるので、液流規制部と可動部材を境にして吐出口側
の流路体積を多く確保することができ、大液滴吐出に役
立つ。さらに、液流規制部１２１の上流側部分がテーパ
状に形成されているため、上流側からのリフィル時の流
路抵抗を減らすことができる。

【００８４】加えて、可動部材１１の上方変位に伴う可
動部材１１と流路壁とのクリアランス部分からの液体及
び気泡の漏れを防止するとともに、上流側への液流の液
流規制部１２と可動部材１１による遮断後に可動部材の
変位を速やかに規制するので、気泡成長をより効率よく
吐出液滴の形成に貢献させ、かつリフィル性を向上させ
ることができる。

【００８５】（その他の実施の形態）以下、上述した液
体吐出方法を用いたヘッドに好適な様々な形態例を説明
する。

【００８６】＜サイドシュータタイプ＞ここでは、図１
及び図２を用いて説明した液体吐出原理を、発熱体と吐
出口が平行平面上で対面するサイドシュータタイプのヘ
ッドに適用したものを説明する。図１０〜図１２はこの
サイドシュータタイプのヘッドの例を説明するための図
である。

【００８７】図１０において、素子基板１上の発熱体１
０と天板２に形成された吐出口４とが相対するように配
設されている。吐出口４は発熱体１０上を通る液流路３
と連通している。発熱体１０と液体との接する面の近傍
領域には気泡発生領域が存在する。そして素子基板１上
に２つの可動部材１１が支持され、各々の可動部材は発
熱体の中心を通る面に対して面対称となるように形成さ
れており、各々の可動部材１１の自由端１１ｂは発熱体
１０上で向き合うように位置している。また、各々の可
動部材１１は発熱体１０への投影面積を等しくしてお
り、各々の可動部材１１の自由端どうしは所望の寸法で
隔てられている。ここで、各可動部材は発熱体の中心を
通る面の分割壁で分割したと仮定した際、それぞれの分
割された発熱体の中心付近に可動部材の自由端が位置す
るように設けられている。

【００８８】天板２には、気泡成長に伴う可動部材１１
の変位過程における上流側への液流と、これによる可動
部材１１の自由端１１ｂを迂回しての気泡の上流側への
成長を遮断する液流規制部１２が設けられている。共通
液室６から吐出口４への流れにおいて、液流規制部１２
を境に上流側に、液流路３と比較して相対的に流路抵抗
の低い低流路抵抗領域が設けられている。この領域にお
ける流路構造は液流路３よりも流路断面積が大きいこと
で、液体の移動に対し流路から受ける抵抗を小さくして
いる。また、液流規制部１２の上流側を先端にいくほど
細いテーパ形状にしているので、この形状によっても、
上流側からのリフィル時の流路抵抗を減らすことができ
る。

【００８９】さらに、図１１に示すように液流規制部１
２の上流側部分に、可動部材１１の自由端１１ｂが液流
規制部１２の上流側面の近傍を通過した後に可動部材１
１の変位を規制する変位規制部１２１ａを設けてもよ
い。この構成をとると、上流側への液流を液流規制部１
２と可動部材１１によって遮断した後に可動部材１１の
変位を速やかに規制できるので、可動部材１１の変位に
よる上流側への液移動がほとんどなく、リフィル性を向
上させることができる。

【００９０】さらに、図１２に示すように液流規制部１
２より上流側の流路３の側壁７に、可動部材１１と流路
壁７とのクリアランスを遮断するように可動部材１１の
側縁上面が当接する側方ストッパ１３を設けてもよい。
この構成をとると、可動部材１１の上方変位に伴う、可
動部材１１と流路壁とのクリアランス部分からの液体及
び気泡の漏れを防止できるので、気泡成長をより効率よ
く吐出液滴の形成に貢献させ、かつリフィル性を向上さ
せることができる。また前記クリアランス部分を緩く設
定できるため、流路に対して配置する可動部材の組み付
け性が向上する。

【００９１】また、図１３〜図１５は一つの発熱体に対
して一つの可動部材を設けた構成を示しており、図１３
は液流規制部１２を設けた構成、図１４は液流規制部１
２に加え変位規制部１２ａを設けた構成、図１５は液流
規制部１２に加え側方ストッパ１３を設けた構成を示し
ている。なお、図１２及び図１５に示す形態では、上流
側への液体の慣性力を抑制する効果を高めるために、流
路に設けられた側方ストッパ１３の可動部材１１との接
触面に、液流路の下流側に向かって前記基板から離れる
方向の傾斜部が設けられている。この傾斜部により、可
動部材１１が上昇したときにストッパ１３との接触状態
をより良好なものとすることができる。これによって、
発泡時の上流側へのインク流がさらに減少し、メニスカ
ス振動抑制効果がより高くなる。

【００９２】次に、本実施形態の構造による特徴的な作
用・効果について説明する。

【００９３】図１０及び図１３では、気泡発生領域内を
満たす液体の一部が発熱体１０によって加熱され、膜沸
騰に伴う気泡４０が最大に成長した状態を示す。このと
き、気泡４０の発生に基づく圧力により液流路内の液体
が吐出口４方向に移動し、気泡４０の成長により各可動
部材１１が変位し、吐出口４から吐出滴６６が飛び出そ
うとしている。ここで、上流方向への液体の移動は低流
路抵抗領域によって大きな流れとなるが、可動部材１１
はその自由端１１ｂが液流規制部１２の上流側面の近傍
に近接配置されるまで変位すると、上流方向への液体の
移動がそこで大きく制限される。同時に気泡４０の上流
側への成長も可動部材１１で制限される。このとき、図
１１や図１４の構成をとっていると、上流側への液流を
液流規制部１２と可動部材１１によって遮断した後に可
動部材１１の変位を速やかに規制できるので、可動部材
１１の変位による上流側への液移動がほとんどなく、リ
フィル性を向上させることができる。さらに図１２や図
１５の構成をとっていると、可動部材１１と流路側壁７
とのクリアランスが大きくでも側方ストッパ１３により
前記クリアランスが遮断されるため、気泡成長をより効
率よく吐出液滴の形成に貢献させることができる。

【００９４】可動部材１１の自由端１１ｂが液流規制部
１２の上流側面の近傍に近接配置されて上流側への液流
の遮断後、気泡４０の収縮が開始された場合、この時点
では気泡４０の収縮の多くは吐出口４から上流方向への
液移動を生じさせる。したがって、メニスカスはこの時
点で吐出口４から液流路３内に大きく引き込まれ、吐出
液滴６６と繋がっている液柱を強い力ですばやく切り離
す。その結果、吐出口４の外側にとり残される液滴すな
わちサテライトが少なくなる。

【００９５】消泡工程がほぼ終了すると、低流路抵抗領
域では液体の上流方向の移動力に対し可動部材１１の反
発力（復元力）が勝り、可動部材１１の下方変位とそれ
に伴う低流路抵抗領域での下流方向への流れとが開始さ
れる。これと同時に、低流路抵抗領域での下流方向への
流れは流路抵抗が小さい為、急速に大きな流れとなって
液流規制部１２を介し液流路３へ流れ込む。

【００９６】このように本形態では、吐出用液体を低流
路抵抗領域より供給することで、リフィル性をより高速
に高めている。また、低流路抵抗領域に隣接する共通液
室がさらに流路抵抗を小さくしているので、さらに高速
リフィルを可能にしている。

【００９７】さらに、気泡４０の消泡工程において、側
方ストッパ１３と可動部材１１との間隙が低流路抵抗領
域から気泡発生領域１１への液流を促進させるととも
に、可動部材１１が液流規制部１２から離間して生じる
可動部材１１の表面を伝わる急速な液体供給と相まっ
て、消泡をすみやかに完了させる。

【００９８】＜可動部材＞先の実施形態において、可動
部材を構成する材質としては吐出液に対して耐溶剤性が
あり、可動部材として良好に動作するための弾性を有し
ているものであればよい。

【００９９】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、チッ化
珪素等のセラミックおよびその化合物が望ましい。本発
明における可動部材としてはμｍオーダーの厚さを対象
にしている。

【０１００】次に、発熱体と可動部材の配置関係につい
て説明する。発熱体と可動部材の最適な配置によって、
発熱体による発泡時の液の流れを適正し制御して有効に
利用することが可能となる。

【０１０１】熱等のエネルギーをインクに与えること
で、インクに急峻な体積変化（気泡の発生）を伴う状態
変化を生じさせ、この状態変化に基づく作用力によって
吐出口からインクを吐出し、これを被記録媒体上に付着
させて画像形成を行うインクジェット記録方法、いわゆ
るバブルジェット記録方法の従来技術においては、図１
６に示すように、発熱体面積とインク吐出量は比例関係
にあるが、インク吐出に寄与しない非発泡有効領域Ｓが
存在していることがわかる。また、発熱体上のコゲの様
子から、この非発泡有効領域Ｓが発熱体の周囲に存在し
ていることがわかる。これらの結果から、発熱体周囲の
約４μｍ幅は、発泡に関与されていないとされている。

【０１０２】したがって、発泡圧を有効利用するために
は、発熱体の周囲から約４μｍ以上内側の発泡有効領域
の直上が可動部材に対し有効に作用する領域であるが、
本発明の場合、気泡発生領域のほぼ中央領域（実際には
中央から液の流れ方向に±約１０μｍの範囲）の上流側
と下流側の気泡の液路内の液流に対する作用を独立的に
作用せしめる段階と、総合的に作用せしめる段階とを区
分せしめることに着目し、該中央領域より上流側部分の
みが可動部材に対面するように、可動部材を配置するの
が極めて重要であると、言える。本実施例においては、
発泡有効領域を発熱体周囲から約４μｍ以上内側とした
が、発熱体の種類や形成方法によっては、これに限定さ
れるものではない。

【０１０３】さらに、前述した実質的密閉空間を良好に
形成するために、待機状態における可動部材と発熱体の
距離は１０μｍ以下とするのが好ましい。

【０１０４】＜素子基板＞以下に液体に熱を与えるため
の発熱体１０が設けられた素子基板１の構成について詳
細に説明する。

【０１０５】図１７は本発明の液体吐出装置の要部の側
断面図を示したもので、図１７（ａ）は後述する保護膜
がある装置、図１７（ｂ）は保護膜がない装置である。

【０１０６】素子基板１上には、前記した流路３を構成
する溝を設けた溝付き天板２が配されている。

【０１０７】素子基板１は、シリコン等の基体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１０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１０４（０．２〜１．０μｍ厚）を
図１７（ａ）のようにパターニングしている。この配線
電極１０４から抵抗層１０５に電圧を印加し、抵抗層１
０５に電流を流し発熱させる。配線電極１０４間の抵抗
層１０５上には、酸化シリコンやチッ化シリコン等の保
護膜１０３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１０２
（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。

【０１０８】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。

【０１０９】また、液体、流路構成、抵抗材料の組み合
わせにより、上述の抵抗層１０５に保護膜１０３を必要
としない構成でもよくその例を図１７（ｂ）に示す。こ
のような保護膜１０３を必要としない抵抗層１０５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。

【０１１０】このように、前述の各実施形態における発
熱体１０の構成としては、前述の電極１０４間の抵抗層
１０５（発熱部）だけででもよく、また抵抗層１０５を
保護する保護膜１０３を含むものでもよい。

【０１１１】各実施形態においては、発熱体１０として
電気信号に応じて発熱する抵抗層１０５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、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。

【０１１２】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１０５に電気信
号を供給するための配線電極１０４で構成される発熱体
１０の他に、この発熱体１０（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。

【０１１３】また、前述のような素子基板１に設けられ
ている発熱体１０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１８に示されるような矩形パルスを印加し、配線電極
１０４間の抵抗層１０５を急峻に発熱させる。前述の各
実施形態のヘッドにおいては、それぞれ電圧２４Ｖ、パ
ルス幅７μｓｅｃ、電流１５０ｍＡ、電気信号を６ｋＨ
ｚ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４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。

【０１１４】＜記録装置＞図１９には、前述の液体吐出
装置を組み込み、吐出液体としてインクを用いたインク
ジェット記録装置を示している。キャリッジＨＣは、イ
ンクを収容する液体タンク部９０と、液体吐出装置であ
る記録ヘッド部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。

【０１１５】不図示の駆動信号供給手段からキャリッジ
ＨＣ上の液体吐出手段に駆動信号が供給されると、この
信号に応じて記録ヘッド部から被記録媒体に対してイン
ク（記録液体）が吐出される。

【０１１６】また、本実施形態の記録装置においては、
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１
１５等を有している。この記録装置およびこの記録装置
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。

【０１１７】図２０は、本発明の液体吐出装置によりイ
ンクジェット式記録を行なうための記録装置全体のブロ
ック図である。

【０１１８】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ーフェイス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ＣＰＵ（中央処理装
置）３０２に入力される。ＣＰＵ３０２はＲＯＭ（リー
ド・オンリー・メモリー）３０３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ＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリー）３０４
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。

【０１１９】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部を搭載したキャリ
ッジＨＣを移動する駆動用モータ３０６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３
０５を介し、記録ヘッド部２００および駆動用モータ３
０６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。

【０１２０】このような記録装置に用いられ、インク等
の液体の付与が行われる被記録媒体１５０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。

【０１２１】また、この記録装置として、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、または布帛に記録を行う捺染装置
等をも含むものである。

【０１２２】また、これらの液体吐出装置に用いる吐出
液としては、それぞれ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。

【０１２３】

【発明の効果】以上説明した本発明によれば、気泡の成
長、消泡開始に伴う吐出口近傍の流体の流れをインクジ
ェット特有の液滴形成に有効に利用できるとともに、メ
ニスカスの後退量を少なくできるので、メニスカスの復
帰に要する時間を大幅に短縮でき、応答周波数の依存特
性を改善できる。

【０１２４】特に、可動部材に対する液流規制部の相関
位置により、変位過程における可動部材を接触させる事
なく、リフィル性に対するマイナス効果となる上流側へ
の液流及び気泡成長をスムースにかつ速く遮断して、気
泡発生領域を有する液流路を実質的に閉じた空間にし、
気泡成長による吐出エネルギーを効率よく吐出口方向に
向けることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液体吐出ヘッドの第１の実施形態の断
面図を示すとともに、液流路内の特徴的な現象を６つの
工程に分けて示したものである。

【図２】図１に示す形態における、液流規制部と可動部
材とによる液流規制のメカニズムについて説明するため
の図である。

【図３】本発明の液体吐出ヘッドの第２の実施形態の断
面図を示したものである。

【図４】本発明の液体吐出ヘッドの第３の実施形態の断
面図を示したものである。

【図５】本発明の液体吐出ヘッドの第４の実施形態の断
面図を示したものである。

【図６】本発明の液体吐出ヘッドの第５の実施形態の断
面図を示したものである。

【図７】本発明の液体吐出ヘッドの第６の実施形態の断
面図を示したものである。

【図８】本発明の液体吐出ヘッドの第７の実施形態の断
面図を示したものである。

【図９】本発明の液体吐出ヘッドの第８の実施形態の断
面図を示したものである。

【図１０】本発明の液体吐出方法を適用したサイドシュ
ータタイプのヘッドの例を説明するための図である。

【図１１】本発明の液体吐出方法を適用したサイドシュ
ータタイプのヘッドの例を説明するための図である。

【図１２】本発明の液体吐出方法を適用したサイドシュ
ータタイプのヘッドの例を説明するための図である。

【図１３】本発明の液体吐出方法を適用したサイドシュ
ータタイプのヘッドの例を説明するための図である。

【図１４】本発明の液体吐出方法を適用したサイドシュ
ータタイプのヘッドの例を説明するための図である。

【図１５】本発明の液体吐出方法を適用したサイドシュ
ータタイプのヘッドの例を説明するための図である。

【図１６】発熱体面積とインク吐出量との相対関係を示
すグラフである。

【図１７】本発明の液体吐出ヘッドの縦断面図を示した
もので、（ａ）は保護膜があるもの、（ｂ）は保護膜が
ないものである。

【図１８】本発明に使用する発熱体を駆動する波形の図
である。

【図１９】本発明の液体吐出ヘッドを搭載した液体吐出
装置の概略構成を示す図である。

【図２０】本発明の液体吐出方法および液体吐出ヘッド
において液体吐出記録を行なうための装置全体のブロッ
ク図である。

【図２１】「直線的連通状態」を説明する流路の断面図
である。

【符号の説明】

１素子基板２天板３流路４吐出口６共通液室７流路の側壁９気泡発生領域１０発熱体１１、３１可動部材１１ａ支点１１ｂ自由端１１ｃ下側凸部１２、１２１液流規制部１２ａ、１２１ａ変位規制部１３側方ストッパ３４支持部材４０気泡６５低流路抵抗領域６６吐出滴６７サテライト１０２耐キャビテーション層１０３保護膜１０４配線電極１０５抵抗層１０６チッ化シリコン膜１０７基体１１１モーター１１２、１１３ギア１１５キャリッジ軸１５０記録媒体２００ヘッド３００ホストコンピュータ３０１入出力インターフェイス３０２ＣＰＵ３０３ＲＯＭ３０４ＲＡＭ３０５モータドライバ３０６駆動用モータ３０７ヘッドドライバＡ液流

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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Ｆターム(参考） 2C057 AF06 AF41 AG03 AG05 AG09 AG30 AG46 BA05 BA13

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】液体に気泡を発生させる気泡発生領域を
有する液流路と、該気泡を発生し成長させるための熱エ
ネルギーを発生する発熱体と、前記液流路に連通した、
液体を吐出する部分である吐出口と、前記気泡発生領域
に設けられ前記気泡の成長に伴い変位する自由端を持つ
可動部材と、前記可動部材の変位過程における前記吐出
口と反対方向への液流および気泡成長を規制する液流規
制部とを備えた液体吐出ヘッドの液体吐出方法であっ
て、変位過程における前記可動部材の自由端を前記液流規制
部に実質的に接触させる事なく接近させて、前記気泡発
生領域を有する液流路に前記吐出口を除いて実質的に閉
じた空間を形成する工程を有することを特徴とする液体
吐出方法。
【請求項２】前記可動部材の自由端が変位する過程に
おいて、該自由端が前記液流規制部の近傍を通過した
際、前記吐出口と反対方向への液流をせん断することを
特徴とする請求項１に記載の液体吐出方法。
【請求項３】前記閉じた空間を形成した状態で前記気
泡が収縮する工程を有することを特徴とする請求項２に
記載の液体吐出方法。
【請求項４】前記気泡が収縮する工程では、前記気泡
の収縮に伴う液体の移動の大部分を前記吐出口から上流
方向に向かわせ、前記吐出口内にメニスカスを急速に引
き込むことを特徴とする請求項３に記載の液体吐出方
法。
【請求項５】前記気泡の収縮に伴って前記可動部材が
前記液流規制部より離間することで、前記気泡発生領域
に前記吐出口に向かう下流方向への液流を生じさせ、前
記メニスカスの引き込みを急制動することを特徴とする
請求項４に記載の液体吐出方法。
【請求項６】液体に気泡を発生させる気泡発生領域を
有する液流路と、該気泡を発生し成長させるための熱エ
ネルギーを発生する発熱体と、前記液流路に連通した、
液体を吐出する部分である吐出口と、前記気泡発生領域
に設けられ前記気泡の成長に伴い変位する自由端を持つ
可動部材と、前記可動部材の変位過程における前記吐出
口と反対方向への液流および気泡成長を規制する液流規
制部とを備えた液体吐出ヘッドであって、変位過程における前記可動部材の自由端と前記液流規制
部が実質的に接触する事なく接近する事によって、前記
気泡発生領域を有する液流路が前記吐出口を除いて実質
的に閉じた空間になるとともに、最大成長時の気泡が前
記空間内を流体流れに関して遮断しないように、前記可
動部材と前記液流規制部とが配設されていることを特徴
とする液体吐出ヘッド。
【請求項７】前記閉じた空間を形成した後の前記可動
部材の変位を規制する変位規制部が設けられたことを特
徴とする請求項６に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項８】変位過程における前記可動部材の両側縁
に対して少なくとも一部が実質的に接触し、前記気泡発
生領域から発生する気泡を規制する側方規制部が設けら
れたことを特徴とする請求項６又は７に記載の液体吐出
ヘッド。
【請求項９】前記液流規制部が、前記可動部材の自由
端よりも前記吐出口側に位置し、前記吐出口から見た場
合に前記変位過程における可動部材の自由端を覆い隠
し、かつ、前記自由端と接触しない距離を保っているこ
とを特徴とする請求項６〜８のいずれか１項に記載の液
体吐出ヘッド。
【請求項１０】前記可動部材の自由端が変位する過程
において該自由端が前記液流規制部の近傍を通過する際
の前記自由端の軌跡部が狭い空間になっていることを特
徴とする請求項９に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項１１】前記液流規制部の上流側部分が、前記
液流路の天井に対し前記吐出口側に傾いたテーパ形状を
有することを特徴とする請求項９に記載の液体吐出ヘッ
ド。
【請求項１２】前記可動部材は、前記気泡発生領域の
近傍で前記可動部材の前記発熱体側の面より突出してい
る凸部を有することを特徴とする請求項６〜１１のいず
れかに記載の液体吐出ヘッド。
【請求項１３】前記発熱体と前記吐出口とは直線的連
通状態となっていることを特徴とする請求項６〜１１の
いずれかに記載の液体吐出ヘッド。
【請求項１４】前記可動部材は、前記吐出口に向かう
液体の流れに関して上流方向に成長する気泡のみを抑制
するために設けられていることを特徴とする請求項６〜
１１のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
【請求項１５】前記可動部材の自由端は前記気泡発生
領域の実質中央部に位置していることを特徴とする請求
項６〜１１のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
【請求項１６】前記可動部材の待機状態における前記
液流路の流路抵抗は、前記液流規制部を境界として下流
側よりも上流側のほうが低くなっていることを特徴とす
る請求項６〜１１のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
【請求項１７】前記吐出口は前記発熱体と対面して設
けられることを特徴とする請求項６〜１１のいずれかに
記載の液体吐出ヘッド。
【請求項１８】前記可動部材は一つの発熱体に対して
複数形成されており、該複数の可動部材は前記発熱体の
発泡中心に対して対称となるように形成されていること
を特徴とする請求項１７に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項１９】請求項６〜１８のいずれかに記載の液
体吐出ヘッドと、該液体吐出ヘッドから吐出された液体
を受け取る記録媒体を搬送する搬送手段とを備えた液体
吐出装置。
【請求項２０】前記液体吐出ヘッドからインクを吐出
し、前記記録媒体に該インクを付着させることで記録を
行なうことを特徴とする請求項１９に記載の液体吐出装
置。