JP3619104B2 - 液体吐出ヘッド及び液体吐出装置 - Google Patents

Description

【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ヘッド、該液体吐出ヘッドを用いた液体吐出装置に関する。
【０００２】
また、本発明は、紙、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックス等の被記録媒体に対し記録を行うプリンタ、複写機、通信システムを有するファクシミリ、プリンタ部を有するワードプロセッサ等の装置、さらには各種処理装置と複合的に組み合わせた産業用記録装置に適用できる発明である。
【０００３】
なお、本発明における、「記録」とは、文字や図形等の意味を持つ画像を被記録媒体に対して付与することだけでなく、パターン等の意味を持たない画像を付与することをも意味するものである。
【０００４】
【従来の技術】
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。
【０００５】
この様な記録方法によれば、品位の高い画像を高速、低騒音で記録することができると共に、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。
【０００６】
このようにバブルジェット技術が多方面の製品に利用されるに従って様々な要求が高まっており、例えば、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】
このうち、ノズル内において気泡を発生させ、この気泡成長に伴い液体を吐出させるヘッドにおいて、吐出口とは反対方向への気泡成長およびこれによる液流が吐出エネルギー効率及びリフィル特性を低下させる要因として知られており、このような吐出エネルギー効率及びリフィル特性を向上させる構造の発明がヨーロッパ特許出願公開公報ＥＰ０４３６０４７Ａ１に提案されている。
【０００８】
この公報に記載の発明は、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ものである（ＥＰ４３６０４７Ａ１の第４〜９図）。例えば同公報第７図の例では、図２４に示すように、インク流路１１２の内壁を形成する基板１２５上のインク槽１１６とノズル１１５との間のインク流路１１２のほぼ中央に発熱体１１０が設けられている。発熱体１１０は、インク流路１１２内部の、周囲を全て閉じた区画１２０内に在る。インク流路１１２は、基板１２５と、基板１２５上に直接積層した薄膜１２３，１２６と、閉止体としての舌状片１１３、１３０とで構成されている。開放された舌状片は図２４では破線で示されている。基板１２５と平行な平面内に延在してストッパ１２４で終結する別の薄膜１２３はインク流路１１２上を遮蔽する。インク中に気泡が発生すると、ノズル領域内の舌状片１３０の、静止状態でストッパ１２６に密着してあるその自由端は、上に向かって変位し、インク液は区画１２０からインク流路１１２中へ、ついでノズル１１５を通じて射出される。このとき、インク槽１１６の領域内に設けた舌状片１１３は静止状態でストッパ１２４に密着しているため、区画１２０内のインク液はインク層１１６に向かうことはない。インク中の気泡が消泡すると、舌状片１３０は下に向けて変位し、ストッパ１２６に再び密着する。そして、舌状片１１３はインク区画１２０内に倒れ落ち、これによりインク液が区画１２０中に流入する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ＥＰ０４３６０４７Ａ１に記載の発明は、吐出口近傍域と気泡発生部とインク供給部の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、気泡の吐出口側の弁は吐出エネルギーの多大な損失を招く。さらに、リフィル時（ノズルへのインク補充時）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】
本発明は、吐出口とは反対方向への気泡成長成分の抑制効率を向上し、これとは相反するリフィル特性の高効率化を満足するための画期的な方法やヘッド構成を見い出すべく新たな着想に基づいて吐出効率の向上をも満足する発明を提案するものである。
【００１１】
本発明者達は鋭意研究の結果、直線状に形成したノズル内で気泡を発生させ、この気泡成長に伴い液体を吐出させる液体吐出ヘッドのノズル構造において、特別な逆止弁の機能により、吐出口とは反対方向（後方）への気泡成長を抑制し、後方への吐出エネルギーを吐出口側に有効に利用できることを見い出した。その上、特別な逆止弁の機能により後方への気泡成長成分を抑制することで、吐出応答周波数が極めて高くできることを見い出した。
【００１２】
すなわち本発明の目的は、新規な弁機能を用いたノズル構造や吐出方法により、吐出パワーの向上と吐出周波数の向上とを同時に図り、従来達成し得なかったレベルの高速・高画質ヘッドを達成するための新規吐出方式（構造）を確立することにある。具体的には、上記の逆止弁による密閉性を向上させ、発泡初期の段階における後方への液体の流れを効果的に抑制することで、液体の吐出効率を向上させることにある。
【００１３】
【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の液体吐出ヘッドは、液体を吐出するための吐出口と、一端が前記吐出口と常に連通した、発熱体にエネルギーが印加されることにより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、前記液流路に供給する液体を保持する液体供給室と前記液流路とを連通させるために前記液流路に開口した液体供給口を備える供給部形成部材と、前記供給部形成部材の前記液体供給口と隙間を隔てて対向して配置され、前記液流路の前記気泡発生領域に対向する位置に自由端を、前記液体供給口側に支持端を備えた、前記自由端及びそれに連続する両側部で囲まれる領域が前記液体供給口の前記液流路に対する開口領域よりも大きい可動部材とを有し、該可動部材は前記気泡発生領域に発生する気泡により変位して前記液体供給口の前記液流路への遮断を行うとともに、前記供給部形成部材の前記可動部材の自由端と対向する位置に突状部が設けられることにより、前記可動部材の自由端に、前記発熱体にエネルギーが印加される前の状態で前記可動部材と前記供給部形成部材との間に屈曲した隙間を有することを特徴とする。
【００１４】
また、吐出口と気泡発生領域とが直線的連通状態にあってもよい。
【００１５】
また、上記本発明の液体吐出ヘッドは、好ましくは、気泡発生領域で発生した気泡の全体が略等方成長している期間内に液体供給口が前記可動部材によって実質的に遮断され、その後の、気泡のうちの吐出口側の部分が成長し可動部材側の部分が収縮している期間内に、可動部材が気泡発生領域側に変位し、液体供給口を介して液体供給室から液流路への液体供給を可能し、あるいは、気泡の発生初期に可動部材の自由端が液体供給口側へ変位し液体供給口が液流路に対して実質的に遮断され、気泡の消泡とともに、可動部材の自由端が気泡発生領域側に変位し、液体供給口を介して液体供給室から液流路への液体供給を可能とする。
【００１６】
本発明の液体吐出装置は、上記本発明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被記録媒体を搬送する搬送手段とを備えたものであり、好ましくは、上記液体吐出ヘッドからインクを吐出し、被記録媒体に該インクを付着させることで記録を行うものである。
【００１７】
以上説明した構成では、気泡発生領域に気泡が発生すると、そのその初期の段階で直ちに液流路と液体供給口が可動部材によって実質的に密閉される。そのため、気泡発生領域での気泡成長による圧力波が液体供給口側および液体供給室側に伝播されず、その大部分が吐出口側に向けられるため、吐出パワーが飛躍的に向上する。また、記録紙などに高速に定着させたり、黒とカラーの境界での滲みを解消するために、記録液に高粘度のものを使う場合でも、吐出パワーの飛躍的向上により良好に吐出することができる。また、記録時の環境変化、特に低温・低湿環境下では吐出口においてインク増粘領域が増え、使用開始時に正常にインクが吐出されない場合があるが、本発明では一発目から良好に吐出できる。また、吐出パワーが飛躍的に向上したので、気泡発生手段として用いる発熱体のサイズを縮小したりして、吐出のために投入するエネルギーを減らすこともできる。
【００１８】
しかも、可動部材の自由端において、発熱体にエネルギーが印加される前の状態で可動部材と供給部形成部材との間に屈曲した隙間を有しているので、発泡初期における液流路から液体供給口への液体の流れが抑制される。これにより、上記の可動部材による液流路と液体供給口との実質的密閉状態が確実に作り出されるので、吐出特性がより向上する。また、液流路から液体供給口への液体の流れが抑制されることにより、液滴吐出後の吐出口におけるメニスカスの後退量が最小化できる。その結果、吐出後、メニスカスが初期状態に復帰する時間が非常に早い、すなわち、液流路への定量のインク補充（リフィル）が完了する時間が早いので、高精度（定量）のインク吐出を実施するにあたり吐出周波数（駆動周波数）をも飛躍的に向上させることができる。
【００１９】
また、気泡発生領域での気泡成長が、吐出口側に大きく成長し、液体供給口側への成長が抑制されることから、消泡点が気泡発生領域の中心付近から吐出口側の部分に位置し、かつ、発泡パワーを維持しながら、消泡力を低減できることにより、気泡発生領域の消泡力による発熱体の機械的・物理的破壊寿命を大きく向上させることができる。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００２４】
（第１の実施の形態）
図１は本発明の第１の実施の形態による液体吐出ヘッドの１つの液流路方向に沿った断面図、図２は図１のＸ−Ｘ’線断面図、図３は図１の吐出口中心からＹ１点で天板２側へシフトしたＹ−Ｙ’線断面図である。
【００２５】
図１〜図３に示す複数液路−共通液室形態の液体吐出ヘッドでは、素子基板１と天板２とが液路側壁１０を介して積層状態で固着され、両板１，２の間には、一端が吐出口７と連通し他端が閉じられた液流路３が形成されている。この液流路３は１個のヘッドに多数設けられている。また、素子基板１には各々の液流路３に対し、液流路３に補充された液体に気泡を発生させる気泡発生手段としての電気熱変換素子等の発熱体４が配されている。発熱体４と吐出液との接する面の近傍領域には、発熱体４が急速に加熱されて吐出液に発泡が生じる気泡発生領域１１が存在する。
【００２６】
多数の液流路３の各々に、供給部形成部材５Ａに形成された液体供給口５が配設され、各液体供給口５に同時に連通する大容積の共通液体供給室６が設けられている。つまり、単一の共通液体供給室６から多数の液流路３に分岐した形状となっており、各液流路３と連通する吐出口７から吐出された液体に見合う量の液体をこの共通液体供給室６から受け取る。
【００２７】
液体供給口５と液流路３との間には、液体供給口５の開口領域Ｓよりも大きな可動部材８が、液体供給口５の開口領域Ｓに対して略平行に設けられている。供給部形成部材５Ａの下面（可動部材８と対向する面）には、可動部材８の自由端と対向する凸部５Ｂが形成されている。可動部材８の自由端及びそれに連続する両側端と供給部形成部材５との間には微少な隙間が存在し、その隙間の大きさは、図１及び図２に示すように、液体供給口５の周囲すなわち可動部材８の上面と供給部形成部材５の下面との間でα（例えば１０μｍ以下）、可動部材８の自由端と凸部５Ｂとの間、及び可動部材８の両側端と供給部形成部材５Ａの側壁との間でγとなっている。これら隙間により、液体供給口５から液流路３へ通じる流路が形成されるが、供給部形成部材５Ａに凸部５Ｂが形成されているので、この流路は屈曲したものとなっている。
【００２８】
また、図２に示すように、可動部材８の側方と両側の流路側壁１０との間も微小な隙間βを有する。
【００２９】
隙間β、γは、流路のピッチによって異なるが、隙間γが大きければ可動部材８は開口領域Ｓを遮断し易く、隙間βが大きければ可動部材８は隙間αを介して位置する定常状態よりも消泡に伴って素子基板１側へ移動し易くなる。本実施形態では、隙間αは３μｍ、隙間βは３μｍ、隙間γは４μｍとした。また、可動部材８は、流路側壁１０の間の幅方向で、上記開口領域Ｓの幅Ｗ２よりも大きい幅Ｗ１を有しており、開口領域Ｓを十分密閉できる幅を有している。可動部材８の８Ａは、複数の可動部材が複数液路に交差する方向に関して連続している連続部の自由端側の端部延長線上で、液体供給口５の開口領域Ｓの上流側端部を規定する（図３参照）。本実施形態では、図２及び図３に示すように液流路側壁１０自体の厚みよりも、供給部形成部材５Ａの可動部材８に沿っている部分の厚みを小さく設定しており、流路壁１０に対して供給部形成部材５Ａが積層されている。なお、供給部形成部材５Ａの、可動部材８の自由端８Ｂよりも吐出口７側は、図３に示すように液流路側壁１０自体の厚みに対して同じ厚さに設定されている。以上により可動部材８は液流路３内で摩擦抵抗なく可動できる一方で、開口領域Ｓ側への変位は開口領域Ｓの周辺部で規制できる。これにより、開口領域Ｓを実質的に塞いで液流路３内部から共通液体供給室６への液流を防ぐことが可能となる一方で、気泡の消泡に伴って、液流路側へ実質密閉状態からリフィル可能状態へ移動可能となる。また本実施形態では、可動部材８は素子基板１に対しても平行に位置する。そして可動部材８の自由端８Ｂは素子基板１の発熱体４側に位置しており、その他端側は固定部材９に支持されている。また、この固定部材９によって液流路３の吐出口７と反対側端を閉じている。
【００３０】
なお、開口領域Ｓは、液体供給口５から液流路３に向かって液体を供給する実質的な領域であり、本実施形態においては図１及び図３に示すように液体供給口５の３辺と固体部材９の端部９Ａで囲まれた領域である。
【００３１】
また、図４に示すように本実施形態においては、電気熱変換体としての発熱体４と吐出口７との間には弁のような障害物は無く、液流に対し直線的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７と発熱体４、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４参照）。
【００３２】
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。図５〜図７は図１〜図３に示した構造の液体吐出ヘッドの吐出動作を説明するために、液体吐出ヘッドを液流路方向に沿った切断図で示すとともに、特徴的な現象を図５〜図７の６工程に分けて示したものである。また図５〜図７において符号Ｍは吐出液が形成するメニスカスを表している。
【００３３】
図５（ａ）では、発熱体４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４が熱を発生する前の状態を示す。この状態では、可動部材８の自由端及びそれに連続する両側端と供給部形成部材５Ａとの間には微小な隙間（１０μｍ以下）が存在している。
【００３４】
図５（ｂ）では、液流路３を満たす液体の一部が発熱体４によって加熱され、発熱体４上に膜沸騰が起こり気泡２１が等方的に成長した状態を示す。ここで、「気泡成長が等方的」とは、気泡表面の所々において気泡表面の垂線方向を向いた気泡成長速度がそれぞれほぼ等しい大きさである状態をいう。
【００３５】
この気泡発生初期の、気泡２１の等方的な成長過程において、可動部材８が液体供給口５の周辺部と密着して液体供給口５を塞ぎ、液流路３内が、吐出口７を除いて実質的に密閉状態になる。この時、可動部材８の自由端が、液体供給口５側に最大変位する量をｈ１とする。
【００３６】
図６（ａ）は気泡２１が成長し続けている状態を示す。この状態では、上述のように液流路３内が、吐出口７を除いて実質的に密閉状態になっているので、液体の流れが液体供給口５側には行かない。そのため、気泡は、吐出口７側へは大きく広がることができるが、液体供給口５側へはあまり広がらない。そして、気泡発生領域１１の吐出口７側では気泡成長は続くが、逆に、気泡発生領域１１の液体供給口５側では気泡成長が止まってしまう。つまり、この気泡成長停止状態が、気泡発生領域１１の液体供給口５側では、最大発泡状態になっている。この時の発泡体積をＶｒとする。
【００３７】
ここで、図５（ａ），（ｂ）及び図６（ａ）における気泡２１の成長過程を図８に基づき詳述する。図８（ａ）に示すように発熱体４が加熱されると発熱体４上に初期沸騰が生じ、その後図８（ｂ）に示すように発熱体４上を膜状の気泡が覆う膜沸騰に変化する。そして膜沸騰状態の気泡は図８（ｂ）〜図８（ｃ）に示すように等方的に成長し続ける（このように等方的に気泡成長している状態は半ピュロー状態と呼ばれる。）。ところが図５（ｂ）に示したように液流路３内が、吐出口７を除いて実質的に密閉状態になると、上流側への液移動ができなくなるため、半ピュロー状の気泡において上流側（液体供給口側）の気泡の一部があまり成長できなくなり、残りの下流側（吐出口側）の部分が大きく成長する。この状態を表したのが、図６（ａ）や図８（ｄ）、（ｅ）である。
【００３８】
ここで説明の便宜上、発熱体４を加熱しているとき、発熱体４上において気泡２１が成長しない領域をＢ領域とし、気泡２１が成長する吐出口７側の領域をＡ領域とする。なお、図８（ｅ）に示すＢ領域では、発泡体積が最大となっており、このときの発泡体積をＶｒとした。
【００３９】
次に図６（ｂ）は、Ａ領域では気泡成長が続いており、Ｂ領域では気泡収縮が始まっている状態を示す。この状態では、Ａ領域では吐出口側に向けて気泡２１が大きく成長していく。そして、Ｂ領域における気泡２１の体積は減少し始める。これにより、可動部材８の自由端がその剛性による復元力やＢ領域における気泡２１の消泡力で定常状態位置へと下方変位し始める。また、前述したように、可動部材８の自由端部における液体供給口５から液流路３へ至る流路は屈曲しているため、液体供給口５から液流路３へは図６（ｂ）の矢印のように発熱体４へ向かう液体の流れが生じるため、可動部材８の下方変位が促進される。その結果、液体供給口５が開き、共通液体供給室６と液流路３が連通状態となる。
【００４０】
図７（ａ）は、気泡２１がほぼ最大に成長した状態を示す。この状態では、Ａ領域において気泡２１が最大に成長し、これに伴ってＢ領域における気泡２１はほとんど無くなる。この時のＡ領域での最大気泡体積をＶｆとする。また、吐出口７から吐出しつつある吐出滴２２は、長い尾引きの状態でメニスカスＭと未だ繋がっている。
【００４１】
図７（ｂ）は、気泡２１の成長は止まり消泡工程のみの段階であって、吐出滴２２とメニスカスＭが分断された状態を示す。Ａ領域で気泡成長から消泡に変わった直後は、気泡２１の収縮エネルギーは全体バランスとして吐出口７近傍の液体を上流方向へ移動させる力として働く。したがって、メニスカスＭはこの時点で吐出口７から液流路３内に引き込まれ、吐出液滴２２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。その一方で、気泡２１の収縮に伴い、共通液体供給室６から液体供給口５を介して液体が急速に大きな流れとなって液流路３内へ流れ込む。これにより、メニスカスＭを液流路３内へと急速に引き込む流れが急に低下するため、メニスカスＭは比較的低速で発泡前の位置へ戻り始めるので、本発明に係る可動部材８を備えていない液体吐出方式に比べてメニスカスＭの振動の収束性が非常に良い。なお、この時の可動部材８の自由端が、気泡発生領域１１側に最大変位する量をｈ２とする。
【００４２】
最後に、気泡２１が完全に消泡すると、可動部材８も図５（ａ）に示した定常状態位置に復帰する。この状態へは、可動部材８はその弾性力により上方変位する（図７（ｂ）の実線の矢印方向）。また、この状態では、メニスカスＭはすでに吐出口７近傍で復帰している。
【００４３】
次に、図５〜図７におけるＡ領域とＢ領域での気泡体積の時間変化と可動部材の挙動との相関関係を図９を参照して説明する。図９はその相関関係を表したグラフであり、曲線ＡはＡ領域における気泡体積の時間変化を示し、曲線ＢはＢ領域における気泡体積の時間変化を示す。
【００４４】
図９に示すように、Ａ領域での気泡の成長体積の時間変化は極大値をもつ放物線を描く。つまり、発泡開始されてから消泡までにおいて気泡体積は時間経過とともに増大しある時点で最大となり、その後減少する。一方、Ｂ領域については、Ａ領域の場合と比べ、発泡開始されてから消泡までに要する時間が短く、また気泡の最大成長体積も小さく、最大成長体積に達する時間も短い。つまり、Ａ領域とＢ領域とでは、発泡開始されてから消泡までに要する時間と気泡の成長体積変化とが大きく異なっていて、Ｂ領域の方が小さい。
【００４５】
特に図９において、気泡の発生初期は同じ時間変化で気泡体積が増大するため、曲線Ａと曲線Ｂが重なってる。つまり、気泡の発生初期は気泡が等方的に成長している（半ピュロー状の）期間が生じている。その後、曲線Ａが極大点まで増大する曲線を描くものの、ある時点で曲線Ｂは曲線Ａから分岐し、気泡体積が減少する曲線を描く。つまり、Ａ領域では気泡の体積が増加するものの、Ｂ領域では気泡体積が減少する期間（部分成長部分収縮期間）が生じる。
【００４６】
そして、上記のような気泡成長の仕方に基づき、図１に示したように発熱体４の一部分を可動部材８の自由端が覆った形態では、可動部材８は次のような挙動を生じる。すなわち、図９の▲１▼の期間では可動部材８が液体供給口５に向かって上方変位している。同図▲２▼の期間では可動部材８が液体供給口５に密着し、液流路３内が吐出口７を除いて実質的に密閉状態となる。この密閉状態の開始は気泡が等方的に成長している期間で行われる。次に同図▲３▼の期間では、可動部材８が定常状態位置に向かって下方変位している。この可動部材８による液体供給口５の開放開始は部分成長部分収縮期間開始から一定時間経過後に行われる。次に同図▲４▼の期間では、可動部材８が定常状態からさらに下方変位している。次に同図▲５▼の期間では、可動部材８の下方変位がほぼ停止し、可動部材８が開放位置で平衡状態になっている。最後に同図▲６▼の期間では、可動部材８が定常状態位置に向かって上方変位している。
【００４７】
このような気泡成長と可動部材８の挙動との相関関係は、可動部材８と発熱体４との相対位置に影響される。そこで、図１０および図１１を参照し、本形態と異なる相対位置の可動部材と発熱体を備えた液体吐出ヘッドにおける気泡成長と可動部材の挙動との相関関係を説明する。
【００４８】
図１０は、発熱体４の上方全体を可動部材８の自由端が覆った形態における気泡成長と可動部材８の挙動との相関関係を説明するための図で、（ａ）はその形態を、（ｂ）はその相関関係のグラフを示している。図１０の（ａ）で示す形態のように発熱体４と可動部材８が重なっている面積が大きいと、図１０（ｂ）の▲１▼の期間が図１の形態の場合と比べて短時間となり、発熱体４を加熱してから短時間で密閉状態になるので、より好ましい。なお、図１０（ｂ）の▲１▼〜▲６▼の各期間の可動部材８の挙動は図９に基づいて説明した挙動と同じである。また図１０（ａ）の形態をとると、可動部材８が気泡２１の体積減少の影響を受けやすくなるため、同図（ｂ）の▲３▼の期間開始時点から判るように、可動部材８による液体供給口５の開放開始は部分成長部分収縮期間開始から即座に行われる。つまり、可動部材８の開放タイミングが図１の形態の場合と比べて早い。同様の理由で、可動部材８の振幅が大きくなる。
【００４９】
また図１１は、発熱体４と可動部材８が離れている形態における気泡成長と可動部材８の挙動との相関関係を説明するための図で、（ａ）はその形態を、（ｂ）はその相関関係のグラフを示している。図１１の（ａ）で示す形態のように発熱体４と可動部材８とが離れていると、可動部材８が気泡の体積減少の影響を受けにくいため、同図（ｂ）の▲３▼の期間開始時点から判るように、可動部材８による液体供給口５の開放開始は部分成長部分収縮期間開始からかなり遅れて行われる。つまり、可動部材８の開放タイミングが図１の形態の場合と比べて遅い。同様の理由で、可動部材８の振幅が小さくなる。なお、図１１（ｂ）の▲１▼〜▲６▼の各期間の可動部材８の挙動は図９に基づいて説明した挙動と同じである。
【００５０】
なお、上記可動部材８と発熱体４との位置関係は一般的な動作の説明をしたもので、可動部材８の自由端の位置、可動部材８の剛性などによって各動作は異なってくるものである。
【００５１】
また、図９〜図１１から判るように、気泡発生領域１１の吐出口７側で成長する気泡（Ａ領域の気泡）の最大時の体積をＶｆとし、気泡発生領域１１の液体供給口５側で成長する気泡（Ｂ領域の気泡）の最大時の体積をＶｒとすると、Ｖｆ＞Ｖｒの関係が本発明のヘッドでは常に成り立っている。さらに、気泡発生領域１１の吐出口７側で成長する気泡（Ａ領域の気泡）のライフタイム（気泡の発生から消泡までの時間）をＴｆとし、気泡発生領域１１の液体供給口５側で成長する気泡（Ｂ領域の気泡）のライフタイムをＴｒとすると、Ｔｆ＞Ｔｒの関係が本発明のヘッドでは常に成り立つ。そして、上記のような関係となるため、気泡の消泡点は、気泡発生領域１１の中心付近より吐出口７側に位置することとなる。
【００５２】
さらに本ヘッド構成では、図５（ｂ）及び図７（ｂ）からも判るように、気泡２１の発生初期に可動部材８の自由端が液体供給口５側に最大変位する量ｈ１よりも、気泡２１の消泡と共に可動部材８の自由端が気泡発生手段４側に最大変位する量ｈ２の方が大きいという関係（ｈ１＜ｈ２）にある。例えばｈ１は２μｍ、ｈ２は１０μｍである。この関係が成り立つことにより、発泡初期での発熱体後方（吐出口７に対して反対方向）への気泡の成長を抑制し、発熱体前方（吐出口７に向かう方向）への気泡の成長をより促進させることができる。この事によって、発熱体４で生じる発泡パワーを、液体が吐出口７から飛翔する液滴の運動エネルギーへ変換させる効率を向上させることができる。
【００５３】
以上のように本実施形態のヘッド構成及び液体吐出動作について説明したが、このような形態によれば、気泡２１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ほとんど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、上流側に気泡成長成分が損失することなくそのほとんどが吐出口７の方向に向けられ、吐出力が格段に向上する。しかも、供給部形成部材５Ａに形成された凸部５Ｂにより、可動部材８の先端において液体供給口５から液流路３へ通じる流路が屈曲しているので、発泡初期における液流路３から液体供給口５への液体の流れが十分に抑制される。その結果、気泡の成長圧力は確実に可動部材８に伝えられ、液流路３の実質的密閉状態が確実に作り出されるので、吐出特性をより向上させることができる。
【００５４】
さらに、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。そのため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を行うことができる。
【００５５】
（第２の実施の形態）
第１の実施の形態のヘッド構造においては図１及び図３に示したように、可動部材８の、固定部材９に対して未接合となる（すなわち、屈曲して立ち上がる）位置が固定部材９の端部９Ａとは同じでない為、開口領域Ｓは、液体供給口５の３辺と固体部材９の端部９Ａで囲まれた領域となったが、図１２及び図１３に示す形態のように、可動部材８の固定部材９からの屈曲立ち上がり位置を固定部材９の端部９Ａとしてもよい。この形態の場合には、開口領域Ｓは図１２及び図１３に示すように、液体供給口５の３辺と可動部材８の支点部８Ａとで囲まれた領域となる。
【００５６】
また、第１の実施の形態のヘッド構造において液体供給口５は図３に示したように４辺を囲まれた開口としたが、図１４及び図１５に示す形態のように、供給部形成部材５Ａ（図１参照）のうち、吐出口７側とは反対の液体供給室６側の壁面が開放されていてもよい。この形態の場合には、第１の実施の形態と同様、開口領域Ｓは図１４及び図１５に示すように、液体供給口５の３辺と固定部材９の端部９Ａとで囲まれた領域となる。
【００５７】
この場合においても、第１の実施形態と同様に、供給部形成部材５Ａに可動部材８の自由端と対向する凸部５Ｂを形成し、可動部材８の先端において液体供給口５から液流路３へ通じる流路を屈曲させることで、発砲初期における液流路３から液体供給口５への液体の流れを抑制することができ、吐出特性をより向上させることができるとともに、気泡の部分的な消泡に伴う可動部材８の下方変位の際には可動部材８の自由端部に発熱体４へ向かう液体の流れが生じ、可動部材８の下方変位を促進することができる。
【００５８】
（第３の実施の形態）
次に、第３の実施の形態による液体吐出ヘッドを図１６を参照して説明する。
【００５９】
図１６に示す形態の液体吐出ヘッドでは、素子基板１と天板２とが接合され、両板１，２の間には、一端が吐出口７と連通し他端が閉じられた液流路３が形成されている。
【００６０】
液流路３に液体供給口５が配設され、液体供給口５に連通する共通液体供給室６が設けられている。
【００６１】
液体供給口５と液流路３との間には、吐出口７側へ向いた一端を自由端とし他端が液流路３の上流端の支持部９Ｂで支持された可動部材８が、液体供給口５の開口領域に対して略平行に設けられている。可動部材８の大きさは、液体供給口５の開口領域の大きさよりも大きく、液流路３の上面（発熱体４と対向する面）可動部材８の上面との間には、微少な隙間が存在している。液流路３の上面には、可動部材８の自由端と微少な隙間を介して対向する壁面を有する段差部５Ｃが形成されている。これにより、可動部材８の自由端において液体供給口５から液流路３へ通じる流路が屈曲している。
【００６２】
これにより可動部材８は液流路３内で摩擦抵抗なく可動する一方で、開口領域側への変位は開口領域Ｓの周辺部で規制されるとともに、発泡初期における液流路３から液体供給口５への液体の流れが抑制される。その結果、液体供給口５の実質的な密閉状態を確実に作り出すことができ、吐出特性がより向上する。また、可動部材８の自由端において液体供給口５から液流路３へ通じる流路が屈曲していることで、気泡の部分的な消泡に伴う可動部材８の下方変位の際には、可動部材８の自由端部で発熱体４へ向かう液体の流れが生じるため、可動部材８の下方変位を促進することができる。
【００６３】
（その他の実施の形態）
以下、本発明の液体吐出原理を用いたヘッドに好適な様々な形態例を説明する。
【００６４】
＜サイドシュータタイプ＞
図１７はいわゆるサイドシュータタイプの液体吐出ヘッドの断面図を示したものである。この説明において、第１の実施の形態と同一の構成要素には同一符号を用いる。この形態の液体吐出ヘッドは、図１７に示すように発熱体４と吐出口７が平行平面上で対面し、液流路３が、吐出口７からの液体の吐出方向に沿った軸方向と直角に連通している点で、第１の実施の形態と異なっている。このような液体吐出ヘッドにおいても第１の実施の形態と同様の吐出原理に基づく効果を奏する。
【００６５】
＜可動部材＞
上述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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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１８の破線に示すように、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。これに対し、本発明の液体吐出ヘッドは、気泡発生手段を含む液流路が吐出口を除いて実質的に遮蔽されていることで最大の吐出量が規制されるため、図１８の実線で示すように、発熱体面積や発泡パワーのばらつきが大きくても吐出量が変化しない領域があり、この領域を利用することにより大ドットの吐出量安定化が図れる。
【００６９】
＜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の構成について説明する。
【００７０】
図１９は本発明の液体吐出ヘッドの要部の側断面図を示したもので、図１９（ａ）は後述する保護膜があるヘッド、図１９（ｂ）は保護膜がないものである。
【００７１】
素子基板１上には天板２が配され、素子基板１と天板２の間に液流路３が形成されている。
【００７２】
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（ＨｆＢ_２）、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１９（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１０５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。
【００７３】
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。
【００７４】
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１９（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。
【００７５】
このように、前述の各実施形態における発熱体４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。
【００７６】
各実施形態においては、発熱体４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。
【００７７】
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４（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。
【００７８】
また、前述のような素子基板１に設けられている発熱体４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２０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７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。
【００７９】
＜吐出液体＞
このような液体のうち、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。
【００８０】
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などであっても利用できる。
【００８１】
ただし、吐出液の性質として吐出液自身、吐出や発泡または可動部材の動作などを妨げないような液体でないことが望まれる。
【００８２】
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。
【００８３】
本発明においては、さらに吐出液に用いることができる記録液体として表１に示すような組成の染料インクを用いて記録を行った。またこの染料インクの粘度は、２ｃＰ（２×１０^−３Ｐａ・ｓ）であった。
【００８４】
【表１】

このような組成のインクを用いても、本発明の液体吐出ヘッドにより吐出力が向上し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。
【００８５】
〈可動部材自由端部における流路構造〉
図２１は、液体供給口５が形成された供給部形成部材５Ａの、可動部材８の自由端側での種々の形状を示す断面図である。
【００８６】
図２１（ａ）は、図１に示した例と比べ、可動部材８の長手方向における液体供給口５の開口長さを短くし、可動部材８の上面と供給部形成部材５Ａとの対向領域を大きくしたものである。これにより、液体供給口５から液流路３へ通じる流路の長さが長くなり、流抵抗が大きくなるので、発泡初期における液流路３から液体供給口５への液体の流れをより抑制することができる。
【００８７】
図２１（ｂ）は、図１に示した例と比べ、供給部形成部材５Ａの凸部５Ｂの突出高さを小さくし、可動部材８の厚み方向の途中までとしたものである。これによって、液体供給口５から液流路３へ通じる流路の長さは短くなるものの、依然として屈曲した形状となっており、発泡初期における液流路３から液体供給口５への液体の流れを抑制することができる。また、この例では、可動部材８の厚み方向における可動部材８と供給部形成部材５Ａとの重なり量が小さくなっているので、気泡の圧力により液体供給口５の周辺部と密着していた可動部材８が下方に変位する際、図１に示したものよりも少ない変位量で、液体供給口５と液流路３との間に直線的な流路を形成することができる。その結果、液体のリフィルをより急速に行うことができる。
【００８８】
図２１（ｃ）は、供給部形成部材５Ａの、可動部材８の自由端と対向する面と上面と対向する面とを曲面で繋いだ例である。このように、液体供給口５から液流路３に通じる流路を曲線的に屈曲した形状としても、第１の実施形態と同様に、発泡初期における液流路３から液体供給口５への液体の流れを抑制することができ、液流路３の実質的な密閉状態を確実に作り出すことができる。また、この例では、可動部材８の自由端と対向する面と上面と対向する面とが曲面となっているので、液体のリフィルの際にこの部分における液体の淀みもなくなり、液体供給口５から液流路３への液体の流れを効率的に行うことができる。
【００８９】
なお、図２１に示した例は、液体供給口５を供給部形成部材５に設けた場合について説明したが、供給部形成部材５を用いない第３の実施形態（図１６参照）のような構成にも適用することができる。
【００９０】
＜液体吐出装置＞
図２２は、上述の各種の実施形態で説明した構造の液体吐出ヘッドを装着して適用することのできる液体吐出装置の一例であるインクジェット記録装置の概略構成を示している。図２２に示されるインクジェット記録装置６００に搭載されたヘッドカートリッジ６０１は、上述した構造の液体吐出ヘッドと、その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ものである。ヘッドカートリッジ６０１は、図２２に示すように、駆動モータ６０２の正逆回転に連動して駆動力伝達ギヤ６０３および６０４を介して回転するリードスクリュー６０５の螺旋溝６０６に対して係合するキャリッジ６０７上に搭載されている。駆動モータ６０２の動力によってヘッドカートリッジ６０１がキャリッジ６０７ともとにガイド６０８に沿って矢印ａおよびｂの方向に往復移動される。インクジェット記録装置６００には、ヘッドカートリッジ６０１から吐出されたインクなどの液体を受ける被記録媒体としてのプリント用紙Ｐを搬送する被記録媒体搬送手段（不図示）が備えられている。その被記録媒体搬送手段によってプラテン６０９上を搬送されるプリント用紙Ｐの紙押さえ板６１０は、キャリッジ６０７の移動方向にわたってプリント用紙Ｐをプラテン６０９に対して押圧する。
【００９１】
リードスクリュー６０５の一端の近傍には、フォトカプラ６１１および６１２が配設されている。フォトカプラ６１１および６１２は、キャリッジ６０７のレバー６０７ａの、フォトカプラ６１１および６１２の領域での存在を確認して駆動モータ６０２の回転方向の切り換えなどを行うためのホームポジション検知手段である。プラテン６０９の一端の近傍には、ヘッドカートリッジ６０１の吐出口のある前面を覆うキャップ部材６１４を支持する支持部材６１３が備えられている。また、ヘッドカートリッジ６０１から空吐出などされてキャップ部材６１４の内部に溜まったインクを吸引するインク吸引手段６１５が備えられている。このインク吸引手段６１５によりキャップ部材６１４の開口部を介してヘッドカートリッジ６０１の吸引回復が行われる。
【００９２】
インクジェット記録装置６００には本体支持体６１９が備えられている。この本体支持体６１９には移動部材６１８が、前後方向、すなわちキャリッジ６０７の移動方向に対して直角な方向に移動可能に支持されている。移動部材６１８には、クリーニングブレード６１７が取り付けられている。クリーニングブレード６１７はこの形態に限らず、他の形態の公知のクリーニングブレードであってもよい。さらに、インク吸引手段６１５による吸引回復操作にあたって吸引を開始するためのレバー６２０が備えられており、レバー６２０は、キャリッジ６０７と係合するカム６２１の移動に伴って移動し、駆動モータ６０２からの駆動力がクラッチ切り換えなどの公知の伝達手段で移動制御される。ヘッドカートリッジ６０１に設けられた発熱体に信号を付与したり、前述した各機構の駆動制御を司ったりするインクジェット記録制御部は記録装置本体側に設けられており、図２２では示されていない。
【００９３】
上述した構成を有するインクジェット記録装置６００では、前記の被記録媒体搬送手段によりプラテン６０９上を搬送されるプリント用紙Ｐに対して、ヘッドカートリッジ６０１がプリント用紙Ｐの全幅にわたって往復移動する。この移動時に不図示の駆動信号供給手段からヘッドカートリッジ６０１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部から被記録媒体に対してインク（記録液体）が吐出され、記録が行われる。
【００９４】
図２３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。
【００９５】
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。
【００９６】
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ヘッドカートリッジ６０１を搭載したキャリッジ６０７を移動する駆動用モータ６０２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、ヘッドカートリッジ６０１および駆動用モータ６０２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。
【００９７】
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。
【００９８】
また、この記録装置として、各種の紙やＯＨＰ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。
【００９９】
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。
【０１００】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、気泡発生領域に気泡が発生することにより、直ちに液流路と液体供給口との連通状態を可動部材によって遮断し、液流路内を吐出口を除いて、実質的に密閉状態にする構成をとった事で、気泡発生領域での気泡成長による圧力波を液体供給口側および液体供給室側に伝播せずに、その大部分を吐出口側に向けて、吐出パワーを飛躍的に向上させることが可能になった。また、記録紙などに高速に定着させたり、黒とカラーの境界での滲みを解消するために、記録液に高粘度のものを使う場合でも、吐出パワーの飛躍的向上により高粘度インクを良好に吐出することができる。また、記録時の環境変化、特に低温・低湿環境下では吐出口においてインク増粘領域が増え、使用開始時に正常にインクが吐出されない場合があるが、本発明では一発目から良好に吐出できる。また、吐出パワーが飛躍的に向上したので、気泡発生手段として用いる発熱体のサイズを縮小したりして、吐出のために投入するエネルギーを減らすこともできる。
【０１０１】
また、可動部材の自由端において、発熱体にエネルギーが印加される前の状態で可動部材と供給部形成部材との間に屈曲した隙間を形成し、発泡初期における液流路から液体供給口への液体の流れを抑制させることで、上記の液流路の実質的な密閉状態を確実に作り出すことができ、吐出特性をより向上させることができる。さらに、液体供給室側への液体の移動がほとんどないため、液滴吐出後の吐出口におけるメニスカスの後退量が最小化できる。その結果、吐出後、メニスカスが初期状態に復帰する時間が非常に早い、すなわち、液流路への定量のインク補充（リフィル）が完了する時間が早いので、高精度（定量）のインク吐出を実施するにあたり吐出周波数（駆動周波数）をも飛躍的に向上させることができる。
【０１０２】
また、気泡発生領域での気泡成長が、吐出口側に大きく成長し、液体供給口側への成長が抑制されることから、消泡点が気泡発生領域の中心付近から吐出口側の部分に位置し、かつ、発泡パワーを維持しながら、消泡力を低減できることにより、気泡発生領域の消泡力による発熱体の機械的・物理的破壊寿命を大きく向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態による液体吐出ヘッドの１つの液流路方向に沿った断面図である。
【図２】図１のＸ−Ｘ’線断面図である。
【図３】図１のＹ−Ｙ’線断面図である。
【図４】「直線的連通状態」を説明する流路の断面図である。
【図５】図１〜図３に示した構造の液体吐出ヘッドの吐出動作を説明するために、液体吐出ヘッドを液流路方向に沿った切断図で示すとともに、特徴的な現象を分けて示したものである。
【図６】図５の続きの吐出動作を説明するために、液体吐出ヘッドを液流路方向に沿った切断図で示したものである。
【図７】図６の続きの吐出動作を説明するために、液体吐出ヘッドを液流路方向に沿った切断図で示したものである。
【図８】図５（ｂ）の気泡の等方的な成長状態を示す図である。
【図９】図５〜図７におけるＡ領域とＢ領域での気泡成長の時間変化と可動部材の挙動との相関関係を表したグラフである。
【図１０】図１に示した可動部材と発熱体の相対位置とは異なる形態の液体吐出ヘッドにおける、気泡成長の時間変化と可動部材の挙動との相関関係を表したグラフである。
【図１１】図１に示した可動部材と発熱体の相対位置とは異なる形態の液体吐出ヘッドにおける、気泡成長の時間変化と可動部材の挙動との相関関係を表したグラフである。
【図１２】本発明の第２の実施の形態の第１変形例による液体吐出ヘッドの１つの液流路方向に沿った断面図である。
【図１３】図１２のＹ−Ｙ’線断面図である。
【図１４】本発明の第２の実施の形態の第２変形例による液体吐出ヘッドの１つの液流路方向に沿った断面図である。
【図１５】図１４のＹ−Ｙ’線断面図である。
【図１６】本発明の第３の実施の形態による液体吐出ヘッドを示す図である。
【図１７】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１８】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１９】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２０】本発明に使用する発熱体を駆動する波形の図である。
【図２１】可動部材自由端部における、液体供給口から液流路へ通じる流路構造の種々の例を説明するための断面図である。
【図２２】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２３】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２４】従来の液体吐出ヘッドにおける可動部材の様子を示す断面図である。
【符号の説明】
１ 素子基板
２ 天板
３ 液流路
４ 発熱体（気泡発生手段）
５ 液体供給口
５Ａ 供給部形成部材
５Ｂ 凸部
５Ｃ 段差部
６ 共通液体供給室
７ 吐出口
８ 可動部材
９ 支持部材
１０ 流路側壁
１１ 気泡発生領域
２１ 気泡
２２ 吐出滴
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
３００ ホストコンピュータ
３０１ 入出力インターフェイス
３０２ ＣＰＵ
３０３ ＲＯＭ
３０４ ＲＡＭ
３０５ モータドライバ
３０７ ヘッドドライバ
６００ インクジェット記録装置
６０１ ヘッドカートリッジ
６０２ 駆動モータ
６０３、６０４ 駆動伝達ギア
６０５ リードスクリュー
６０６ 螺旋溝
６０７ キャリッジ
６０７ａ レバー
６０８ ガイド
６０９ プラテン
６１０ 紙押さえ板
６１１、６１２ フォトカプラ
６１３ 支持部材
６１４ キャップ部材
６１５ インク吸引手段
６１７ クリーニングブレード
６１８ 移動部材
６１９ 本体支持体
６２０ レバー
６２１ カム
α，β，γ 隙間

Claims (6)

1. 液体を吐出するための吐出口と、
   一端が前記吐出口と常に連通した、発熱体にエネルギーが印加されることにより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、
   前記液流路に供給する液体を保持する液体供給室と前記液流路とを連通させるために前記液流路に開口した液体供給口を備える供給部形成部材と、
   前記供給部形成部材の前記液体供給口と隙間を隔てて対向して配置され、前記液流路の前記気泡発生領域に対向する位置に自由端を、前記液体供給口側に支持端を備えた、前記自由端及びそれに連続する両側部で囲まれる領域が前記液体供給口の前記液流路に対する開口領域よりも大きい可動部材とを有し、
   該可動部材は前記気泡発生領域に発生する気泡により変位して前記液体供給口の前記液流路への遮断を行うとともに、
   前記供給部形成部材の前記可動部材の自由端と対向する位置に突状部が設けられることにより、前記可動部材の自由端に、前記発熱体にエネルギーが印加される前の状態で前記可動部材と前記供給部形成部材との間に屈曲した隙間を有することを特徴とする液体吐出ヘッド。
2. 前記吐出口と前記気泡発生領域とが直線的連通状態にある、請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
3. 前記気泡発生領域で発生した気泡の全体が略等方成長している期間内に前記液体供給口が前記可動部材によって実質的に遮断され、その後の、前記気泡のうちの前記吐出口側の部分が成長し前記可動部材側の部分が収縮している期間内に、前記可動部材が前記気泡発生領域側に変位し、前記液体供給口を介して前記液体供給室から前記液流路への液体供給を可能とする、請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
4. 前記気泡の発生初期に前記可動 部材の自由端が前記液体供給口側へ変位し前記液体供給口が前記液流路に対して実質的に遮断され、前記気泡の消泡とともに、前記可動部材の自由端が前記気泡発生領域側に変位し、前記液体供給口を介して前記液体供給室から前記液流路への液体供給を可能とする、請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
5. 請求項１ないし４のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドと、該液体吐出ヘッドから吐出された液体を受け取る被記録媒体を搬送する搬送手段とを備えた液体吐出装置。
6. 前記液体吐出ヘッドからインクを吐出し、前記被記録媒体に該インクを付着させることで記録を行う、請求項５に記載の液体吐出装置。

Images