(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
吐出口に連通した第１の液流路と、
液体に熱を加えることで該液体に気泡を発生させる気泡発生領域を有する第２の液流路と、
前記第１の液流路と前記気泡発生領域との間に配され、前記吐出口側に自由端を有し、前記気泡発生領域内での気泡の発生による圧力に基づいて前記自由端を前記第１の液流路側に変位させて前記圧力を前記吐出口側に導く可動部材と
を有する液体吐出ヘッドであって、
前記可動部材に加熱手段を設けたことを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項２】
吐出口に連通する第１の液流路と、
液体に熱を加えることで該液体に気泡を発生させる気泡発生領域を有する第２の液流路と、
前記第１の液流路と前記気泡発生領域との間に配され、前記吐出口側に自由端を有し、前記気泡発生領域内での気泡の発生による圧力に基づいて該自由端を第１の位置から前記第１の液流路側に変位させて前記圧力を前記第１の液流路の吐出口側に導く可動部材と、
前記可動部材の前記自由端が前記気泡によって変位したときに、可動部材の発熱面側となる面と対向し、前記可動部材の変位時に可動部材と協動して前記気泡を前記吐出口の方へ導くための固定された対向面を有する液体吐出ヘッドにおいて、
前記可動部材に加熱手段を設けたことを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項３】
前記第１の液流路と前記第２の液流路とを隔てる分離壁にさらに第２の加熱手段を組み込んだことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項４】
前記第２の液流路内の液体を加熱する発泡用電気熱変換体またはそれに近い位置の基板を加熱する基板加熱手段をさらに有し、前記第１の液流路に第２の加熱手段を取り付けたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項５】
前記第２の加熱手段は、前記第１の液流路内の液体を加熱するものであることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項６】
前記加熱手段は、前記可動部材の変位をもたらす前記気泡を形成するためのものであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項７】
前記加熱手段は、前記可動部材が前記第１の位置にあるときに吐出口と反対側となる面に形成されている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】
前記可動部材が第１の位置にあるときに前記加熱手段と気泡発生領域を挟んで対向する液流路部分に形成された気泡発生用の第２の加熱手段をさらに有することを特徴とする請求項７に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項９】
前記第２の加熱手段により気泡を発生した後に前記可動部材に設けた前記加熱手段により上記気泡を発生することを特徴とする請求項８に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項１０】
請求項１または請求項２に記載の液体吐出ヘッドを用い、可動部材に設けられた加熱手段によって気泡発生領域に気泡を発生させ、該気泡の発生による圧力に基づいて前記可動部材の自由端を第１の液流路側に変位させ、該可動部材の変位によって前記気泡を前記第１の液流路の吐出口側に導くことで液体を吐出する液体吐出方法であって、
前記第１の液流路内の第１液体を温度調整する第１温度調整手段と、
前記第２の液流路内の第２液体を温度調整する第２温度調整手段と
を有し、前記第１温度調整手段と前記第２温度調整手段との設定温度を異ならせたことを特徴とする液体吐出方法。
【請求項１１】
請求項８に記載の液体吐出ヘッドを用いた液体吐出方法であって、
前記可動部材に設けられた前記加熱手段と第２の加熱手段を独立または同時に気泡を発生させることにより、吐出液体の吐出速度および吐出量を調節することを特徴とする液体吐出方法。
【請求項１２】
請求項８に記載の液体吐出ヘッドを用いた液体吐出方法であって、
前記第２の加熱手段により気泡を発生させた後に前記可動部材に設けられた前記加熱手段により気泡を発生させて液体の吐出力を上げることを特徴とする液体吐出方法。
【請求項１３】
請求項１，請求項２および請求項６から請求項９の何れかに記載の液体吐出ヘッドと、
該液体吐出ヘッドに供袷される液体を保持する液体容器と
を有することを特徴とするヘッドカートリッジ。
【請求項１４】
請求項１，請求項２および請求項６から請求項９の何れかに記載の液体吐出ヘッドと、
該液体吐出ヘッドから液体を吐出させるための駆動信号を供給する駆動信号供給手段と
を有することを特徴とする液体吐出装置。
【請求項１５】
請求項１，請求項２および請求項６から請求項９の何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るプリント媒体を搬送するプリント媒体搬送手段と
を有することを特徴とする液体吐出装置。
【請求項１６】
請求項１４または請求項１５に記載の液体吐出装置と、
プリント後のプリント媒体に対して、前記液体の定着を促す後処理装置と
を有することを特徴とするプリントシステム。
【請求項１７】
請求項１４または請求項１５に記載の液体吐出装置と、
プリント前のプリント媒体に対して、前記液体の定着を増すための前処理装置と
を有することを特徴とするプリントシステム。
【請求項１８】
請求項１から請求項５の何れかに記載の液体吐出ヘッドの回復処理方法であって、
前記第１の液流路内の温度調整後か、あるいは前記第１の液流路内を温度調整しながら回復処理を行うようにしたことを特徴とする回復処理方法。
【請求項１９】
請求項１から請求項５の何れかに記載の液体吐出ヘッドの回復処理方法であって、
前記第２の液流路内の温度調整後か、あるいは前記第２の液流路内を温度調整しながら回復処理を行うようにしたことを特徴とする回復処理方法。
【請求項２０】
請求項１から請求項５の何れかに記載の液体吐出ヘッドの回復処理方法であって、
前記第１および第２の液流路内の温度調整後か、あるいはこれら第１および第２の液流路内を温度調整しながら回復処理を行うようにしたことを特徴とする回復処理方法。
【請求項２１】
前記回復処理は、吸引か、加圧か、あるいは吸引および加圧であることを特徴とする請求項１８から請求項２０の何れかに記載の回復処理方法。
【請求項２２】
前記回復処理は、第２の液流路内の回復動作時に吐出を行うものであることを特徴とする請求項１８から請求項２０の何れかに記載の回復処理方法。
【請求項２３】
前記可動部材に面した位置に発熱体が設けられており、この発熱体と前記可動部材との間が前記気泡発生領域であることを特徴とする請求項１８から請求項２０の何れかに記載の回復処理方法。
【請求項２４】
前記発熱体によって前記第２の液流路内を温度調整するようにしたことを特徴とする請求項１９または請求項２０に記載の回復処理方法。
【請求項２５】
前記発熱体の面積中心より、液体の流れの下流側に前記自由端が位置することを特徴とする請求項２３に記載の回復処理方法。
【請求項２６】
前記可動部材の変位に伴って、発生した気泡の一部が前記第１の液流路に延在することを特徴とする請求項１８から請求項２０の何れかに記載の回復処理方法。
【請求項２７】
前記可動部材の変位中に前記発生した気泡が前記可動部材に接触した状態があることを特徴とする請求項１８から請求項２０の何れかに記載の回復処理方法。
【請求項２８】
前記気泡は、発熱体が発生した熱が液体に伝えることで、液体に膜沸騰現象を生じさせ、この膜沸騰現象によって発生した気泡であることを特徴とする請求項２３に記載の回復処理方法。
【請求項２９】
前記発熱体の有効発泡領域の総てが前記可動部材に面していることを特徴とする請求項２３に記載の回復処理方法。
【請求項３０】
前記発熱体の全面が前記可動部材に面していることを特徴とする請求項２３に記載の回復処理方法。
【請求項３１】
前記可動部材の支点は、前記発熱体の直上に位置しないことを特徴とする請求項２３に記載の回復処理方法。
【請求項３２】
前記可動部材の前記自由端は、前記発熱体より吐出口側に配されていることを特徴とする請求項２３に記載の回復処理方法。
【請求項３３】
前記第１の液流路に供給される液体と前記第２の液流路に供給される液体とが同じ液体であることを特徴とする請求項１８から請求項２０の何れかに記載の回復処理方法。
【請求項３４】
前記第１の液流路に供給される液体と前記第２の液流路に供給される液体とが異なる液体であることを特徴とする請求項１８から請求項２０の何れかに記載の回復処理方法。
【請求項３５】
前記第２の液流路に供給される液体は、前記第１の液流路に供給される液体に比べ、低粘度性、発泡性、熱安定性の少なくとも１つの性質で優れている液体であることを特徴とする請求項１８から請求項２０の何れかに記載の回復処理方法。
【請求項３６】
前記液体吐出ヘッドの回復手段をさらに具えたことを特徴とする請求項１４または請求項１５に記載の液体吐出装置。
【請求項３７】
前記液体吐出ヘッドからインクを吐出し、プリント紙にインクを付着させることでプリントを行うことを特徴とする請求項３６に記載の液体吐出装置。
【請求項３８】
前記液体吐出ヘッドからプリント液体を吐出し、布帛にプリント液体を付着させることでプリントを行うことを特徴とする請求項３６に記載の液体吐出装置。
【請求項３９】
前記液体吐出ヘッドからプリント液体を吐出し、プラスチックにプリント液体を付着させることでプリントを行うことを特徴とする請求項３６に記載の液体吐出装置。
【請求項４０】
前記液体吐出ヘッドからプリント液体を吐出し、金属にプリント液体を付着させることでプリントを行うことを特徴とする請求項３６に記載の液体吐出装置。
【請求項４１】
前記液体吐出ヘッドからプリント液体を吐出し、木材にプリント液体を付着させることでプリントを行うことを特徴とする請求項３６に記載の液体吐出装置。
【請求項４２】
前記液体吐出ヘッドからプリント液体を吐出し、皮革にプリント液体を付着させることでプリントを行うことを特徴とする請求項３６に記載の液体吐出装置。
【請求項４３】
前記液体吐出ヘッドから複数色のプリント液体を吐出し、プリント媒体に前記複数色のプリント液体を付着させることでカラープリントを行うことを特徴とする請求項３６に記載の液体吐出装置。
【請求項４４】
前記吐出口は、プリント媒体のプリント可能領域の全幅に渡って複数配されていることを特徴とする請求項３６に記載の液体吐出装置。
【請求項４５】
請求項３６に記載の液体吐出装置と、
プリント後のプリント媒体に対して液体の定着を促す後処理装置と
を具えたことを特徴とするプリントシステム。
【請求項４６】
請求項３６に記載の液体吐出装置と、
プリント前のプリント媒体に対して液体の定着を増すための前処理装置と
を具えたことを特徴とするプリントシステム。
【請求項４７】
吐出口に連通した第１の液流路と、
液体に熱を加えることで該液体に気泡を発生させる気泡発生領域を有する第２の液流路と、
前記第１の液流路と前記気泡発生領域との間に配され、前記吐出口側に自由端を有し、前記気泡発生領域内での気泡の発生による圧力に基づいて前記自由端を前記第１の液流路側に変位させて前記圧力を前記吐出口側に導く可動部材と、
前記第２の液流路内の前記気泡発生領域に対応する箇所にあって前記可動部材に対して設けられた加熱手段と
を有することを特徴とする液体吐出ヘッド。
【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，液体吐出方法，ヘッドカートリッジ，液体吐出装置，プリントシステムならびに回復処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
熱など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、これをプリント媒体上に付着させて画像形成を行なうインクジェットプリント方法、いわゆるバブルジェットプリント方法が従来知られている。このバブルジェットプリント方法を用いるプリント装置には、米国特許第４７２３１２９号明細書に開示されているように、インクを吐出するための吐出口と、この吐出口に連通するインク流路と、インク流路内に配されたインクを吐出するためのエネルギー発生手段としての電気熱変換体が一般的に配されている。
【０００３】
このようなプリント方法によれば、品位の高い画像を高速、低騒音でプリントすることができるとともに、このプリント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プリント画像、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プリント方法は、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。
【０００４】
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。
【０００５】
例えば、エネルギー効率の向上の要求に対する検討としては、保護膜の厚さを調整するといった発熱体の最適化が挙げられている。この手法は、発生した熱の液体への伝搬効率を向上させる点で効果がある。
【０００６】
また、高画質な画像を得るために、インクの吐出スピードが速く、安定した気泡発生に基づく良好なインク吐出を行える液体吐出方法等を与えるための駆動条件が提案されたり、また、高速プリントの観点から、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】
この流路形状の内、流路構造として図６４（ａ）, （ｂ）に示すものが、特開昭６３−１９９９７２号公報等に記載されている。この公報に記載されている流路構造やヘッド製造方法は、気泡の発生に伴って発生するバック波（吐出口へ向かう方向とは逆の方向へ向かう圧力、即ち、液室１２へ向かう圧力）に着目した発明である。このバック波は、吐出方向へ向かうエネルギーでないため損失エネルギーとして知られている。
【０００８】
図６４（ａ）, （ｂ）に示す発明は、発熱素子２が形成する気泡の発生領域よりも離れ且つ、発熱素子２に関して吐出口１１とは反対側に位置する弁１０を開示する。
【０００９】
図６４（ｂ）においては、この弁１０は、板材等を利用する製造方法によって、流路３の天井に貼り付いたように初期位置を持ち、気泡の発生に伴って流路３内へ垂れ下がるものとして開示されている。この発明は、上述したバック波の一部を弁１０によって制御することでエネルギー損失を抑制するものとして開示されている。
【００１０】
しかしながら、この構成において、吐出すべき液体を保持する流路３内部に、気泡が発生した際を検討するとわかるように、弁１０によるバック波の一部を抑制することは、液体吐出にとっては実用的なものでないことがわかる。
【００１１】
もともとバック波自体は、前述したように吐出に直接関係しないものである。
このバック波が流路３内に発生した時点では、図６４（ａ）に示すように、気泡のうち吐出に直接関係する圧力はすでに流路３から液体を吐出可能状態にしている。従って、バック波のうち、しかもその一部を抑制したからといっても、吐出に大きな影響を与えないことは明らかである。
【００１２】
他方、バブルジェットプリント方法においては、発熱体がインクに接した状態で加熱を繰り返すため、発熱体の表面にインクの焦げによる堆積物が発生するが、インクの種類によっては、この堆積物が多く発生することで、気泡の発生を不安定にしてしまい、良好なインクの吐出を行うことが困難な場合があった。また、吐出すべき液体が熱によって劣化しやすい液体の場合や十分に発泡が得られにくい液体の場合においても、吐出すべき液体を変質させず、良好に吐出するための方法が望まれていた。
【００１３】
このような観点から、熱により気泡を発生させる液体（発泡液）と吐出する液体（吐出液）とを別液体とし、発泡による圧力を吐出液に伝達することで吐出液を吐出する方法が、特開昭６１−６９４６７号公報、特開昭５５−８１１７２号公報、ＵＳＰ４４８０２５９号等の公報に開示されている。これらの公報では、吐出液であるインクと発泡液とをシリコンゴムなどの可撓性膜で完全分離し、発熱体に吐出液が直接接しないようにすると共に、発泡液の発泡による圧力を可撓性膜の変形によって吐出液に伝える構成をとっている。このような構成によって、発熱体表面の堆積物の防止や、吐出液体の選択自由度の向上等を達成している。
【００１４】
しかしながら、前述のように吐出液と発泡液とを完全分離する構成のヘッドにおいては、発泡時の圧力を可撓性膜の伸縮変形によって吐出液に伝える構成であるため、発泡による圧力を可撓性膜がかなり吸収してしまう。また、可撓性膜の変形量もあまり大きくないため、吐出液と発泡液とを分離することによる効果を得ることはできるものの、エネルギー効率や吐出力が低下してしまう虞があった。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、基本的に従来の気泡（特に膜沸騰に伴う気泡）を液流路中に形成して液体を吐出する方式の、根本的な吐出特性を、従来では考えられなかった観点から、従来では予想できない水準に高めることを主たる課題とする。
【００１６】
発明者らの一部は、液滴吐出の原理に立ち返り、従来では得られなかった気泡を利用した新規な液滴吐出方法及びそれに用いられるヘッド等を提供すべく鋭意研究を行った。このとき、流路中の可動部材の機構の原理を解析することで、可動部材の支点と自由端の配置関係を吐出口側つまり下流側に自由端が位置する関係にすること、また可動部材を発熱体もしくは、気泡発生領域に面して配することで積極的に気泡を制御する全く新規な技術を確立し、気泡の下流側の成長成分を吐出方向へ効率よく変換させることこそ、吐出効率、吐出速度の向上をもたらすことを発明した。このことから、発明者達の一部は、気泡の下流側の成長成分を積極的に可動部材の自由端側に移動させるという従来の技術水準に比べ極めて高い技術水準に至った。
【００１７】
さらに、気泡を形成するための発熱領域、例えば、電気熱変換体の液体の流れ方向の面積中心を通る中心線から下流側、あるいは、発泡を司る面における面積中心等の気泡下流側の成長にかかわる可動部材や液流路等の構造的要素を勘案することも好ましいということが、また、一方、可動部材の配置と液供給路の構造を考慮することで、リフィル速度を大幅に向上できること等を含めて、本願出願人は、既に出願している。
【００１８】
ところで、このような吐出用の液体と発泡用の液体とが可動部材により隔てられた構造の液体吐出装置では、基板加熱用発熱体や発泡用発熱体による温度調整では基板から離れた流路の液体温度は、温度調整が不十分になり易く、時間的応答性も不安定でもあるという新規な課題を、本発明者らは見い出した。
【００１９】
【発明の目的】
本発明の主たる目的は、発生した気泡を根本的に制御することで極めて新規な液体吐出原理、すなわち、可動部材により気泡発生領域とこの気泡発生領域から離れた領域とを隔てて、液体の吐出駆動力とする発生気泡の膨張力を前記可動部材によって効率的に用いる構成を提供することにあり、さらに、この特有な構成において、可動部材で隔てられた吐出口を含む流路内の液体加熱を十分に行うことができるようにし、常に安定した液体の吐出を維持し、吐出量を一定に保つことができる液体吐出ヘッド，液体吐出方法，ヘッドカートリッジ，液体吐出装置，プリントシステムならびに回復処理方法を提供することにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の形態は、吐出口に連通した第１の液流路と、液体に熱を加えることで該液体に気泡を発生させる気泡発生領域を有する第２の液流路と、前記第１の液流路と前記気泡発生領域との間に配され、前記吐出口側に自由端を有し、前記気泡発生領域内での気泡の発生による圧力に基づいて前記自由端を前記第１の液流路側に変位させて前記圧力を前記吐出口側に導く可動部材とを有する液体吐出ヘッドであって、前記可動部材に加熱手段を設けたことを特徴とする液体吐出ヘッドにある。
【００２３】
本発明の第２の形態は、吐出口に連通する第１の液流路と、液体に熱を加えることで該液体に気泡を発生させる気泡発生領域を有する第２の液流路と、前記第１の液流路と前記気泡発生領域との間に配され、前記吐出口側に自由端を有し、前記気泡発生領域内での気泡の発生による圧力に基づいて該自由端を第１の位置から前記第１の液流路側に変位させて前記圧力を前記第１の液流路の吐出口側に導く可動部材と、前記可動部材の前記自由端が前記気泡によって変位したときに、可動部材の発熱面側となる面と対向し、前記可動部材の変位時に可動部材と協動して前記気泡を前記吐出口の方へ導くための固定された対向面を有する液体吐出ヘッドにおいて、前記可動部材に加熱手段を設けたことを特徴とする液体吐出ヘッドにある。
【００２６】
本発明の第３の形態は、本発明の第１または第２の形態による液体吐出ヘッドを用い、可動部材に設けられた加熱手段によって気泡発生領域に気泡を発生させ、該気泡の発生による圧力に基づいて前記可動部材の自由端を第１の液流路側に変位させ、該可動部材の変位によって前記気泡を前記第１の液流路の吐出口側に導くことで液体を吐出する液体吐出方法であって、前記第１の液流路内の第１液体を温度調整する第１温度調整手段と、前記第２の液流路内の第２液体を温度調整する第２温度調整手段とを有し、前記第１温度調整手段と前記第２温度調整手段との設定温度を異ならせたことを特徴とする液体吐出方法にある。
【００２７】
本発明の第４の形態は、本発明の第１または第２の形態による液体吐出ヘッドと、該液体吐出ヘッドに供給される液体を保持する液体容器とを有することを特徴とするヘッドカートリッジにある。
【００２８】
本発明の第５の形態は、本発明の第１または第２の形態による液体吐出ヘッドと、この液体吐出ヘッドから液体を吐出させるための駆動信号を供給する駆動信号供給手段か、あるいは前記液体ヘットから吐出された液体を受けるプリント媒体を搬送するプリント媒体搬送手段とを有することを特徴とする液体吐出装置にある。
【００２９】
本発明の第６の形態は、本発明の第５の形態による液体吐出装置と、プリント後のプリント媒体に対して前記液体の定着を促す後処理装置か、あるいはプリント前のプリント媒体に対して前記液体の定着を増すための前処理装置装置とを有することを特徴とするプリントシステムにある。
【００３０】
本発明の第７の形態は、本発明の第１または第２の形態による液体吐出ヘッドの吐出回復方法であって、前記第１または第２の液流路内の温度調整後か、あるいは前記第１または第２の液流路内を温度調整しながら回復処理を行うようにしたことを特徴とするものである。
本発明の第８の形態は、本発明の第１または第２の形態による液体吐出ヘッドの吐出回復方法であって、前記第１および第２の液流路内の温度調整後か、あるいはこれら前記第１および第２の液流路内を温度調整しながら回復処理を行うようにしたことを特徴とするものである。
【００３１】
本発明の第９の形態は、本発明の第５の形態による液体吐出装置と、プリント後のプリント媒体に対して液体の定着を促す後処理装置か、あるいはプリント前のプリント媒体に対して液体の定着を増すための前処理装置とを具えたことを特徴とするプリントシステムにある。
【００３２】
本発明の第１０の形態は、吐出口に連通した第１の液流路と、液体に熱を加えることで該液体に気泡を発生させる気泡発生領域を有する第２の液流路と、前記第１の液流路と前記気泡発生領域との間に配され、前記吐出口側に自由端を有し、前記気泡発生領域内での気泡の発生による圧力に基づいて前記自由端を前記第１の液流路側に変位させて前記圧力を前記吐出口側に導く可動部材と、前記第２の液流路内の前記気泡発生領域に対応する箇所にあって前記可動部材に対して設けられた加熱手段とを有することを特徴とする液体吐出ヘッドにある。
【００３３】
【発明の実施の形態】
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、セラミックスなどのプリント媒体に対しプリントを行うプリンタ、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などの装置、さらには各種処理装置と複合的に組み合わせた産業用プリント装置に適用することができる。
【００３４】
本発明における「プリント」とは、文字や図形等の意味を持つ画像をプリント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。
【００３５】
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（または可動部材）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。
【００３６】
また、気泡自体に関する「下流側」とは、主として液滴の吐出に直接作用するとされる気泡の吐出口側部分を代表する。より具体的には気泡の中心に対して、上記流れ方向や上記構成上の方向に関する下流側、又は、発熱体の面積中心より下流側の領域で発生する気泡を意味する。
【００３７】
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しており、可動部材のみ、可動部材を除く分離壁、またはこれらの両方を含む場合がある。
【００３８】
【実施例】
以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する。
【００３９】
（本発明の参考としての実施例１）
本実施例においては、液流路を複流路構成にすることで、さらに熱を加えることで発泡させる液体（発泡液）と、主として吐出される液体（吐出液）とを分けることができるようにしたものである。
【００４０】
図１は、本実施例の液体吐出ヘッドの流路方向の断面模式図を示しており、図２は、この液体吐出ヘッドの部分破断斜視図を示している。
【００４１】
本実施例の液体吐出ヘッドは、液体に気泡を発生させるための熱エネルギーを与える発熱体２が設けられた素子基板１上に、発泡用の第２の液流路１６があり、その上に吐出口１８に直接連通した吐出液用の第１の液流路１４が配されている。
【００４２】
第１液流路１４の上流側は、複数の第１液流路１４に吐出液を供給するための第１共通液室１５に連通しており、第２液流路１６の上流側は、複数の第２液流路１６に発泡液を供給するための第２共通液室１７に連通している。
【００４３】
第１と第２の液流路１４と１６の間には、金属等の弾性を有する材料で構成された分離壁３０が配されており、第１液流路１４と第２の液流路１６とを区分している。なお、発泡液と吐出液とができる限り混ざり合わない方がよい液体の場合には、この分離壁３０によってできる限り完全に第１液流路１４と第２液流路１６の液体の流通を分離した方がよいが、発泡液と吐出液とがある程度混ざり合っても、問題がない場合や、発泡液と吐出液とを同じ液体とする場合には、分離壁３０に完全分離の機能を持たせなくてもよい。
【００４４】
発熱体２の面方向上方への投影空間（以下、吐出圧発生領域という。；図１中のＡの領域とＢの気泡発生領域１１）に位置する部分の分離壁３０は、スリット３５によって吐出口側（液体の流れの下流側）が自由端３２で、共通液室（１５、１７）側に支点３３が位置する片持梁形状の可動部材３１となっている。この可動部材３１は、気泡発生領域１１（Ｂ）に面して配されているため、発泡液の発泡によって第１液流路１４側の吐出口１８側に向けて開口するように動作する（図中矢印方向）。図２においても、発熱体２としての発熱抵抗部と、この発熱抵抗部に電気信号を印加するための配線電極５とが配された素子基板１上に、第２の液流路を構成する空間を介して分離壁３０が配置されている。
【００４５】
次に、図３〜図６を用いて本実施例の液体吐出ヘッドの動作を説明する。
【００４６】
ヘッドを駆動させるにあたっては、第１液流路１４に供給される吐出液と第２の液流路１６に供給される発泡液として同じ水系のインクを用いて動作させた。
【００４７】
発熱体２が発生した熱が、第２液流路の気泡発生領域内の発泡液に作用することで、発泡液に米国特許第４７２３１２９号明細書に記載されているような膜沸騰現象に基づく気泡４０を発生させる。
【００４８】
本実施例においては、気泡発生領域１１の上流側を除く、３方から発泡圧の逃げがないため、この気泡発生にともなう圧力が吐出圧発生部に配された可動部材３１側に集中して伝搬し、気泡の成長をともなって可動部材３１が、図３の状態から図４に示すように、第１液流路１４側に変位する。この可動部材３１の動作によって第１液流路１４と第２液流路１６とが大きく連通し、気泡の発生に基づく圧力が第１液流路１４の吐出口１８側の方向（Ａ方向）に主に伝わる。そして、図５〜図６に示すように、さらに気泡４０が成長すると、その圧力の伝搬と、可動部材３１の機械的変位によって液体が吐出口１８から吐出される。
【００４９】
次に、気泡４０が収縮するに伴って可動部材３１が、図６の状態を介して図３の位置にまで戻ると共に、第１液流路１４で吐出された吐出液体の量に見合う量の吐出液体が上流側から供給される。この吐出液体の供給は、可動部材３１が閉じる方向であるため、吐出液体のリフィルを可動部材３１で妨げることがない。
【００５０】
ここで、本発明の基本的な吐出原理の一つを説明する。本発明において最も重要な原理の１つは、気泡に対面するように配された可動部材３１が気泡の圧力あるいは気泡自体に基づいて、定常状態の第１の位置から変位後の位置である第２の位置へ変位し、この変位する可動部材３１によって気泡の発生に伴う圧力や気泡自身を吐出口１８が配された下流側へ導くことである。
【００５１】
この原理を可動部材を用いない従来の液流路構造を模式的に示した図７と本発明の図８とを比較してさらに詳しく説明する。なお、ここでは、吐出口方向への圧力の伝搬方向をＶA 、上流側への圧力の伝搬方向をＶB として示した。
【００５２】
図７で示されるような従来のヘッドにおいては、発生した気泡４０による圧力の伝搬方向を規制する構成はない。このため、気泡４０の圧力伝搬方向は、Ｖ1 〜Ｖ8 のように気泡表面の垂線方向となり様々な方向を向いていた。このうち、特に液吐出に最も影響を及ぼすＶA 方向に圧力伝搬方向の成分を持つものは、Ｖ1 〜Ｖ4 即ち気泡のほぼ半分の位置より吐出口に近い部分の圧力伝搬の方向成分であり、液吐出効率、液吐出力、吐出速度等に直接寄与する重要な部分である。さらに、Ｖ1 は吐出方向ＶA の方向に最も近いため効率よく働き、逆にＶ4 はＶA に向かう方向成分は比較的少ない。
【００５３】
これに対して、図８で示される本発明の場合には、可動部材３１が図７の場合のように様々な方向を向いていた気泡の圧力伝搬方向Ｖ1 〜Ｖ4 を下流側（吐出口側）へ導き、ＶA の圧力伝搬方向に変換するものであり、これにより気泡４０の圧力が直接的に効率よく吐出に寄与することになる。そして、気泡の成長方向自体も圧力伝搬方向Ｖ1 〜Ｖ4 と同様に下流方向に導かれ、上流より下流で大きく成長する。このように、気泡の成長方向自体を可動部材によって制御し、気泡の圧力伝搬方向を制御することで、吐出効率や吐出力また吐出速度等の根本的な向上を達成することができる。
【００５４】
次に、図３〜図６に戻って、本実施例の液体吐出ヘッドの吐出動作について詳しく説明する。
【００５５】
図３は、発熱体２に電気エネルギーなどのエネルギーが印加される前の状態であり、発熱体２が熱を発生する前の状態である。
【００５６】
図４は、発熱体２に電気エネルギー等が印加されて発熱体２が発熱し、発生した熱によって気泡発生領域１１内を満たす液体の一部を加熱し、膜沸騰に伴う気泡４０を発生させた状態である。
【００５７】
このとき可動部材３１は気泡４０の発生に基づく圧力により、気泡４０の圧力の伝搬方向を吐出口方向に導くように第１位置から第２位置へ変位する。ここで重要なことは、前述したように、可動部材３１の自由端３２を下流側（吐出口側）に配置し、支点３３を上流側（共通液室側）に位置するように配置して、可動部材３１の少なくとも一部を発熱体２の下流部分すなわち気泡の下流部分に対面させることである。
【００５８】
図５は、気泡４０がさらに成長した状態であるが、気泡４０発生に伴う圧力に応じて可動部材３１はさらに変位している。発生した気泡４０は上流より下流に大きく成長すると共に、可動部材３１の第１の位置（点線位置）を越えて大きく成長している。このように気泡４０の成長に応じて可動部材３１が徐々に変位して行くことで、気泡４０の圧力伝搬方向や堆積移動のしやすい方向、すなわち自由端３２側への気泡４０の成長方向を吐出口１８に均一的に向かわせることができることも、吐出効率を高めると考えられる。可動部材３１は、気泡４０や発泡圧を吐出口１８方向へ導く際も、この伝達の妨げになることはほとんどなく、伝搬する圧力の大きさに応じて効率よく圧力の伝搬方向や気泡の成長方向を制御することができる。
【００５９】
図６は、気泡４０が、前述した膜沸騰の後、気泡４０の内部圧力の減少によって収縮し、消滅する状態を示している。
【００６０】
第２の位置まで変位していた可動部材３１は、気泡４０の収縮による負圧と可動部材自身のばね性による復元力によって、図３の初期位置（第１の位置）に復帰する。また、消泡時には、気泡発生領域１１での気泡の収縮体積を補うため、また、吐出された液体の体積分を補うために上流側（Ｂ）、すなわち、共通液室側から流れのＶD1、ＶD2のように、また、吐出口１８側から流れのＶC のように液体が流れ込んでくる。
【００６１】
以上、気泡の発生に伴う可動部材３１の動作と液体の吐出動作について説明したが、以下に本発明の液体吐出ヘッドにおける液体のリフィルについて詳しく説明する。
【００６２】
図３〜図６を用いて本発明における液供給メカニズムをさらに詳しく説明する。
【００６３】
図５の後、気泡４０が最大体積の状態を経て消泡過程に入ったときには、消泡した体積を補う体積の液体が気泡発生領域１１に、第１液流路１４の吐出口１８側と第２液流路１６の共通液室側から流れ込む。
【００６４】
可動部材３１を持たない従来の液流路構造においては、消泡位置に吐出口側から流れ込む液体の量と共通液室から流れ込む液体の量は、気泡発生領域より吐出口に近い部分と共通液室に近い部分との流抵抗の大きさに起因する（流路抵抗と液体の慣性に基づくものである。）。このため、吐出口に近い側の流抵抗が小さい場合には、多くの液体が吐出口側から消泡位置に流れ込みメニスカスの後退量が大きくなることになる。特に、吐出効率を高めるために吐出口に近い側の流抵抗を小さくして吐出効率を高めようとするほど、消泡時のメニスカスＭの後退が大きくなり、リフィル時間が長くなって高速印字を妨げることとなっていた。
【００６５】
これに対して、本実施例では可動部材３１を設けたため、気泡４０の体積Ｗを、可動部材３１の第１位置を境に上側をＷ１、気泡発生領域１１側をＷ２とした場合、消泡時に可動部材３１が元の位置に戻った時点で吐出口１８のメニスカスの後退は止まり、その後に残ったＷ２の体積分の液体供給は、主に第２流路１６の流れＶD2からの液供給によって成される。これにより、従来、気泡Ｗの体積の半分程度に対応した量がメニスカスの後退量になっていたのに対して、それより少ないＷ１の半分程度のメニスカス後退量に抑えることが可能になった。
【００６６】
さらに、Ｗ２の体積分の液体供給は、消泡時の圧力を利用して可動部材３１の発熱体２側の面に沿って、主に第２液流路１６の上流側（ＶD2）から強制的に行うことができるため、より速いリフィルを実現できる。
【００６７】
ここで特徴的なことは、従来のヘッドで消泡時の圧力を用いたリフィルを行った場合、メニスカスの振動が大きくなってしまい画像品位の劣化につながっていたが、本実施例の高速リフィルにおいては、可動部材によって吐出口側の第１液流路１４の領域と、気泡発生領域１１との吐出口側での液体の流通が抑制されるため、吐出口１８におけるメニスカスの振動を極めて少なくすることができることである。
【００６８】
このように、本発明は、第２流路１６の液供給路１２を介しての発泡領域１１への強制リフィルと、上述したメニスカス後退や振動の抑制によって高速リフィルを達成することで、吐出の安定や高速繰り返し吐出、またプリントの分野に用いた場合、画質の向上や高速プリントを実現することができる。
【００６９】
前述の構成においては、さらに次のような有効な機能を兼ね備えている。それは、気泡の発生による圧力の上流側Ｂへの伝搬（バック波）を抑制することである。発熱体２上で発生した気泡の内、共通液室側（上流側Ｂ）の気泡による圧力は、その多くが、上流Ｂ側に向かって液体を押し戻す力（バック波）になっていた。このバック波は、上流Ｂ側の圧力と、それによる液移動量、そして液移動に伴う慣性力を引き起こし、これらは液体の液流路内へのリフィルを低下させ高速駆動の妨げにもなっていた。本発明においては、まず、可動部材３１によって上流Ｂ側へのこれらの作用を抑えることでもリフィル供給性の向上をさらに図っている。
【００７０】
さらに、本実施例においては、第２液流路１６は、発熱体２の上流に発熱体２と実質的に平坦につながる（発熱体表面が大きく落ち込んでいない）内壁を持つ液体供給路１２を有している。このような場合、気泡発生領域１１および発熱体２の表面への液体の供給は、可動部材３１の気泡発生領域１１に近い側の面に沿って、ＶD2のように行われる。このため、発熱体２の表面上に液体が淀むことが抑制され、液体中に溶存していた気体の析出や、消泡できずに残ったいわゆる残留気泡が除去され易く、また、液体への蓄熱が高くなりすぎることもない。従って、より安定した気泡の発生を高速に繰り返し行うことができる。なお、本実施例では実質的に平坦な内壁を持つ液体供給路１２を持つもので説明したが、これに限らず、発熱体２の表面となだらかに繋がり、なだらかな内壁を有する液供給路であればよく、発熱体上に液体の淀みや、液体の供給に大きな乱流を生じない形状であればよい。
【００７１】
ところで、可動部材３１の自由端３２と支点３３の位置は、例えば、図１で示されるように、自由端３２が相対的に支点３３より下流側にある。このような構成のため、前述した発泡の際に気泡の圧力伝搬方向や成長方向を吐出口側に導く等の機能や効果を効率よく実現できるのである。さらに、この位置関係は、吐出に対する機能や効果のみならず、液体の供給の際にも液流路を流れる液体に対する流抵抗を小さくしでき、高速にリフィルできるという効果を達成している。これは、図６に示すように、吐出によって後退したメニスカスＭが毛管力により吐出口１８へ復帰する際や、消泡に対しての液供給が行われる場合に、液流路（第１液流路１４、第２液流路１６を含む）内を流れる流れに対し、逆らわないように自由端３２と支点３３とを配置しているためである。
【００７２】
また、本実施例のヘッドは、２流路構成をとったものであるので、吐出液と発泡液とを別液体とし、発泡液の発泡で生じた圧力によって吐出液を吐出することができる。このため従来、熱を加えても発泡が十分に行われにくく吐出力が不十分であったポリエチレングリコール等の高粘度の液体であっても、この液体を第１の液流路に供給し、発泡液に発泡が良好に行われる液体（エタノール：水＝４：６の混合液１〜２ｃＰ程度等）や低沸点の液体を第２の液流路に供給することで良好に吐出させることができる。
【００７３】
また、発泡液として、熱を受けても発熱体の表面にコゲ等の堆積物を生じない液体を選択することで、発泡を安定化し、良好な吐出を行うことができる。
【００７４】
また、加熱に弱い液体の場合においても、この液体を第１の液流路に吐出液として供給し、第２の液流路で熱的に変質しにくく良好に発泡を生じる液体を供給すれば、加熱に弱い液体に熱的な害を与えることなく、しかも上述のように高吐出効率、高吐出力で吐出することができる。
【００７５】
本実施例では、可動部材により得られる作用効果をより向上するための重要な機能が付随している。この重要な機能は、可動部材により隔てた各液流路における液体の粘度を適正な範囲に維持するための温度調整条件を検討したところ、新たな好ましい条件を見いだして、なされたものである。この機能は、可動部材を取り囲む液体の粘度条件として良好な環境を与えることで、可動部材の挙動をより確実なものにすることにある。このような機能を、主に図３を参照して、以下に説明する。
【００７６】
この重要な機能とは、吐出液体の粘度を適正範囲に維持して吐出性能を向上させるために、第１の液流路１４内の液体の温度調整と、第２の液流路１６内の液体の温度調整を、同時または独立して一様に行うことを特徴とするものである。
【００７７】
図３に示す可動部材により第１の液流路１４と第２の液流路１６に隔てられた構成のヘッドにおいて、吐出液、すなわち、第１の液流路１４内の液体の温度調整は、従来、基板方向からの基板加熱用発熱体や発泡用発熱体による温度調整を行っている。しかし、この温度調整方法では、基板から離れた液流路の液体温度は、調整が不充分で時間的応答も悪く、不安定でもある。結果として、吐出が不安定になり、吐出量が変動してしまう。
【００７８】
そこで、本実施例を代表とする２液流路構成の本発明装置では、各液流路１４、１６内の各液体の同時加熱や独立加熱という考えを入れて、各液流路１４、１６内の液体温度を制御して、各液流路１４、１６の温度調整を同時または独立で一様に行うものである。そのより詳しい説明を以下の実施例２〜７において示す。
【００７９】
（本発明の参考としての実施例２）
まず、本実施例２および本実施例２に続く以下の実施例３〜７に共通するヘッド構造を本発明の参考として説明する。
【００８０】
この液体吐出ヘッドは、図９の構成をしており、液体に気泡を発生させるための熱エネルギーを与える発熱体２が設けられた基板上１に、発泡液用の第２の液流路１６があり、その上に吐出口１８に直接連通した吐出液用の第１の液流路１４が配されていて、この図の構成に加えてさらに吐出液を発泡液と同時又は別に温度調整するための加熱手段または冷却手段を有する。発泡液の温度調整は、従来からある発泡用発熱体２による加熱温度調整や基板加熱用発熱体を設けた温度調整が使える。そして、第１と第２の液流路１４と１６の間に、金属等の弾性を有する材料で構成された分離壁３０および可動部材３１が配されており、第１の液流路１４内の吐出液と第２の液流路１６内の発泡液とを区分している。分離壁３０の一部である可動部材３１は、気泡の発生圧力が加わらない状態では破線の位置にある。発泡用電気熱変換体２に、あるい閾値以上の電圧の電圧パルスを印加すると、第２の液流路１６内の発泡液で膜沸騰による気泡１１が発生し、気泡１１の発生圧力で可動部材３１が押し上げられて吐出口１８方向に開き、液室１２方向へ吐出液が逆流するのを防ぎながら、さらに膨張した気泡１１の圧力で第１の液流路１４内の吐出液を吐出口１８から押し出すことにより液滴６０を吐出する。気泡が冷えて収縮すると、液滴６０は吐出口１８付近でくびれて切れて、図の左方に飛翔する。可動部材３１は自らの弾性力で元の図中の波線の位置に戻り、不足した体積分の吐出液が図の右方から供給されて、第１の液流路１４内を満たす。さらに気泡１１が冷えて収縮・消滅すると、第２の液流路１６でも不足した体積分の発泡液が図の右方から供給されて、第２の液流路１６内を満たす。ここで、各液流路１４、１６の温度調整を同時または独立に行うという点に関しては、液体の吐出力が気泡の発生圧力によるか否かにかかわらず、全ての２液流路式の液体吐出プリント装置において、液体の粘度等の物性を調整する上で有効である。液体の粘度が上がると、吐出量は減少する。発泡用電気熱変換体２への印加パルス一定の元で、温度と粘度・吐出量の関係は、それぞれ図１０、図１１のようになる。吐出量温度吐出量依存係数は、液体吐出ヘッドのノズル構造やインク物性などで決まる。温度が上がると粘度が下がり、吐出しやすくなり、吐出量が上がる。
【００８１】
（本発明の参考としての実施例３）
図１２（ａ）に示したように、第１の液流路１４内の吐出液と第２の液流路１６内の発泡液とを区分する分離壁３０および可動部材３１に温度調整用発熱体６３の機能を組み込むことにより、この温度調整用発熱体６３に接した各液流路の液体を直接同時に加熱でき、図１３に示したように、ＯＮ，ＯＦＦ時間割合の調整により、時間平均の出力を変える方法で温度に応じ、図１３に示したような出力デューティにすることで温度調整できる。
【００８２】
また、図１２に示すように、分離壁３０および可動部材３１の少なくとも一方の第２の液流路側に断熱層３０ａおよび／または３１ａを設けて、断熱層３０ａおよび／または３１ａの厚さや材質を選択することで、第１、第２の液流路１４、１６の加熱比を調整することも可能である。この調整は使用する液体に応じて行っても良い。分離壁３０および可動部材３１の両方に断熱層３０ａおよび３１ａを設けることが望ましいが、これに限らない。
【００８３】
なお、図中の共通液室１２は、前記第１の共通液室と同一でも良いし、別に設けても良い。同一にした方が液路が短くなり望ましい。
【００８４】
図１４に駆動電圧を示すが、デューティとは、駆動電圧Ｖ0 が印加されている時間割合である。駆動電圧Ｖ0 の代わりに駆動電流Ｉ0 を用いて、駆動電流Ｉ0 のデューティを使ってもよい。
【００８５】
図１５に温度調整の流れを示す。不図示の温度検出器で、第１の液流路１４の温度Ｔ1 と、第２の液流路１６の温度Ｔ2 の値を検出する。第１の液流路１４の温度Ｔ1 を測定する温度検出器は、分離壁、可動部材、ノズル間仕切り、あるいは天板のいずれかに設ければよい。また、第２の液流路１６の温度Ｔ2 を測定するインド検出器は、基板上の温度センサーなどの従来の温度検出器でよい。
【００８６】
次に、それぞれの流路の温度検出値をＡ／Ｄ変換して取り込み、目標温度Ｔ1o、Ｔ2oとの温度差ΔＴ1 およびΔＴ2 とを計算する。この場合の目標温度Ｔ1oは、吐出液の種類による物性に合わせて設定し、目標温度Ｔ2oも、発泡液の物性に応じて同様に設定する。得られた温度差ΔＴ1 , ΔＴ2 から、例えば、図１６のような先に用意しておく温度差ΔＴに対して適当なデューティの値を書いたそれぞれのテーブルから、デューティパラメータ１, ２を取り込む。この場合の各テーブルは、それぞれの液体の物性に応じて決定する。
【００８７】
次に、前記デューティパラメータ１, ２の内、小さい方の値に相当するパルスまたは電圧を発生して、電気熱変換体に印加して発熱させて、吐出液と発泡液をそれぞれ加熱する。温度Ｔ1 , Ｔ2 の検出時間から設定しておいたｔ0 が経過すると、再び温度Ｔ1 , Ｔ2 を検出し直して繰り返していく。
【００８８】
駆動を電圧Ｖ0 で行う場合と、電流Ｉ0 で行う場合とでは、適当なデューティの値は異なることがある。この方法に限られるものではなく、加熱出力の大きさを変える方法等でも温度調整できる。
【００８９】
前記構成において、分離壁や可動部材に断熱層を設けたり、分離壁自体に断熱性を持たせ、第１の液流路側に温度調整用発熱体を設けて、吐出液と発泡液の加熱比を帰る場合、デューティパラメータ１と２が近い値になるような断熱性を得るように、断熱層または断熱特性を設定しておく。この場合のデューティパラメータ１, ２の設定は、吐出液と発泡液の種類による物性に応じて調節し、どの温度のウェイトを置くかは設計次第とする。
【００９０】
また、前記吐出液と発泡液の加熱に関しては、温度調整用発熱体だけで温度調整しても良いし、発泡液の温度の方だけが目標温度Ｔ2oより低い場合は、発泡用発熱体に発泡しない程度のパルスを印加したり、基板ヒータで加熱して、発泡液の温度を上げても良い。
【００９１】
分離壁３０および可動部材３１に温度調整用発熱体６３の機能を組み込み方法としては、分離壁３０および可動部材３１に発泡用電気熱変換体２と同様な抵抗体を貼り付ける方法や、図１７に示したように、分離壁３０全面を電気熱変換体６３とする方法や、図１８に示したように、分離壁３０に抵抗線６１を貼り付けて電気熱変換体とする方法等があるが、この方法に限られるものではない。図１７では、左右両端の電気配線６２の間の分離壁３０全面を弾性の有る抵抗体で形成し、全面に電流を流すようにして発熱させる。完全に全面に電流が流れなくても、分離壁３０の全面または一部をノズル間で均等に加熱できるようになっていればよい。図１８では、左右両下端の電気配線６２の間に抵抗体で配線をして、この抵抗線に沿って電流を流して発熱させる。抵抗線と電気短絡しないように分離壁３０との間を絶縁するか、分離壁３０自体に絶縁体を用いる。配線パターンは、この図と同じものに限られるものではなく、分離壁３０の全面または一部をノズル間で均等に加熱できるようになっていればよい。例えば、図１９、図２０に示すように、可動部材３１に抵抗線（電気熱変換体）６１を設ける構成も可能である。図１７，図１８では可動部材３１が５つ描かれているが、実際にはノズルの数だけ可動部材の数がある。従来からある発泡用発熱体２による加熱温度調整や基板加熱用発熱体を設けた温度調整では、発泡液と分離壁３０を通しての熱伝導による間接的な加熱しか出来ない吐出液は、温度調整の時間応答や制御精度に問題があったが、この実施例に示されたように、吐出液に直接に接した温度調整用発熱体６３で吐出液を加熱温度調整する方法によって、この問題が解決され、吐出液粘度が応答良く制御できるようになる。
【００９２】
さらに、温度調整用発熱体６３の機能を組み込む分離壁３０および可動部材３１は、第１の液流路１４内の吐出液と第２の液流路１６内の発泡液の両方に接しているため、吐出液温度調整上必要なこの温度調整用発熱体６３だけで発泡液の温度調整もできるので、発泡用発熱体２や基板加熱用発熱体の発泡液温度調整機能を移管でき、制御や構造が単純化できる。温度調整用発熱体６３としては、電気熱変換体を使う方法だけでなく、この分離壁３０および可動部材３１に高周波熱変換体を用いて高周波を天板６４上方から照射して、温度調整用発熱体６３とすることもできる。この場合、電気熱変換体のような配線を省略でき、構造が複雑になるノズル付近での微細加工を避けることができる。
【００９３】
（本発明の参考としての実施例４）
図２１に示したように、第１の液流路１４に面した天板６４またはその液流路面に温度調整用発熱体６５を形成することにより、この温度調整用発熱体６５に接した吐出液のみを加熱し、吐出液を発泡液と独立して温度調整をすることができる。吐出液の温度調整は、実施例３におけるような方法を用い、温度検出は、吐出液流路壁面に不図示の温度検出器を設けて検出する。発泡液の消費量が少ないこともあり、発泡用発熱体２の発熱により温度が上昇しやすい発泡液の加熱を抑えながら、吐出液の加熱温度調整ができる。発泡液の温度調整は、従来からある発泡用発熱体２による加熱温度調整や基板加熱用発熱体を設けた温度調整を使う。これにより発泡液の温度を発泡のために最適化しながら、発泡周波数による粘度の変化による吐出量変動も見込んで、吐出液温度を吐出量一定に制御するように最適化できる。
【００９４】
また、分離壁３０および可動部材３１に熱伝導の悪い素材を用いることで、発泡液より吐出液の温度を高く設定することも可能なので、粘度が高目な吐出液でも、温度を高く設定することで、粘度を下げて最適化することも可能である。また逆に、温度を変化させて、能動的に吐出量を変化させることもでき、複数の吐出量を同じヘッドで実現できる。この第１の液流路１４に面した天板６４またはその液流路１４面の吐出液温度調整用発熱体６５として、電気熱変換体を使用することができる。この第１の液流路１４に面した天板６４またはその液流路面の電気熱変換体６５の代わりに、高周波熱変換体を用いて高周波を照射して温度調整することもできる。この場合、電気熱変換体のような配線を省略でき、構造が複雑になるノズル付近での微細加工を避けることができる。また、この第１の液流路１４に面した天板６４またはその液流路面の電気熱変換体６５の代わりに、赤外線変換体を用いて赤外線を照射して温度調整することもできる。この場合も、電気熱変換体のような配線を省略でき、構造が複雑になるノズル付近での微細加工を避けることができる。
【００９５】
（本発明の参考としての実施例５）
図２２に示したように、第１の液流路１４のノズル間の仕切りを電気熱変換体６６で形成することにより、電気熱変換体に接した吐出液を加熱することができ、吐出液の温度調整をすることができる。電気熱変換体６６への電気配線や制御によっては、ノズル単位や色単位での温度設定ができ、吐出量のばらつきやバランスを整えることができる。天板６４上面は垂直なため、この電気熱変換体６６を高周波熱変換体や赤外線熱変換体に置き換えることはできないが、吐出液を発泡液と独立して温度調整をすることができる点に関しては、実施例３と同様な使いこなしができ、同様の効果がある。
【００９６】
前記実施例４と、本実施例５に示した構造のヘッドを用いて、発泡液と吐出液とを独立に制御する温度調整の流れを、図２３に示した。第１の液流路１４の液体温度と、第２の液流路１６の温度Ｔ1 、Ｔ2 を別々に測定し、別々に制御することを除けば、各工程は、前述の図１５に示した流れと同様であるので、この図２３の説明は省略する。
【００９７】
（本発明の参考としての実施例６）
図２４に示したように、第１の液流路１４に面した天板６４を赤外線透過体６８で形成することにより、吐出液自体に赤外線６７のエネルギーを吸収させて吐出液自体を加熱することで、吐出液の温度調整をすることができる。この場合、吐出液のこの光に対する吸収率が高く、反射率や透過率が低くないと、吐出液の加熱が十分にならなくなってしまう。このような時には、赤外線６７の当たる壁面で発熱するようにして、加熱を補うようにする。第１の液流路１４内の吐出液と第２の液流路１６内の発泡液とを区分する分離壁３０および可動部材３１の赤外線透過率または反射率により、各液流路の加熱の割合が決まり、液体の温度調整が同時または別に行える。ここで、赤外線透過体６８と赤外線６７をそれぞれ高周波透過体と高周波に置き換えることで、電子レンジで水を加熱するように、各液流路１４、１６内の液体を直接加熱して温度調整ができ、加熱したくない部分は金属で高周波を遮断する。
【００９８】
（本発明の参考としての実施例７）
図２５に示したように、吐出液は液室１２付近の天板６４に設けた電気熱変換体６９を用いて加熱する。この構成によって、ノズル先端近くに部品が集中するのを防げる。吐出液は流量が多い上、発泡用電気熱変換体２に接していないため、液室１２で温度調整すれば、ノズル先端近くの温度変化は少ない。発泡液については、他の実施例にも当てはまるが、流量が少ないため、液室１２での温度調整効果が薄くなるので、発泡用電気熱変換体２またはそれに近い位置の基板で温度調整するのが望ましい。吐出液は、吐出液温度調整用発熱体６９のみに接するため、吐出液を発泡液と独立して温度調整をすることができる。発泡液の消費量が少ないこともあり、発泡用発熱体２の発熱により温度が上昇しやすいが、吐出液温度調整用発熱体６９には接していない発泡液の加熱を抑えながら、吐出液の加熱温度調整ができる。
【００９９】
なお、上記各実施例で示した第１の液流路１４内の液体と、第２の液流路１６内の液体の温度調整において、特に具体的な温度を示していない。それは、各液体の組成等による特性によって変動するからであり、実際の設計において調整が必要であり、一義的に決定できないからである。しかしながら、具体的な設定温度の一例を示すならば、第１の液体では、粘度が高いものにあっては、好適な調整温度としては、４５℃、５０℃である。しかし、この第１の液体の特性によっては、調整温度を室温（２５℃程度）に設定する場合もある。一方、第２の液体では、発泡の安定化のために駆動パルス幅などを変調するＰＷＭ制御等での調整温度は、４０℃程度である。また、第１の液体と第２の液体として同一液体を使用する場合でも、各液流路内の温度は、異ならせても良い。
【０１００】
（実施例８）
本実施例では液体を吐出するための、気泡に基づく圧力の伝搬方向や気泡の成長方法を制御することで吐出力や吐出効率の向上を図る場合の例を説明する。
【０１０１】
図２６はこのような本実施例の液体吐出ヘッドを液流路方向で切断した断面模式図を示しており、図２７はこの液体吐出ヘッドの部分破断斜視図を示している。
【０１０２】
本実施例の液体吐出ヘッドは素子基板１に設けられるもので、この素子基板１上に液流路１０が配されている。液流路１０は吐出口１８に連通していると共に、複数の液流路１０に液体を供給するための共通液室１３に連通しており、吐出口から吐出された液体に見合う量の液体をこの共通液室１３から受け取る。
【０１０３】
この液流路１０には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であって、片持梁状に設けられた可動部材３１が設けられている。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は、可動部材３１の素子基板１に対向する面に形成されている（本実施例においては４０μｍ×１０５μｍの形状の発熱抵抗体）。この可動部材３１の一端は液流路１０の壁や素子基板上に感光性樹脂などをパターニングして形成した土台（支持部材）３４等に固定されている。これによって、可動部材３１は保持されると共に支点（支点部分）３３を構成している。
【０１０４】
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、素子基板１から１５μｍ程度の距離を隔てて配されている。この発熱体２と素子基板１との間が気泡発生領域となる。なお発熱体２、可動部材３１の種類や形状および配置はこれに限られることなく、後述するように気泡の成長や圧力の伝搬を制御しうる形状および配置であればよい。なお、上述した液流路１０は、後に取り上げる液体の流れの説明のため、可動部材３１を境にして直接吐出口１８に連通している部分を第１の液流路１４とし、気泡発生領域１１や液体供給路１２を有する第２の液流路１６の２つの領域に分けて説明する。
【０１０５】
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、液体に米国特許第４，７２３，１２９号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２６（ｂ），（ｃ）もしくは図２７で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側に導かれる。
【０１０６】
ここで、本発明の基本的な吐出原理の一つを説明する。本発明において最も重要な原理の１つは、気泡に対面するように配された可動部材３１が気泡の圧力あるいは気泡自体に基づいて、定常状態の第１の位置から変位後の位置である第２の位置へ変位し、この変位する可動部材３１によって気泡の発生に伴う圧力や気泡自身を吐出口１８が配された下流側へ導くことである。
【０１０７】
この原理を可動部材を用いない従来の液流路構造を模式的に示した図７と本発明の図２８とを比較してさらに詳しく説明する。なおここでは吐出口方向への圧力の伝搬方向をＶA 、上流側への圧力の伝搬方向をＶB として示した。
【０１０８】
図７で示されるような従来のヘッドにおいては、発生した気泡４０による圧力の伝搬方向を規制する構成はない。このため気泡４０の圧力伝搬方向はＶ1 〜Ｖ8 のように気泡表面の垂線方向となり様々な方向を向いていた。このうち、特に液吐出に最も影響を及ぼすＶA 方向に圧力伝搬方向の成分を持つものは、Ｖ1 〜Ｖ4 すなわち気泡のほぼ半分の位置より吐出口に近い部分の圧力伝搬の方向成分であり、液吐出効率、液吐出力、吐出速度等に直接寄与する重要な部分である。さらにＶ1 は吐出方向ＶA の方向に最も近いため効率よく働き、逆にＶ4 はＶA に向かう方向成分は比較的少ない。
【０１０９】
これに対して、図２８で示される本実施例の場合には、可動部材３１が素子基板１との間に成長した気泡４０によって持ち上げられる形で第２の状態に変位するため、図８の場合のように様々な方向を向いていた気泡の圧力伝搬方向Ｖ1 〜Ｖ4 が下流側（吐出口側）へ導かれ、ＶA の圧力伝搬方向に変換される。これにより気泡４０の圧力が直接的に効率よく吐出に寄与することになる。そして、気泡４０の成長方向自体も圧力伝搬方向Ｖ1 〜Ｖ4 と同様に下流方向に導かれ、上流より下流で大きく成長する。このように、気泡４０の成長方向自体を可動部材３１によって制御し、気泡４０の圧力伝搬方向を制御することで、吐出効率や吐出力また吐出速度等の根本的な向上を達成することができる。
【０１１０】
次に図２６に戻って、本実施例の液体吐出ヘッドの吐出動作について詳しく説明する。
【０１１１】
図２６（ａ）は、発熱体２に電気エネルギー等のエネルギーが印加される前の状態であり、発熱体２が熱を発生する前の状態である。ここで重要なことは、可動部材３１が、発熱体２の発熱によって発生した気泡４０に対し、この気泡４０の少なくとも下流側部分に対面する位置に設けられていることである。つまり、気泡の下流側が可動部材に作用するように配置されればよい。
【０１１２】
図２６（ｂ）は、発熱体２に電気エネルギー等が印加されて発熱体２が発熱し、発生した熱によって気泡発生領域１１内を満たす液体の一部を加熱し、膜沸騰に伴う気泡を発生させた状態である。
【０１１３】
このとき可動部材３１は気泡４０の発生に基づく圧力により、気泡４０の圧力の伝搬方向を吐出口方向に導くように第１位置から第２位置へ変位する。ここで重要なことは前述したように、可動部材３１の自由端３２を下流側（吐出口側）に配置し、支点３３を上流側（共通液室側）に位置するように配置して、可動部材３１の少なくとも一部を気泡４０の下流部分に対面させることである。
【０１１４】
図２６（ｃ）は気泡４０がさらに成長した状態を示しているが、気泡４０の発生に伴う圧力に応じて可動部材３１はさらに変位している。発生した気泡４０は上流より下流に大きく成長すると共に可動部材の第１の位置（点線位置）を越えて大きく成長している。このように気泡４０の成長に応じて可動部材３１が徐々に変位して行くことで気泡４０の圧力伝搬方向や堆積移動のしやすい方向、すなわち自由端３２側への気泡４０の成長方向を吐出口１８に均一的に向かわせることができることも吐出効率を高めると考えられる。可動部材３１は気泡４０や発泡厚を吐出口１８方向へ導く際もこの伝達の妨げになることはほとんどなく、伝搬する圧力の大きさに応じて効率よく圧力の伝搬方向や気泡４０の成長方向を制御することができる。
【０１１５】
図２６（ｄ）は気泡４０が、前述した膜沸騰の後気泡内部圧力の減少によって収縮し、消滅する状態を示している。
【０１１６】
第２の位置まで変位していた可動部材３１は、気泡４０の収縮による負圧と可動部材３１自身のばね性による復元力によって図２６（ａ）の初期位置（第１の位置）に復帰する。また、消泡時には、気泡発生領域１１での気泡の収縮体積を補うため、また、吐出された液体の体積分を補うために上流側（Ｂ）、すなわち共通液室側から流れのＶD1，ＶD2のように、また、吐出口側から流れのＶc のように液体が流れ込んでくる。
【０１１７】
以上、気泡の発生に伴う可動部材の動作と液体の吐出動作について説明したが、以下に本発明の液体吐出ヘッドにおける液体のリフィルについて詳しく説明する。
【０１１８】
図２６を用いて本発明における液供給メカニズムをさらに詳しく説明する。
【０１１９】
図２６（ｃ）の後、気泡４０が最大体積の状態を経て消泡仮定に入ったときには、消泡した体積を補う体積の液体が気泡発生領域に、第１液流路１４の吐出口１８側と第２液流路１６の共通液室側１３から流れ込む。可動部材３１を持たない従来の液流路構造においては、消泡位置に吐出口側から流れ込む液体の量と共通液室１３から流れ込む液体の量は、気泡発生領域より吐出口１８に近い部分と共通液室１３に近い部分との流抵抗の大きさに起因する（流路抵抗と液体の慣性に基づく）。
【０１２０】
このため、吐出口１８に近い側の流抵抗が小さい場合には、多くの液体が吐出口側から消泡位置に流れ込み、メニスカスの後退量が大きくなることになる。特に、吐出効率を高めるために吐出口に近い側の流抵抗を小さくして吐出効率を高めようとするほど、消泡時のメニスカスＭの後退が大きくなり、リフィル時間が長くなって高速印字を妨げることとなっていた。
【０１２１】
これに対して本実施例は可動部材３１を設けたため、気泡の体積Ｗを可動部材３１の第１位置を境に上側をＷ１、気泡発生領域１１側をＷ２とした場合、消泡時に可動部材が元の位置に戻った時点でメニスカスの後退は止まり、その後残ったＷ２の体積分の液体供給は主に第２流路１６の流れＶＤ２からの液供給によって成される。これにより、従来、気泡Ｗの体積の半分程度に対応した量がメニスカスの後退量になっていたのに対して、それより少ないＷ１の半分程度のメニスカス後退量に抑えることが可能になった。
【０１２２】
さらに、Ｗ２の体積分の液体供給は消泡時の圧力を利用して可動部材３１の発熱体側の面に沿って、主に第２液流路の上流側（ＶD2）から強制的に行うことができるためより速いリフィルを実現できた。
【０１２３】
ここで特徴的なことは、従来のヘッドで消泡時の圧力を用いたリフィルを行った場合、メニスカスの振動が大きくなってしまい画像品位の劣化につながっていたが、本実施例の高速リフィルにおいては可動部材３１によって吐出口側の第１液流路１４の領域と、気泡発生領域１１との吐出口側での液体の流通が抑制されるためメニスカスの振動を極めて少なくすることができることである。
【０１２４】
このように本発明は、第２流路１６の液供給路１２を介しての発泡領域への強制リフィルと、上述したメニスカス後退や振動の抑制によって高速リフィルを達成することで、吐出の安定や高速繰り返し吐出、また記録の分野に用いた場合、画質の向上や高速記録を実現することができる。
【０１２５】
本発明の構成においてはさらに次のような有効な機能を兼ね備えている。それは、気泡の発生による圧力の上流側への伝搬（バック波）を抑制することである。発熱体２上で発生した気泡の内、共通液室１３側（上流側）の気泡による圧力は、その多くが、上流側に向かって液体を押し戻す力（バック波）になっていた。このバック波は、上流側の圧力と、それによる液移動量、そして液移動に伴う慣性力を引き起こし、これらは液体の液流路内へのリフィルを低下させ高速駆動の妨げにもなっていた。本発明においては、まず可動部材３１によって上流側へのこれらの作用を迎えることでもリフィル供給性の向上をさらに図っている。
【０１２６】
次に、本実施例のさらなる特徴的な構造と効果について、以下に説明する。
【０１２７】
本実施例の第２液流路１６は、発熱体２の表面が大きく突出しないことから実質的に平坦につながる内壁を持つ液体供給路１２を有している。このような場合、気泡発生領域１１および発熱体２の表面への液体の供給は、可動部材３１の気泡発生領域１１に近い側の面に沿って、ＶD2のように行われる。このため、発熱体２の表面上に液体が淀むことが抑制され、液体中に溶存していた気体の析出や、消泡できずに残ったいわゆる残留気泡が除去され易く、また、液体への蓄熱が高くなりすぎることもない。従って、より安定した気泡の発生を高速に繰り返し行うことができる。なお、本実施例では実質的に平坦な内壁を持つ液体供給路１２を持つもので説明したが、これに限らず、発熱体２表面となだらかに繋がり、なだらかな内壁を有する液供給路であればよく、発熱体２上に液体の淀みや、液体の供給に大きな乱流を生じない形状であればよい。
【０１２８】
また、気泡発生領域１１への液体の供給は、可動部材３１の側部（スリット３５）を介してＶD1から行われるものもある。しかし、気泡発生時の圧力をさらに有効に吐出口１８に導くために図１で示すように気泡発生領域１１の全体を覆うように大きな可動部材３１を用い、可動部材３１が第１の位置へ復帰することで、気泡発生領域１１と第１液流路１４の吐出口に近い領域との液体の流抵抗が大きくなるような形態の場合、前述のＶD1から気泡発生領域１１に向かっての液体の流れが妨げられる。しかし、本実施例のヘッド構造においては、気泡発生領域１１に液体を供給するための流れＶD1があるため、液体の供給性能が非常に高くなり、可動部材３１で気泡発生領域１１を覆うような吐出効率向上を求めた構造を取っても、液体の供給性能を落とすことがない。
【０１２９】
ところで、可動部材３１の自由端３２と支点３３の位置は、例えば図２９で示されるように、自由端が相対的に支点より下流側にある。このような構成のため、前述した発泡の際に気泡の圧力伝搬方向や成長方向を吐出口側に導く等の機能や効果を効率よく実現できるのである。さらに、この位置関係は吐出に対する機能や効果のみならず、液体の供給の際にも液流路１０を流れる液体に対する流抵抗を小さくでき高速にリフィルできるという効果を達成している。これは図５に示すように、吐出によって後退したメニスカスＭが毛管力により吐出口１８へ復帰する際や、消泡に対しての液供給が行われる場合に、液流路１０（第１液流路１４、第２液流路１６を含む）内を流れる流れＳ１，Ｓ２，Ｓ３に対し、逆らわないように自由端と支点３３とを配置しているためである。
【０１３０】
補足すれば、可動部材３２の一面に発熱体２が形成される本実施例においては、前述のように可動部材３１の自由端３２が、気泡発生領域より下流側の位置となる。これによって気泡発生領域の中心位置より下流側で発生する液体の吐出に大きく寄与する圧力、または気泡を可動部材３１が受け、この圧力および気泡を吐出口側に導くことができ、吐出効率や吐出力を根本的に向上させることができる。
【０１３１】
さらに、加えて上記気泡の上流側をも利用して多くの効果を得ている。
【０１３２】
また、本実施例の構成においては可動部材３１の自由端が瞬間的な機械的変位を行っていることも、液体の吐出に対して有効に寄与していると考えられる。
【０１３３】
（実施例９）
以下、図面を参照して本発明の他の実施例について説明する。
【０１３４】
本実施例においても主たる液体の吐出原理については先の実施例と同じであるが、本実施例においては液流路を複流路構成にすることで、さらに熱を加えることで発泡させる液体（発泡液）と、主として吐出される液体（吐出液）とを分けることができるものである。
【０１３５】
図３０は、本実施例の液体吐出ヘッドの流路方向の断面模式図を示す図である。
【０１３６】
本実施例の液体吐出ヘッドは、素子基板１上に、発泡用の第２液流路１６があり、その上に吐出口１８に直接連通した吐出液用の第１液流路１４が配されている。
【０１３７】
第１液流路の上流側は、複数の第１液流路に吐出液を供給するための第１共通液室１５に連通しており、第２液流路の上流側は、複数の第２液流路に発泡液を供給するための第２共通液室に連通している。
【０１３８】
ただし、発泡液と吐出液を同じ液体とする場合には、共通液室を一つにして共通化させてもよい。
【０１３９】
第１と第２の液流路の間には、金属等の弾性を有する材料で構成された分離壁３０が配されており、第１液流路と第２の液流路とを区別している。なお、発泡液と吐出液とができる限り混ざり合わない方がよい液体の場合には、この分離壁３０によってできる限り完全に第１液流路１４と第２液流路１６の液体の流通を分離した方がよいが、発泡液と吐出液とがある程度混ざり合っても、問題がない場合には、分離壁に完全分離の機能を持たせなくてもよい。
【０１４０】
分離壁３１は、吐出力発生領域（図３０中のＡの領域とＢの気泡発生領域１１）に位置する部分の素子基板１に対向する面に液体に気泡を発生させるための熱エネルギーを与える発熱体２が設けられており、その周囲のスリットによって吐出口１８側（液体の流れの下流側）が自由端３１とされ、共通液室（１５，１７）側に支点３３が位置する片持梁形状の可動部材３１となっている。この可動部材３１は、気泡発生領域１１（Ｂ）に面して配されているため、発泡液の発泡によって第１液流路側の吐出口１８側に向けて開口するように動作する（図中矢印方向）。
【０１４１】
可動部材３１の支点３３、自由端３２の配置と、発熱体との配置の関係については、先の実施例と同様にしている。
【０１４２】
また、先の実施例で液供給路１２と発熱体２との構造の関係について説明したが、本実施例においても第２液流路１６と発熱体２との構造の関係を同じくしている。
【０１４３】
次に図３１を用いて本実施例の液体吐出ヘッドの動作を説明する。
【０１４４】
ヘッドを駆動させるにあたっては、第１液流路１４に供給される吐出液と第２の液流路１６に供給される発泡液として同じ水系のインクを用いて動作させた。
【０１４５】
発熱体２が発生した熱が、第２液流路の気泡発生領域内の発泡液に作用することで、先の実施例で説明したのと同様に発泡液に米国特許第４，７２３，１２９号に記載されているような膜沸騰現象に基づく気泡４０を発生させる。
【０１４６】
本実施例においては、気泡発生領域の上流側を除く、３方からの発泡圧の逃げがないため、この気泡発生にともなう圧力が吐出圧発生部に配された可動部材３１側に集中して伝搬し、気泡の成長をともなって可動部材３１が図３１（ａ）の状態から図３１（ｂ）のように第１液流路側に変位する。この可動部材３１の動作によって第１液流路１４と第２液流路１６とが大きく連通し、気泡４０の発生に基づく圧力が第１液流路の吐出口側の方向（Ａ方向）に主に伝わる。この圧力の伝搬と、前述のような可動部材４０の機械的変位によって液体が吐出口１８から吐出される。
【０１４７】
次に、気泡が収縮するに伴って可動部材３１が図３１（ａ）の位置まで戻ると共に、第１液流路１４では吐出された吐出液体の量に見合う量の吐出液体が上流側から供給される。本実施例においても、この吐出液体の供給は前述の実施例と同様に可動部材３１が閉じる方向であるため、吐出液体のリフィルを可動部材３１で妨げることがない。
【０１４８】
本実施例は、可動部材３１の変位に伴う発泡圧力の伝搬、気泡４０の成長方向、バック波の防止等に関する主要部分の作用や効果については先の第１実施例と同じであるが、本実施例のような２流路構成をとることによって、さらに次のような長所がある。
【０１４９】
すなわち、上述の実施例の構成によると、吐出液と発泡液とを別液体とし、発泡液の発泡で生じた圧力によって吐出液を吐出することができる。このため従来、熱を加えても発泡が十分に行われにくく吐出力が不十分であったポリエチレングリコール等の高粘度の液体であっても、この液体を第１の液流路に供給し、発泡液に発泡が良好に行われる液体（エタノール：水＝４：６の混合液１〜２ｃｐ程度等）や低沸点の液体を第２の液流路に供給することで良好に吐出させることができる。
【０１５０】
また、発泡液として、熱を受けても発熱体の表面にコゲ等の堆積物を生じない液体を選択することで、発泡を安定化し、良好な吐出を行うことができる。
【０１５１】
さらに、本実施例のヘッドの構造においては先の実施例で説明したような効果をも生じるため、さらに高吐出効率、高吐出力で高粘性液体等の液体を吐出することができる。
【０１５２】
また、加熱に弱い液体の場合においてもこの液体を第１の液流路に吐出液として供給し、第２の液流路で熱的に変質しにくく良好に発泡を生じる液体を供給すれば、加熱に弱い液体に熱的な害を与えることなく、しかも上述のように高吐出効率、高吐出力で吐出することができる。
【０１５３】
（実施例１０）
次に、本発明の第１０の実施例について説明する。
【０１５４】
図３２は、本発明の液体吐出ヘッドの第１０の実施例を示す模式的部分破断斜視図である。
【０１５５】
第１および第２の実施例が発熱体の気泡発生方向の側部に液体を吐出するエッジシュートタイプであったのに対し、本実施例の液体吐出ヘッドは、液流路の底面に実質的に平行に対面するように吐出口１８が配された、いわゆるサイドシュータタイプのヘッドである。発熱体８０２（本実施例では４８μｍ×４６μｍの発熱抵抗体）は、第１および第２の実施例と同様に可動部材８３１の素子基板８０１に対向する面上に設けられており、液体に米国特許第４，７２３，１２９号に記載されているような膜沸騰を生じさせて気泡８４０を発生させるために利用される熱エネルギーを発生する。吐出口８１８は、吐出口部材であるオリフィルプレート８１４に設けられている。このオリフィスプレート１４は、ニッケルの電鋳で形成されている。
【０１５６】
吐出口８１８に直接連通するように、液体を満たすための液流路８１０がオリフィスプレート８１４と基板８０１との間に設けられている。本実施例では、吐出する液体として水系インクを用いた。
【０１５７】
平板片持梁形状の可動部材８３１は液流路８１０に設けられており、金属等の弾性を有する材料からなる。本実施例では、厚さ５μmのニッケルで形成されている。可動部味８３１の一端８０５ａは、支持部材８０５ｂに固定されて支持されている。支持部材８０５ｂは、基板８０１上に感光性樹脂をパターニングして形成されている。可動部材８３１と素子基板８０１とは、１５μm程度の間隔をもって配されている。
【０１５８】
符号８１５ａは、可動部材８３１の開放時に可動部材８３１の発熱面側の面に対向する対向部材としての壁部材である。可動部材８３１は、共通液室（不図示）から供給路（不図示）を介し可動部材８３１を経て吐出口８１８へ至る液体の流れの上流側に固定端（支点）８０６ｂと、下流側に自由端８０６ａと、を有する。固定端８０６ｂは、可動部材８３１の開放時に支点となる基部として働く。
【０１５９】
可動部材８３１の少なくとも自由端８０６ａは、気泡による圧力が及ぶ領域内に配されている。
【０１６０】
以下の説明において、定常状態での可動部材８３１の上側（吐出口側）の領域を“Ａ”、下側（発熱体側）の領域を“Ｂ”とする。
【０１６１】
発熱体８０２の発熱面から熱が発生して領域Ｂで気泡が発生すると、気泡の発生と成長に伴う圧力あるいは成長する気泡自体により、可動部材８３１の自由端８０６ａは基部８０６ｂを支点として領域Ａ側へ図８中の二点鎖線方向に瞬時に移動し、液体が吐出口８１８から吐出される。
【０１６２】
本実施例において、可動部材８３１はその自由端８０６ａが吐出口８１８の略中心に対して上流側となるように配置されている。
【０１６３】
なお、電気熱変換体である発熱体８０２に電気信号を印加することは、可動部材８３１に配された配線電極（不図示）により行われる。
【０１６４】
本実施例の基本的な吐出原理は図７および図２８を用いて説明した実施例の吐出原理と同様であり、気泡に対面するように配された可動部材８３１が気泡８４０の圧力あるいは気泡８４０自体に基づいて、定常状態の第１の位置から変位後の位置である第２の位置へ変位し、この変位する可動部材８３１によって気泡の発生に伴う圧力や気泡８４０自身を吐出口８１８が配された下流側へ導くことである。
【０１６５】
次に、本実施例に係る液体吐出ヘッドの吐出動作について説明する。図３３（ａ）〜（ｄ）は、本実施例に係る液体吐出ヘッドの吐出動作を説明するための模式的断面図である。図９においては、説明をわかりやすいものとするために、支持部材８０５ｂが省略されている。
【０１６６】
図３３（ａ）は、発熱体８０２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初期状態を示している。
【０１６７】
図３３（ｂ）は、発熱体２に電気エネルギー等が印加されて発熱体８０２が発熱し、発生した熱によって膜沸騰に伴う気泡８４０が発生し成長している状態を示している。この気泡８４０の発生と成長に伴う圧力は、主として可動部材８３１に伝搬する。この可動部材８３１の機械的変位は、吐出口８１８からの吐出液の吐出に寄与する。
【０１６８】
図３３（ｃ）は、気泡８４０がさらに成長した状態を示している。気泡８４０の成長に伴い、可動部材８３１がその基部８０６ｂを支点として吐出口８１８の方へ一層変位している。この可動部材８３１の変位により、吐出口側領域Ａと発熱体側領域Ｂとが初期状態に較べて大きく連通する。この状態は、あたかも発熱面と吐出口８１８との連通路が可動部材８３１によって適度に細かく絞られて、気泡８４０の力を吐出口８１８の方へ集中させるかのようである。このようにして、気泡８４０の成長に基づく圧力波は、吐出口８１８に向けて直上方向に集中的に伝わる。このような圧力波の直接的な伝搬と可動部材８３１の機械的変位とにより、吐出液が滴８１１ａ（図３３（ｄ））として吐出口８１８から高速、高吐出力、高吐出効率でもって吐出される。
【０１６９】
図３３（ｃ）においては、吐出口８１８の方への可動部材８３１の変位に伴い、発熱体側領域Ｂで発生した気泡８４０の一部が吐出口側領域Ａに延在している。このように、発熱体８０２の発熱面または基板８０１の表面から、可動部材８３１までの間隔を気泡８４０が吐出口側領域Ａに延在するような高さとすることにより、吐出力を一層向上させることができる。気泡８４０が可動部材８３１の初期位置を越えて吐出口８１８の方へ延在するようにするためには、発熱体側領域Ｂの高さを最大気泡の高さより低くすることが望ましく、数μｍ〜３０μｍとすることが望ましい。
【０１７０】
図３３（ｄ）は、気泡８４０がその内部圧力の減少によって収縮し、消滅していく状態を示している。気泡８４０の収縮による負圧と可動部自身のばね性による復元力により、可動部材８３１が初期位置に復帰する。これに伴い、液流路８１０では、吐出された液量に相当する量の液体が速やかに供給される。液流路８１０では、気泡によるバック波の影響を受けることがほとんどなく、可動部材８３１が閉じることと並行してなされるので可動部によって妨げられることも少ないためである。
【０１７１】
本実施例においては上述したように、可動部材８３１の自由端８０６ａが吐出口８１８の略中心に対して上流側となるように形成、配置されているため、図３３（ｃ）に示すように可動部材８３１が変位したときに、吐出口８１８の基板面への投影領域内に自由端８０６ａが入り込むことがない。このため、気泡８４０の吐出口８１８方向への成長が阻害されることはなく、良好な吐出力を得ることができるものとなっている。可動部材３１およびその端部６ａの上記のような配置は気泡８４０の発生による圧力の上流側への伝搬（バック波）の抑制についても、より効率的に作用し、安定した吐出を行うことができる。
【０１７２】
次に、本実施例に係る液体吐出ヘッドにおける液体のリフィルについてさらに説明する。
【０１７３】
気泡８４０が最大体積の状態を経て消泡過程に入ったときには、消泡した体積を補う体積の液体が各領域に、吐出口８１８側と液流路８１０とから流れ込む。気泡８４０の体積Ｗを可動部材８３１の初期位置を境に上側（吐出口側）をＷ１、下側（発熱体側）をＷ２とした場合、消泡時に可動部が初期位置に戻った時点でＷ１の一部を補償するための吐出口８１８におけるメニスカスの後退は止まり、その後残ったＷ２の体積分の補償は主に可動部材８３１と発熱面との間における液供給によってなされる。このにより、吐出口８１８におけるメニスカスの後退量を少なく抑えることが可能となる。
【０１７４】
また、本実施例においては、Ｗ２の体積分の補償は、消泡時の圧力変化を利用して発熱体８０２の発熱面に沿って主に液流路８１０から強制的に行うことができるため、より速いリフィルを実現できる。さらに、従来のヘッドで消泡時の圧力を用いたリフィルを行った場合、メニスカスの振動が大きくなってしまい画像品質の変化につながっていたが、本実施例においては、可動部材８３１によって吐出口側領域Ａと発熱体側領域Ｂとの液体の流通が抑制されるため、メニスカスの振動を極めて少なくすることができる。これにより、画質の向上や高速記録を実現することができる。
【０１７５】
（実施例１１）
次に、本発明の第１１の実施例について説明する。
【０１７６】
図３４は本発明の第１１の実施例の概略構成を示す断面図である。本実施例は、第１の実施例に示したエッジシュート型の液体吐出ヘッドに、発熱体２（不図示）が形成された可動部材３１と対向する部分の素子基板１に、第２の発熱体２００２を形成したものである。図１０にはこれらの２つの発熱体にともにエネルギーを与えて気泡４０，２０４０を形成させた状態が示されている。本実施例のこの他の構成は第１の実施例と同様である。
【０１７７】
本実施例は上述したように２つの発熱体２，２００２を備えることにより、各発熱体への気泡発生用のエネルギーの供給タイミングおよびその供給動作を選択することにより、様々な制御を行うことが可能となっている。
【０１７８】
例えば、液体吐出量の制御についていうと、
▲１▼発熱体２のみを用いて形態を吐出させる。
【０１７９】
▲２▼発熱体２００２のみを用いて液体を吐出させる。
【０１８０】
▲３▼２つの発熱体２，２００２をともに用いて液体を吐出させる。
【０１８１】
以上３通りの液体吐出量を選択することができる。この階調制御は各発熱体の大きさや、各発熱体に与える気泡発生用のエネルギーの大きさによって変化するものであり、極めて高階調の記録を行うことが可能となっている。
【０１８２】
また、２つの発熱体２，２００２をともに用いて液体を吐出させることにより、従来の１つの発熱体のみで吐出を行う場合と比較すると、大容量の液体を高い吐出力で吐出させることができるものとなっている。
【０１８３】
また、気泡発生用のエネルギーの供給タイミングを選択することにより、吐出効率をさらに向上することや吐出液体に発泡液が混入することを防止することができる。
【０１８４】
吐出効率をさらに向上する場合には、第２の発熱体２００２により、可動部材３１が少し動き出す程度の気泡２０４０を発生させ、この後、発熱体２により液体を吐出させるための気泡４０を発生させる。この場合、可動部材３１が変位を開始しているために発熱体２により発生した気泡４０による圧力の伝搬方向はほとんどが吐出口へ向かうものとなり、吐出力が向上する。
【０１８５】
吐出液体に発泡液が混入することを防止する場合には、第２の発熱体２００２により、可動部材３１の開口面を塞ぐ程度の気泡２０４０を発生させ、この後、発熱体２により液体を吐出させるための気泡４０を発生させる。この場合、界面張力の作用により気泡４０，２０４０が連通することはなく、ほぼ、第１液流路の吐出液体のみが吐出される。
【０１８６】
（実施例１２）
次に、本発明の第１２の実施例について説明する。
【０１８７】
図３５（ａ），（ｂ）は本発明の第１２の実施例の概略構成を示す断面図であり、（ａ）は初期状態を示し、（ｂ）は吐出時の状態を示している。本実施例は、図３３に示した第１０の実施例のサイドシュート型の液体吐出ヘッドに、可動部材８３１と対向する部分の素子基板１に第２の発熱体１１０２を形成し、さらに、可動部材８３１の吐出口８１８側部分となるＡ領域と発熱体２側部分となるＢ領域とに供給される液体（以下、それぞれ吐出液および発泡液と称する）を異なるものとしたものである。
【０１８８】
本実施例における可動部材８３１の端部８０６ａと吐出口８１８との位置関係は第１０の実施例と同様であるが、吐出液と発泡液との混入を少なくするために、障壁支持部８０４が図３５（ａ）に示す初期状態のときの可動部材８３１の端部８０６ａ近傍まで延設されている。
【０１８９】
図３５（ｂ）にはこれらの２つの発熱体８０２，１１０２のそれぞれにエネルギーを与えて気泡４０，１１４０を形成させた状態が示されている。
【０１９０】
本実施例は上述したように２つの発熱体２０２，１１０２を備えることにより、第４の実施例と同様に各発熱体への気泡発生用のエネルギーの供給タイミングおよびその供給動作を選択することにより、様々な制御を行うことが可能となっている。
【０１９１】
本発明の可動部材自体に気泡形成用の発熱体を設ける構成は、上述したようにエッジシュート型、サイドシュート型のいずれの液体吐出ヘッドにも応用可能であり、また、発泡液と吐出液に異なる液体を使用する液体吐出ヘッドにも適用可能である。また、これらのいずれのタイプにも、図３４および図３５にそれぞれ示した第１１の実施例および第１２の実施例のように可動部材と対向する素子基板に第２の発熱体を設ける構成を採ってもよい。
【０１９２】
また、吐出口に対する可動部材の位置については、上述した各実施例に限定されるものではない。可動部材が設けられる位置は、液体の吐出速度、液体の吐出量およびリフィル周波数等に代表される液体吐出特性に大きく関わるものであり、使用される記録装置に適切な液体吐出特性が得られるように適宜設ける位置を選択すればよい。
【０１９３】
上述した各実施例に示される本発明の特徴的について、
（１）可動部材に発熱体を設けたもの、
（２）可動部材および素子基板のそれぞれに発熱体を設けたもの、
に分けて以下に説明する。
【０１９４】
（１）可動部材に発熱体を設けたもの
▲１▼可動部材自体に発熱体が設けられているので、発熱体に吐出エネルギーを与えたときに発生する気泡による可動部材が確実に変位し、吐出量および吐出速度の向上を確実にはかることができる。
【０１９５】
▲２▼吐出液と発泡液とに異なる液体を用いる場合、発熱体に吐出エネルギーを与えたときに発生する気泡は、まず、発泡液側に拡がり、その後、発泡液と吐出液とが連通する領域を塞ぐ形状に拡がって可動部材を押し上げるため、吐出口より吐出される液体に発泡液が混入することが少ない。また、非吐出時においても吐出液と発泡液との間に設けられた可動部材によりこれらの各液体が混ざることが防がれるため、発泡液と吐出液の分離状態を良好に保つことができる。
【０１９６】
（２）可動部材および素子基板のそれぞれに発熱体を設けたもの
▲３▼素子基板の、可動部材に設けた発熱体と対向する位置にさらに発熱体を設けた場合には、各発熱体に吐出エネルギーを与えることにより吐出量および吐出速度の向上をさらに図ることができる。また、各発熱体のいずれかを単独で用いて吐出させる場合と同時に用いて吐出を行わせる場合とで吐出量および吐出速度を異なるものとすることができ、階調の高い記録を行うことができる。
【０１９７】
▲４▼各発熱体を、平面として見たときに同一箇所となる可動部材および素子基板に設けることができるため、各発熱体の面積を充分に大きくすることができ、設計の自由度が高いものとなる。また、従来と同じ大きさの発熱体を用いて吐出量および吐出速度を向上することができ、これらが向上したにも拘らずノズルを高密度とし、その長さを短くすることができるため、高速なリフィルが可能となり、高速な印字を行うことができる。
【０１９８】
▲５▼各発熱体を、平面として見たときに同一箇所となる可動部材および素子基板に設けることができ、１次元的に見たときの吐出口から発熱体の重心位置までの距離を従来のものと同じとすることができる。吐出口から発熱体の重心位置までの距離は上述した、吐出速度、吐出量およびリフィル周波数等に代表される液体吐出特性を決定する大きな要素であり、平面として見たときの各発熱体の重心を一致させることができることから最適な設計を容易に行うことができるものとなっている。
【０１９９】
▲６▼上述したように、各発熱体の大きさおよび重心位置を従来品と同じとすることができることから、従来品と形状および使用部品の共通化を図ることができ、製造コストの上昇を低く抑えたうえで性能向上を図ることができる。
【０２００】
ところで、図１〜図３５に例示した液体吐出ヘッドにおいては、長期の放置やプリントによる昇温で液流路内に気泡が発生する。
【０２０１】
例えば、第１の液流路１４内に気泡が存在すると、気泡が混ざった液体や気泡のみが吐出口１８から吐出するため、液体の吐出不良や不吐出などのプリント不良が発生する。特に、可動部材３１の近傍に気泡が存在すると、これが可動部材３１の変位を妨げてプリント不良を招来する虞がある。また、第２の液流路１６内に気泡が存在すると、気泡が混ざった発泡液で吐出が行われるため、発泡が不充分となり、液体の吐出不良や不吐出などのプリント不良が発生する。
【０２０２】
また、このような気泡が液流路の壁面に付着すると、通常の回復処理ではこれを除去することが困難となる。
【０２０３】
このような知見に鑑みて以下に本発明の参考となる実施例を詳細に説明する。
【０２０４】
本発明の一実施例の対象となる液体吐出ヘッドの断面構造を図３６(a),(b),(c) に示すが、先の液体吐出ヘッドと同一機能の部分にはこれと同一符号を記すに止め、重複する説明は省略するものとする。本実施例は、分離壁３０の第１の液流路１４側にサブヒータ３８を設け、このサブヒータ３８によって第１の液流路１４内の吐出液の温度調整を行い、第１の液流路１４内の気泡を除去するようにしたものである。
【０２０５】
すなわち、長期の放置やプリント作業による昇温の結果、図３６(a) に示すように、第１の液流路１４内に微小な気泡４１が発生し、これが可動部材３１の近傍の第１の液流路１４の壁面に付着する。そこで、本実施例では回復処理に際してサブヒータ３８に通電して第１の液流路１４内を加熱し、これによって図３６(b) に示すように、第１の液流路１４内の液体に対流を起こさせ、上述した気泡４１を壁面から剥がし易くすると共にこれを成長させる。そして、図３６(c) に示すように、キャップ部材８６によって吐出口１８のまわりを覆い、吸引回復処理を行い、第１の液流路１４内に存在する気泡４１を吐出口１８から排出する。この吸引回復処理は、サブヒータ３８に対する通電中に行ってもよいし、所定時間通電後に行ってもよい。
【０２０６】
かかる本実施例の処理手順を図３７に示す。すなわち、Ｓ１のステップにてサブヒータ３８に通電して第１の液流路１４内を温度調整した後、Ｓ２のステップにて吐出口１８をキャップ部材８６にて覆い、Ｓ３のステップにて第１の液流路１４内の吸引回復処理を行う。そして、Ｓ４のステップにてキャップ部材８６を吐出口１８から引き離した後、このキャップ部材８６内をさらに吸引してキャップ部材８６内に存在する液体を排出する。さらに、Ｓ５のステップにて吐出口面を払拭した後、Ｓ６のステップにて予備吐出を必要に応じて行う。その後、プリント作業を開始する。
【０２０７】
上述した実施例では、第１の液流路１４内の気泡４１を除去するようにしたが、さらに第２の液流路１６内の気泡も併せて除去することも可能である。
【０２０８】
このような本発明の参考となる液体吐出ヘッドの断面構造を図３８(a),(b),(c)に示すが、先の液体吐出ヘッドと同一機能の部分にはこれと同一符号を記すに止め、重複する説明は省略するものとする。
【０２０９】
すなわち、長期の放置やプリント作業による昇温の結果、図３８(a) に示すように、第１および第２の液流路１４, １６内に微小な気泡４１が発生し、これが発熱体２、つまり吐出用ヒータの上や、可動部材３１の近傍の第１および第２の液流路１４, １６の壁面に付着する。そこで、本実施例では回復処理に際してサブヒータ３８および発熱体２に通電して第１および第２の液流路１４, １６内を加熱し、これによって図３８(b) に示すように、第１および第２の液流路１４, １６内の液体に対流を起こさせ、上述した気泡４１を壁面から剥がし易くすると共にこれを成長させる。そして、図３８(c) に示すように、キャップ部材８６によって吐出口１８のまわりを覆い、吸引回復処理を行い、第１および第２の液流路１４, １６内に存在する気泡４１を吐出口１８から排出する。この吸引回復処理は、サブヒータ３８および発熱体２に対する通電中に行ってもよいし、所定時間通電後に行ってもよい。また、加圧回復処理を行ってもよいし、吸引回復処理と加圧回復処理とを組み合わせてもよい。回復処理のために発熱体２に通電する場合、吐出の場合よりも短パルスを与えることで対処する。
【０２１０】
かかる本実施例の処理手順を図３９に示す。すなわち、Ｓ１のステップにてサブヒータ３８に通電して第１の液流路１４内を温度調整し、さらにＳ７のステップにて発熱体２に通電して第２の液流路１６内を温度調整した後、Ｓ２のステップにて吐出口１８をキャップ部材８６にて覆い、Ｓ８のステップにて第１および第２の液流路１４, １６内の吸引回復処理を行う。そして、Ｓ４のステップにてキャップ部材８６を吐出口１８から引き離した後、このキャップ部材８６内をさらに吸引してキャップ部材８６内に存在する液体を排出する。さらに、Ｓ５のステップにて吐出口面を払拭した後、Ｓ６のステップにて予備吐出を必要に応じて行う。その後、プリント作業を開始する。
【０２１１】
上述のサブヒータ３８は、第１の液流路１４内のみ温度調整するものであるが、第２の液流路１６内の温度調整も併せて行えるようにしてもよい。
【０２１２】
このような本発明の参考となる液体吐出ヘッドの断面構造を図４０(a),(b),(c)に示すが、先の液体吐出ヘッドと同一機能の部分にはこれと同一符号を記すに止め、重複する説明は省略するものとする。
【０２１３】
すなわち、長期の放置やプリント作業による昇温の結果、図４０(a) に示すように、第１および第２の液流路１４, １６内に微小な気泡４１が発生し、これが発熱体２、つまり吐出用ヒータの上や、可動部材３１の近傍の第１および第２の液流路１４, １６の壁面に付着する。そこで、本実施例では回復処理に際してサブヒータ３８および発熱体２に通電して第１および第２の液流路１４, １６内を加熱し、これによって図４０(b) に示すように、第１および第２の液流路１４, １６内の液体に対流を起こさせ、上述した気泡４１を壁面から剥がし易くすると共にこれを成長させる。そして、図４０(c) に示すように、キャップ部材８６によって吐出口１８のまわりを覆い、吸引回復処理を行い、第１および第２の液流路１４, １６内に存在する気泡４１を吐出口１８から排出する。この吸引回復処理は、サブヒータ３８および発熱体２に対する通電中に行ってもよいし、所定時間通電後に行ってもよい。また、加圧回復処理を行ってもよいし、吸引回復処理と加圧回復処理とを組み合わせてもよい。回復処理のために発熱体２に通電する場合、吐出の場合よりも短パルスを与えることで対処する。
【０２１４】
本実施例では、第２の液流路１６内がサブヒータ３８によっても加熱される結果、先の実施例よりも第２の液流路１６内の液体の対流および気泡４１の成長を促進させることができる。このため、場合によっては発熱体２に通電を行わず、サブヒータ３８のみで第１および第２の液流路１４, １６内を温度調整するようにしてもよい。
【０２１５】
かかる本実施例の処理手順を図４１に示す。すなわち、Ｓ９のステップにてサブヒータ３８に通電して第１および第２の液流路１４, １６内を温度調整し、さらにＳ７のステップにて発熱体２に通電して第２の液流路１６内を温度調整した後、Ｓ２のステップにて吐出口１８をキャップ部材８６にて覆い、Ｓ８のステップにて第１および第２の液流路１４, １６内の吸引回復処理を行う。そして、Ｓ４のステップにてキャップ部材８６を吐出口１８から引き離した後、このキャップ部材８６内をさらに吸引してキャップ部材８６内に存在する液体を排出する。さらに、Ｓ５のステップにて吐出口面を払拭した後、Ｓ６のステップにて予備吐出を必要に応じて行う。その後、プリント作業を開始する。
【０２１６】
なお、図３８〜図４１に示した実施例において、第２の液流路１６内の回復処理を行う場合、発熱体２に吐出用の通電を行って液体の吐出を回復処理と同時に行うことも可能であり、これによって第２の液流路１６内の回復効率を向上させることができる。
【０２１７】
以上、本発明の回復処理方法の要部の実施例について説明したが、以下にこれらの実施例に好ましく適用可能なさらなる実施例について説明する。ただし、以下の説明においては前述の１流路形態の実施例と２流路形態の実施例の何れかを取り上げて説明する場合があるが、特に記載しない限り、両実施形態に適用し得るものであり、何れの場合も上述のサブヒータ３８は省略している。
【０２１８】
＜その他の実施例＞
以上、本発明の液体吐出ヘッドや液体吐出方法の要部の実施例について説明を行ったが、以下にこれらの実施例に好ましく適用できる実施例について図面を用いて説明する。但し、以下の説明においては前述の１流路形態の実施例と２流路形態の実施例のいずれかを取り上げて説明する場合があるが、特に記載しない限り、両実施例に適用し得るものである。
【０２１９】
＜液流路の天井形状＞
図４２は、本発明の液体吐出ヘッドの流路方向断面図であるが、第１の液流路１４を構成するための溝が設けられた溝付き部材５０が分離壁３０上に設けられている。本実施例においては可動部材３１の自由端３２位置近傍の流路天井の高さが高くなっており、可動部材の動作角度θをより大きく取れるようにしている。この可動部材の動作範囲は、液流路の構造、可動部材３１の耐久性や発泡力等を考慮して決定すればよいが、吐出口１８の軸方向の角度を含む角度まで動作することが望ましいと考えられる。
【０２２０】
また、この図で示されるように、吐出口１８の直径より可動部材３１の自由端の変位高さを高くすることで、より十分な吐出力の伝達が成される。また、この図で示されるように、可動部材３１の自由端３２位置の液流路天井の高さより可動部材３１の支点３３位置の液流路天井の高さの方が低くなっているため、可動部材３１の変位よる上流側への圧力波の逃げがさらに有効に防止できる。
【０２２１】
＜第２液流路と可動部材との配置関係＞
図４３は、上述の可動部材３１と第２の液流路１６との配置関係を説明するための図であり、同図（ａ）は分離壁３０、可動部材３１近傍を上方から見た図であり、同図（ｂ）は、分離壁３０を外した第２液流路１６を上方から見た図である。そして、同図（ｃ）は、可動部材６と第２液流路１６との配置関係を、これらの各要素を重ねることで模式的に示した図である。なお、いずれの図も図面下方が吐出口が配されている前面側である。
【０２２２】
本実施例の第２の液流路１６は発熱体２の上流側（ここでの上流側とは第２共通液室側から発熱体位置、可動部材、第１流路を経て吐出口に向う大きな流れの中の上流側のことである。）に狭窄部１９を持っており、発泡時の圧力が第２液流路１６の上流側に容易に逃げることを抑制するような室（発泡室）構造となっている。
【０２２３】
従来のヘッドのように、発泡する流路と液体を吐出するための流路とが同じで、発熱体より液室側に発生した圧力が共通液室側に逃げないように狭窄部を設けるヘッドの場合には、液体のリフィルを充分考慮して、狭窄部における流路断面積があまり小さくならない構成を採る必要があった。
【０２２４】
しかし、本実施例の場合、吐出される液体の多くを第１液流路内の吐出液とすることができ、発熱体が設けられた第２液流路内の発泡液はあまり消費されないようにできるため、第２液流路の気泡発生領域１１への発泡液の充填量は少なくて良い。従って、上述の狭窄部１９における間隔を数μｍ〜十数μｍと非常に狭くできるため、第２液流路で発生した発泡時の圧力を周囲に逃がすことをさらに抑制でき、集中して可動部材３１側に向けることができる。そして、この圧力を可動部材３１を介して吐出力として利用することができるため、より高い吐出効率、吐出力を達成することができる。ただ、第１液流路１６の形状は上述の構造に限られるものではなく、気泡発生に伴う圧力が効果的に可動部材３１側に伝えられる形状であれば良い。このような狭窄部１９を持つ構成と、各液流路１４と１６の内圧制御との関係は、前述の実施例３に説明したようにすることにより、可動部材３１の機能をより確実なものにすることができる。
【０２２５】
なお、図４３（ｃ）で示されるように可動部材３１の側方は、第２液流路を構成する壁の一部を覆っており、このことで、可動部材３１の第２液流路への落ち込みが防止できる。これによって、前述した吐出液と発泡液との分離性をさらに高めることができる。また、気泡のスリットからの逃げの抑制ができるため、さらに吐出圧や吐出効率を高めることができる。さらに、前述の消泡時の圧力による上流側からのリフィルの効果を高めることができる。
【０２２６】
なお、図４や図４２においては、可動部材３１の第１の液流路１４側への変位に伴って第２の液流路１６の気泡発生領域で発生した気泡の一部が第１の液流路１４側に延在しているが、この様に気泡が延在するような第２流路の高さにすることで、気泡が延在しない場合に比べ更に吐出力を向上させることができる。この様に気泡が第１の液流路１４に延在するようにするためには、第２の液流路１６の高さを最大気泡の高さより低くすることが望ましく、この高さを数μｍ〜３０μｍとすることが望ましい。なお、本実施例においてはこの高さを１５μｍとした。
【０２２７】
＜可動部材および分離壁＞
図４４は、可動部材３１の他の形状を示すもので、３５は、分離壁に設けられたスリットであり、このスリットによって、可動部材３１が形成されている。同図（ａ）は長方形の形状であり、（ｂ）は支点側が細くなっている形状で可動部材の動作が容易な形状であり、同図（ｃ）は支点側が広くなっており、可動部材の耐久性が向上する形状である。動作の容易性と耐久性が良好な形状として、図４３（ａ）で示したように、支点側の幅が円弧状に狭くなっている形態が望ましいが、可動部材の形状は第２の液流路側に入り込むことがなく、容易に動作可能な形状で、耐久性に優れた形状であればよい。
【０２２８】
先の実施例においては、板状可動部材３１をおよびこの可動部材を有する分離壁５は、厚さ５μｍのニッケルで構成したが、これに限られることなく可動部材、分離壁を構成する材質としては発泡液と吐出液に対して耐溶剤性があり、可動部材として良好に動作するための弾性を有し、微細なスリットが形成できるものであればよい。
【０２２９】
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、アルミニウム、白金、タンタル、ステンレス鋼、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、ステンレス鋼、チタン等の金属、これらの合金および耐インク性に関してはこれらを表面にコーティングしたもの若しくは、ポリアミド等のアミド基を有する樹脂、ポリアセタール等のアルデヒド基を持つ樹脂、ポリエーテルエーテルケトン等のケトン基を有する樹脂、ポリイミド等のイミド基を有する樹脂、フェノール樹脂等の水酸基を有する樹脂、ポリエチレン等のエチル基を有する樹脂、ポリプロピレン等のアルキル基を持つ樹脂、エポキシ樹脂等のエポキシ基を持つ樹脂、メラミン樹脂等のアミノ基を持つ樹脂、キシレン樹脂等のメチロール基を持つ樹脂およびその化合物、さらに二酸化珪素等のセラミックおよびその化合物が望ましい。
【０２３０】
分離壁の材質としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリエチレンテレフタレート、メラミン樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリブタジエン、ポリウレタン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルサルフォン、ポリアリレート、ポリイミド、ポリサルフォン、液晶ポリマー（ＬＣＰ）等の近年のエンジニアリングプラスチックに代表される耐熱性、耐溶剤性、成型性の良好な樹脂、およびその化合物、もしくは、二酸化珪素、チッ化珪素、ニッケル、金、ステンレス鋼等の金属、合金およびその化合物、もしくは表面にチタンや金をコーティングしたものが望ましい。
【０２３１】
また、分離壁の厚さは、分離壁としての強度を達成でき、可動部材として良好に動作するという観点からその材質と形状等を考慮して決定すればよいが、０．５μｍ〜１０μｍ程度が望ましい。
【０２３２】
本発明における可動部材としてはμｍオーダーの厚さ（ｔμｍ）を対象としており、ｃｍオーダーの厚さの可動部材は意図していない。μｍオーダーの厚さの可動部材にとって、μｍオーダーのスリット幅（Ｗμｍ）を対象とする場合、製造のバラツキをある程度考慮することが望ましい。
【０２３３】
スリットを形成する可動部材の自由端あるいは／かつ側端に対向する部材の厚みが可動部材の厚みと同等の場合（図３、図４、図４２等）、スリット幅と厚みの関係を製造のバラツキを考慮して以下のような範囲にすることで発泡液と吐出液の混液を安定的に抑制することができる。このことは限られた条件ではあるが設計上の観点として、３ｃｐ以下の粘度の発泡液に対して高粘度インク（５ｃｐ、１０ｃｐ等）を用いる場合、Ｗ／ｔ≦１を満足するようにすることで、２液の混合を長期にわたって抑制することが可能な構成となった。
【０２３４】
本発明の「実質的な密閉状態」を与えるスリットとしては、このような数μｍオーダであればより確実である。
【０２３５】
上述のように、発泡液と吐出液とに機能分離させた場合、可動部材３１がこれらの実質的な仕切部材となる。この可動部材３１が気泡の生成に伴って移動する際に、吐出液に対して発泡液がわずかに混入することが見られる。画像を形成する吐出液は、インクジェットプリントの場合、色材濃度を３％〜５％程度有するものが一般的であることを考慮すると、この発泡液が吐出液滴に対して２０％以下の範囲で含まれても大きな濃度変化をもたらさない。従って、このような混液としては、吐出液滴に対して２０％以下となるような発泡液と吐出液との混合を本発明に含むものとする。
【０２３６】
なお、上記構成例の実施では、粘性を変化させても上限で１５％の発泡液の混合であり、５cP以下の発泡液では、この混合比率は、駆動周波数にもよるが、１０％程度を上限とするものであった。
【０２３７】
特に、吐出液の粘度を２０cP以下にすればする程、この混液は低減（例えば５％以下）できる。
【０２３８】
次に、このヘッドにおける発熱体と可動部材の配置関係について、図を用いて説明する。ただし、可動部材３１と発熱体２の形状および寸法, 数は、以下に限定されるものではない。発熱体２と可動部材３１の最適な配置によって、発熱体２による発泡時の圧力を吐出圧として有効に利用することが可能となる。
【０２３９】
熱など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、これをプリント媒体上に付着させて画像形成を行うインクジェットプリント方法、いわゆるバブルジェットプリント方法の従来技術においては、図４５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、発熱体上の焦げの様子から、この非発泡有効領域Ｓが発熱体２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、発泡に関与していないと判断できる。
【０２４０】
従って、発泡圧を有効利用するためには、発熱体２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１１の可動領域で覆われるように、可動部材３１を配置するのが効果的であると言える。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２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。
【０２４１】
図４６に５８×１５０μｍの発熱体２に可動領域の総面積が異なる可動部材３０１（図４６(a) ）、可動部材３０２（図４６(b) ）を配置したときの上部から見た模式図を示す。
【０２４２】
可動部材３０１の寸法は、５３×１４５μｍで、発熱体２の面積よりも小さいが、発熱体２の発泡有効領域と同じ程度の寸法であり、この発泡有効領域を覆うように配置されている。一方、可動部材３０２の寸法は、５３×２２０μｍで発熱体２の面積よりも大きく（幅寸法を同じにした場合、支点〜自由端間の寸法が発熱体の長さよりも長い）、可動部材３０１と同じように発泡有効領域を覆うように配置されている。上記２種の可動部材３０１, ３０２に対し、それらの耐久性と吐出効率について測定を行った。測定条件は以下の通りである。
【０２４３】
発泡液        ：    エタノール４０％水溶液
吐出用インク  ：    染料インク
電圧          ：    ２０. ２Ｖ
周波数        ：    ３ kHz
この測定条件で実験を行った結果、可動部材の耐久性に関しては、▲１▼  可動部材３０１の方は、１×１０7 パルス印加したところで可動部材３０１の支点部分に損傷が見られた。▲２▼  可動部材３０２の方は、３×１０8 パルス印加しても、損傷は見られなかった。また、投入エネルギーに対する吐出量と吐出速度から求まる運動エネルギーも約１. ５〜２. ５倍程度向上することが確認された。
【０２４４】
以上の結果から、耐久性, 吐出効率の両面からみても、発泡有効領域の真上を覆うように可動部材を設け、該可動部材の面積が発熱体の面積よりも大きい方が優れていることがわかる。
【０２４５】
図４７に発熱体のエッジから可動部材の支点までの距離と、可動部材の変位量との関係を示す。また、図４８に発熱体２と可動部材３１との位置関係を側面方向から見た断面構成図を示す。発熱体２は、４０×１０５μｍのものを用いた。発熱体２のエッジから可動部材３１の支点部３３までの距離ｌが大きい程、変位量が大きいことがわかる。従って、要求されるインクの吐出量や吐出液の流路構造および発熱体形状などによって最適変位量を求め、可動部材３１の支点部３３の位置を決めることが望ましい。
【０２４６】
また、可動部材３１の支点部３３が発熱体２の発泡有効領域直上に位置する場合は、可動部材３１の変位による応力に加え、発泡圧力が直接支点に加わるため可動部材３１の耐久性が低下してしまう。本発明者の実験によると、発泡有効領域の真上に支点を設けたものでは、１×１０6 パルス程度で、可動壁３０に損傷が生じており、耐久性が低下してしまうことが分かっている。従って、可動部材３１の支点部３３は、発熱体２の発泡有効領域直上外に配置することで、耐久性がそれ程高くない形状や材質の可動部材であっても、実用可能性が高くなる。ただし、前記発泡有効領域直上に支点部３３がある場合でも、形状や材質を選択すれば良好に用いることができる。かかる構成において、高吐出効率および耐久性に優れた液体吐出ヘッドが得られる。
【０２４７】
＜素子基板＞
以下に、液体に熱を与えるための発熱体が設けられた素子基板の構成について説明する。
【０２４８】
図４９は、本発明の液体吐出ヘッドの縦断面図を示したもので、図４９（ａ）は後述する保護膜があるヘッド、同図（ｂ）は保護膜がないものである。
【０２４９】
素子基板１上に第２液流路１６、分離壁３０、第１液流路１４、第１液流路を構成する溝を設けた溝付き部材５０が配されている。
【０２５０】
素子基板１には、シリコン等の気体１０７に絶縁および蓄熱を目的としたシリコン酸化膜またはチッ化シリコン膜１０６を成膜し、その上に発熱体を構成するハフニュウムボライド（ＨｆＢ2 ）、チッ化タンタル（ＴａＮ）、タンタルアルミ（ＴａＡｌ）等の電気抵抗液流路１０５（０．０１〜０．２μｍ厚）とアルミニウム等の配線電極（０．２〜１．０μｍ厚）を図１１のようにパターニングされている。この２つの配線電極１０４から抵抗液流路１０５に電圧を印加し、抵抗液流路に電流を流し発熱させる。配線電極間の抵抗液流路上には、酸化シリコンやチッ化シリコン等の保護液流路を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液流路（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液流路１０５を保護している。
【０２５１】
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液流路として用いられる。
【０２５２】
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液流路を必要としない構成でもよく、その例を図４９（ｂ）に示す。このような保護液流路を必要としない抵抗液流路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。
【０２５３】
このように、前述の各実施例における発熱体の構成としては、前述の電極間の抵抗液流路（発熱部）だけででもよく、また、抵抗液流路を保護する保護液流路を含むものでもよい。
【０２５４】
本実施例においては、発熱体として電気信号に応じて発熱する抵抗液流路で構成された発熱部を有するものを用いたが、これに限られることなく、吐出液を吐出させるのに十分な気泡を発泡液に生じさせるものであればよい。例えば、発熱部としてレーザ等の光を受けることで発熱するような光熱変換体や高周波を受けることで発熱するような発熱部を有する発熱体でもよい。
【０２５５】
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液流路１０５とこの抵抗液流路に電気信号を供給するための配線電極１０４で構成される電気熱変換体の他に、この電気熱変換素子を選択的に駆動するためのトランジスタ、ダイオード、ラッチ、シフトレジスタ等の機能素子が一体的に半導体製造工程によって作り込まれていてもよい。
【０２５６】
また、前述のような素子基板１に設けられている電気熱変換体の発熱部を駆動し、液体を吐出するためには、前述の抵抗液流路１０５に配線電極１０４を介して図５０で示されるような矩形パルスを印加し、配線電極間の抵抗液流路１０５を急峻に発熱させる。前述の各実施例のヘッドにおいては、それぞれ電圧２４Ｖ、パルス幅７μｓｅｃ、電流１５０ｍＡ、電気信号を６ｋＨｚで加えることで発熱体を駆動させ、前述のような動作によって、吐出口から液体であるインクを吐出させた。しかしながら、駆動信号の条件はこれに限られることなく、発泡液を適正に発泡させることができる駆動信号であればよい。
【０２５７】
＜液体吐出ヘッドの製造＞
次に、上述した液体吐出ヘッドの製造工程について説明する。
【０２５８】
図２７で示したような液体吐出ヘッドの場合には、素子基板１上に可動部材３１を設けるための支持部材３４をドライフィルムなどをパターニングすることで形成し、この支持部材３４に可動部材３１を接着、もしくは溶着固定した。その後、各液流路１０を構成する複数の溝と吐出口１８と共通液室１５とを構成する凹部を有する溝付部材を、溝と可動部材が対応するような状態で素子基板１に接合することで形成した。
【０２５９】
次に、図１や図５４で示されるような２流路構成の液体吐出ヘッドの製造工程について説明する。
【０２６０】
大まかには、素子基板１上に第２液流路１６の壁を形成し、その上に分離壁３０を取り付け、さらにその上に第１液流路１４を構成する溝などが設けられた溝付き部材５０を取り付ける。あるいは、第２液流路１６の壁を形成した後、この壁の上に分離壁３０を取り付けた溝付き部材５０を接合することでヘッドの製造を行った。
【０２６１】
さらに第２液流路の作製方法について詳しく説明する。
【０２６２】
図５１(a) 〜(e) は、上述した液体吐出ヘッドの製造方法の一例を説明するための概略断面図である。
【０２６３】
本例においては、図５１(a) に示すように、素子基板（シリコンウェハ）１上に半導体製造工程で用いるのと同様の製造装置を用い、ハフニウムボライドや窒化タンタルなどからなる発熱体２を有する電気熱変換用素子を形成した後、次工程における感光性樹脂との密着性の向上を目的として、素子基板１の表面に洗浄を施した。さらに、密着性を向上させるには、素子基板表面に紫外線−オゾンなどによる表面改質を行った後、例えばシランカップリング剤（日本ユニカ製：Ａ１８９）をエチルアルコールで１重量％に希釈した液を上記改質表面上にスピンコートすることで達成される。
【０２６４】
次に、表面洗浄を行い、密着性を向上した基板１上に、図５１(b) に示すように、紫外線感光性樹脂フィルム（東京応化製：ドライフィルム  オーディルＳＹ−３１８）ＤＦをラミネートした。
【０２６５】
次に、図５１(c) に示すように、ドライフィルムＤＦ上にフォトマスクＰＭを配し、このフォトマスクＰＭを介してドライフィルムＤＦのうち、第２の流路壁として残す部分に紫外線を照射した。この露光工程は、キヤノン（株）製：ＭＰＡ−６００を用いて行い、約６００mJ／cm2 の露光量で行った。
【０２６６】
次に、図５１(d) に示すように、ドライフィルムＤＦを、キシレンとブチルセルソルブアセテートとの混合液からなる現像液（東京応化製：ＢＭＲＣ−３）で現像し、未露光部分を溶解させ、露光して硬化した部分を第２液流路１６の壁部分として形成した。さらに、素子基板１表面に残った残渣を酸素プラズマアッシング装置（アルカンテック社製：ＭＡＳ−８００）で約９０秒間処理して取り除き、引き続き、１５０℃で２時間、さらに紫外線照射１００mJ／cm2 を行って露光部分を完全に硬化させた。
【０２６７】
以上の方法により、上記シリコン基板から分割、作製される複数のヒータボード（素子基板）に対し、一様に第２の液流路を精度よく形成することができる。シリコン基板を、厚さ０. ０５mmのダイヤモンドブレードを取り付けたダイシングマシン（東京精密製：ＡＷＤ−４０００）で各々のヒータボード１に切断、分離した。分離されたヒータボード１を接着剤（東レ製：ＳＥ４４００）でアルミニウムベースプレート７０上に固定した（図５９参照）。次いで、予めアルミニウムベースプレート７０上に接合しておいたプリント配線基板７１と、ヒータボード１とを直径０. ０５ｍｍの図示しないアルミニウムワイヤで接続した。
【０２６８】
次に、このようにして得られたヒータボード１に、図５１(e) に示すように、上述の方法で溝付部材５０と分離壁３０との接合体を位置決め接合した。すなわち、分離壁３０を有する溝付部材５０とヒータボード１とを位置決めし、押さえばね７８により係合、固定した後、インク・発泡液用供給部材８０をアルミニウムベースプレート７０上に接合固定し、アルミニウムワイヤ間、溝付部材５０とヒータボード１とインク・発泡液用供給部材８０との隙間をシリコーンシーラント（東芝シリコーン製：ＴＳＥ３９９）で封止して完成させた。
【０２６９】
以上の製法で、第２の液流路１６を形成することにより、各ヒータボード１のヒータに対して位置ずれのない精度の良い流路を得ることができる。特に、溝付部材５０と分離壁３０とをあらかじめ先の工程で接合しておくことで、第１液流路１４と可動部材３１との位置精度を高めることができる。
【０２７０】
そして、これらの高精度製造技術によって、吐出安定化が図られ、プリント品位が向上する。また、ウェハ上に一括で形成することが可能なため、多量に低コストで製造することが可能である。
【０２７１】
なお、本例では、第２の液流路１６を形成するために紫外線硬化型のドライフィルムを用いたが、紫外域、特に２４８ｎｍ付近に吸収帯域をもつ樹脂を用い、ラミネート後、硬化させ、エキシマレーザで第２の液流路１６となる部分の樹脂を直接除去することによっても得ることが可能である。
【０２７２】
図５２(a) 〜(d) は、上述した液体吐出ヘッドの製造方法の他の例を説明するための概略断面図である。
【０２７３】
本例においては、図５２(a) に示すように、ＳＵＳ基板１００上に厚さ１５μｍのレジスト１０１を第２の液流路の形状でパターニングした。
【０２７４】
次に、図５２(b) に示すように、ＳＵＳ基板１００に対して電気めっきを行い、ＳＵＳ基板１００上にニッケル層１０２を同じく１５μｍ成長させた。めっき液としては、スルフォミン酸ニッケルに応力減少剤（ワールドメタル社製：ゼロオール）と硼酸、ピット防止剤（ワールドメタル社製：ＮＰ−ＡＰＳ）、塩化ニッケルを使用した。電着時の電界のかけ方としては、アノード側に電極を付け、カソード側に既にパターニングしたＳＵＳ基板１００を取り付け、めっき液の温度を５０℃とし、電流密度を５Ａ／cm2 とした。
【０２７５】
次に、図５２(c) に示すように、上記のようなめっきを終了したＳＵＳ基板１００に超音波振動を与え、所望の第２の液流路１６が形成されたニッケル層１０２の部分をＳＵＳ基板１００から剥離した。
【０２７６】
一方、電気熱変換用素子を配設したヒータボードを、半導体と同様の製造装置を用いてシリコンウェハに形成した。このウェハを先の実施例と同様に、ダイシングマシンで各々のヒータボード１に分離した。このヒータボード１を、予めプリント基板が接合されたアルミニウムベースプレート７０に接合し、プリント基板と図示しないアルミニウムワイヤとを接続することで電気的配線を形成した。このような状態のヒータボード１上に、図５２(d) に示すように、先の工程で得た第２液流路１６が形成されたニッケル層１０２を位置決め固定した。この固定に際しては、後工程で第１の実施例と同様に分離壁を固定した天板と押さえばねによって係合・密着されるため、天板接合時に位置ずれが発生しない程度に固定されていれば十分である。
【０２７７】
本例では、上記位置決め固定に紫外線硬化型接着剤（グレースジャパン製：アミコンＵＶ−３００）を塗布し、紫外線照射装置を用い、露光量を１００mJ／cm2 として約３秒間で固定を完了した。
【０２７８】
この製法によると、発熱体２に対して位置ずれのない精度の高い第２の液流路１６を形成することができることに加え、ニッケルで流路壁を形成しているため、アルカリ性の液体に強く、信頼性の高いヘッドを提供することが可能となる。
【０２７９】
図５３(a) 〜(d) は、上述した液体吐出ヘッドの製造方法の別な例を説明するための概略断面図である。
【０２８０】
本例においては、図５３(a) に示すように、アライメント穴あるいはマークを有する厚さ１５μｍのＳＵＳ基板１００の両面にレジスト１０３０を塗布した。ここで、レジスト１０３０としては、東京応化製のＰＭＥＲＰ−ＡＲ９００を使用した。
【０２８１】
この後、図５３(b) に示すように、ＳＵＳ基板１００のアライメント穴に合わせて、露光装置（キヤノン（株）製：ＭＰＡ−６００）を用いて露光し、第２の液流路を形成すべき部分のレジスト１０３０を除去した。露光は８００mJ／cm2 の露光量で行った。
【０２８２】
次に、図５３(c) に示すように、両面のレジスト１０３０がパターニングされたＳＵＳ基板１００を、エッチング液（塩化第２鉄または塩化第２銅の水溶液）に浸漬し、レジスト１０３０から露出している部分をエッチングした後、レジスト１０３０を剥離した。
【０２８３】
次に、図５３(d) に示すように、先の製造方法の例と同様に、ヒータボード１上に、エッチングされたＳＵＳ基板１００を位置決め固定し、第２の液流路１６を有する液体吐出ヘッドを組み立てた。
【０２８４】
本例の製法によれば、ヒータ２に対し位置ずれのない精度の高い第２液流路１６を形成することができることに加え、ステンレス鋼で流路を形成しているため、酸やアルカリ性の液体に強く、信頼性の高い液体吐出ヘッドを提供することができる。
【０２８５】
以上説明したように、素子基板１上に予め第２液流路１６の壁を配設することによって、電気熱変換体と第２液流路１６とを高精度に位置決めすることが可能となる。また、切断、分離前の基板上の多数の素子基板１に対して第２の液流路１６を同時に形成することができるので、多量に、かつ低コストの液体吐出ヘッドを提供することができる。
【０２８６】
また、上述した製造方法を実施することによって得られた液体吐出ヘッドは、発熱体２と第２液流路１６とが高精度に位置決めされているので、電気熱変換体の発熱による発泡の圧力を効率よく受けることができ、吐出効率に優れたものとなる。
【０２８７】
＜２流路構成のヘッド構造＞
以下に、第１、第２の共通液室に異なる液体を良好に分離して導入でき部品点数の削減を図れ、コストダウンを可能とする液体吐出ヘッドの構造例について説明する。
【０２８８】
図５４は、このような液体吐出ヘッドの構造を示す模式図であり、先の実施例と同じ構成要素については同じ符号を用いており、詳しい説明はここでは省略する。
【０２８９】
本実施例においては、溝付き部材５０は、吐出口１８を有するオリフィスプレート５１と、複数の第１液流路１４を構成する複数の溝と、複数の液流路１４に共通して連通し、各第１の液流路３に液体（吐出液）を供給するための第１の共通液室１５を構成する凹部とから概略構成されている。
【０２９０】
この溝付部材５０の下側部分に分離壁３０を接合することにより複数の第１液流路１４を形成することができる。このような溝付部材５０は、その上部から第１共通液室１５内に到達する第１液体供給路２０を有している。また、溝付部材５０は、その上部から分離壁３０を突き抜けて第２共通液室１７内に到達する第２の液体供給路２１を有している。
【０２９１】
第１の液体（吐出液）は、図５４の矢印Ｃで示すように、第１液体供給路２０を経て、第１の共通液室１５、次いで第１の液流路１４に供給され、第２の液体（発泡液）は、図５４の矢印Ｄで示すように、第２液体供給路２１を経て、第２共通液室１７、次いで第２液流路１６に供給されるようになっている。
【０２９２】
本実施例では、第２液体供給路２１は、第１液体供給路２０と平行して配されているが、これに限ることはなく、第１共通液室１５の外側に配された分離壁３０を貫通して、第２共通液室１７に連通するように形成されればどのように配されてもよい。
【０２９３】
また、第２液体供給路２１の太さ（直径）に関しては、第２液体の供給量を考慮して決められる。第２液体供給路２１の形状は丸形状である必要はなく、矩形状等でもよい。
【０２９４】
また、第２共通液室１７は、溝付部材５０を分離壁３０で仕切ることによって形成することができる。形成の方法としては、図５５で示す本実施例の分解斜視図のように、素子基板上にドライフィルムで共通液室枠と第２液流路壁を形成し、分離壁を固定した溝付部材５０と分離壁３０との結合体と素子基板１とを貼り合わせることにより第２共通液室１７や第２液流路１６を形成してもよい。
【０２９５】
本実施例では、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が配されている。
【０２９６】
この素子基板１上には、第２液流路壁により形成された液流路１６を構成する複数の溝と、複数の発泡液流路に連通し、それぞれの発泡液流路に発泡液を供給するための第２共通液室（共通発泡液室）１７を構成する凹部と、前述した可動壁３１が設けられた分離壁３０とが配されている。
【０２９７】
符号５０は、溝付部材である。この溝付部材は、分離壁３０と接合されることで吐出液流路（第１液流路）１４を構成する溝と、吐出液流路に連通し、それぞれの吐出液流路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共通液室に吐出液を供給するための第１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の供給路（発泡液供給路）２１とを有している。第２の供給路２１は、第１の共通液室１５の外側に配された分離壁３０を貫通して第２の共通液室１７に連通する連通路に繋がっており、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１５に供給することができる。
【０２９８】
なお、素子基板１、分離壁３０、溝付天板５０の配置関係は、素子基板１の発熱体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に対応して吐出液流路１４が配されている。また、本実施例では、第２の供給路を１つ溝付部材に配した例を示したが、供給量に応じて複数設けてもよい。さらに吐出液供給路２０と発泡液供給路２１の流路断面積は供給量に比例して決めればよい。
【０２９９】
このような流路断面積の最適化により溝付部材５０等を構成する部品をより小型化することも可能である。
【０３００】
以上説明したように本実施例によれば、第２液流路に第２液体を供給する第２の供給路と、第１液流路に第１液体を供給する第１の供給路とが同一の溝付部材としての溝付天板からなることにより部品点数が削減でき、工程の短縮化とコストダウンが可能となる。
【０３０１】
また、第２液流路に連通した第２の共通液室への、第２液体の供給は、第１液体と第２液体を分離する分離壁を突き抜ける方向で第２液流路によって行なわれる構造であるため、前記分離壁と溝付部材と発熱体形成基板との貼り合わせ工程が１度で済み、作りやすさが向上すると共に、貼り合わせ精度が向上し、良好に吐出することができる。
【０３０２】
また、第２液体は、分離壁を突き抜けて第２液体共通液室へ供給されるため、第２液流路に第２液体の供給が確実となり、供給量が十分確保できるため、安定した吐出が可能となる。
【０３０３】
次に、このヘッドにおける発熱体と可動部材の配置関係について、図を用いて説明する。ただし、可動部材と発熱体の形状および寸法，数は、以下に限定されるものではない。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圧力を吐出圧として有効に利用することが可能となる。
【０３０４】
次に、発熱体を備えた可動部材について説明する。
【０３０５】
本発明の可動部材は変位領域に対して断熱性を有するものであり、その構成について図面を参照して説明する。
【０３０６】
図５６（ａ）は可動部材３１，８３１の発熱体形成部分の構成を示す断面図である。基板１２０１の上に断熱層１２０２、電気抵抗層１２０３が形成され、発熱体１２０３の上に、電極１２０４，１２０５および保護層１２０６が部分的に形成され、さらにこれらの上に耐キャビテーション層１２０７が形成されている。図５６（ｂ）は図５６（ａ）中の電極１２０４，１２０５の配置を示す平面図である。以下に各層の構成材料を説明する。
【０３０７】
可動部材には、シリコン等の基板１２０１に絶縁および蓄積を目的としたシリコン酸化膜またはチッ化シリコン膜の他、前述した可動部材や分離壁の材料による断熱層１２０２を形成する。この断熱層１２０２は可動部材への熱の伝達を抑える断熱層として働き、厚さを厚くする等として断熱効果を高めることで発熱体表面への熱伝達を高め、発泡のエネルギー効率を高めることができる。特に、可動部材が金属等の熱伝導率の高い材料で形成されている場合や、または樹脂等の熱伝導率の低い材料であっても極めて薄く形成されている場合には、反対面への熱の逃げが多くなるため、この断熱層１２０２の働きが重要となり、断熱層１２０２と保護層１２０７を同じ材料または近い熱伝導率の材料とする場合には、少なくとも断熱層１２０２は保護層１２０７よりも厚く形成するとよい。また、同じ厚さにて形成する場合には、断熱層１２０２に熱伝導率の低い材料を使用すればよい。また、熱伝送率と厚さの両方を考慮して、相対的に断熱層１２０２側の熱の伝達を抑える構成とすればよい。
【０３０８】
断熱層１２０２の上には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１２０３（０．０１〜０．２μｍ厚）とアルミニュウム等の配線電極（０．２〜１．０μｍ厚）１２．４，１２０５が図１２（ｂ）に示すようにパターニングされている。この２つの配線電極１２０４，１２０５から電気抵抗層１２０３に電圧を印加し、電気抵抗層１２０３に電流を流し発熱させる。配線電極１２０４，１２０５間の電気抵抗層１２０３上には、酸化シリコンやチッ化シリコン等の保護層１２０６をを０．１〜２．０μｍ厚で形成し、さらにそのうえにタンタル等の耐キャビテーション層（０．１〜０．６μｍ厚）１２０７が製膜されており、インク等の各種の液体から抵抗層１２０３を保護している。
【０３０９】
特に、気泡の発生、消泡の際に発生する圧力や衝撃波や非常に強く、堅くてもろい酸化膜の耐久性を著しく低下させるため、金属材料のタンタル（Ｔａ）等が耐キャビテーション層として用いられる。なお、電気抵抗層１２０３として説明した発熱体および素子基板に形成する第２の発熱体は抵抗材料単体でもよい。
【０３１０】
＜２流路構成のヘッド構造＞
以下に、第１、第２の共通液室に異なる液体を良好に分離して導入でき部品点数の削減を図れ、コストダウンを可能とする液体吐出ヘッドの構造例について説明する。
【０３１１】
図５７は、このような液体吐出ヘッドの構造を示す模式図であり、図２６ないし図３０に示した第８および第９の実施例のようなエッジシュート型の液体露出ヘッドの構造を示している。このため、第８および第９の実施例と同じ構成要素については同じ符号を用いており、詳しい説明はここでは省略する。
【０３１２】
本実施例においては、溝付部材５０は、吐出口１８を有するオリフィスプレート５１と、複数の第１液流路１４を構成する複数の溝と、複数の液流路１４に共通して連通し、各第１の液流路３に液体（吐出液）を供給するための第１の共通液室１５を構成する凹部とから概略構成されている。
【０３１３】
この溝付部材５０の下側部分に分離壁３０を接合することにより複数の第１液流路１４を形成することができる。このような溝付部材５０は、その上部から第１共通液室１５内に到達する第１液体供給路２０を有している。また、溝付部材５０は、その上部から分離壁３０を突き抜けて第２共通液室１７内に到達する第２の液体供給路２１を有している。
【０３１４】
第１の液体（吐出液）は、図３２中の矢印Ｃで示すように、第１液体供給路２０を経て、第１の共通液室１５、次いで第１の液流路１４に供給され、第２の液体（発泡液）は、図３２中の矢印Ｄで示すように、第２液体供給路２１を経て、第２共通液室１７、次いで第２液流路１６に供給されるようになっている。
【０３１５】
本実施例では、第２液体供給路２１は、第１液体供給路２０と平行して配されているが、これに限られることはなく、第１共通液室１５の外側に配された分離壁３０を貫通して、第２共通液室１７に連通するように形成されればどのように配されてもよい。
【０３１６】
また、第２液体供給路２１の太さ（直径）に関しては、第２液体の供給量を考慮して決められる。第２液体供給路２１の形状は丸形状である必要はなく、矩形状等でもよい。
【０３１７】
また、第２共通液室１７は、溝付部材５０を分離壁３０で仕切ることによって形成することができる。形成の方法としては、図５８に示す本実施例の分解斜視図のように、素子基板上にドライフィルムで共通液室枠と第２液路壁を形成し、分離壁を固定した溝付部材５０と分離壁３０との結合体と素子基板１とを貼り合わせることにより第２共通液室１７や第２液流路１６を形成してもよい。
【０３１８】
本実施例では、アルミニュウム等の金属で形成された支持体上に素子基板１が配されている。この素子基板１上には、第２液路壁により形成された液流路１６を構成する複数の溝と、複数の発泡液流路に連通し、それぞれの発泡液路に発泡液を供給するための第２共通液室（共通発泡液室）１７を構成する凹部と、前述した発熱体２が形成された可動壁３１が設けられた分離壁３０とが配されている。
【０３１９】
符号５０は、溝付部材である。この溝付部材は、分離壁３０と接合されることで吐出液流路（第１液流路）１４を構成する溝と、吐出液流路に連通し、それぞれの吐出液流路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共通液室に吐出液を供給するための第１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の供給路（発泡液供給路）２１とを有している。第２の供給路２１は、第１の共通液室１５の外側に配された分離壁３０を貫通して第２の共通液室１７に連通する連通路に繋がっており、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１５に供給することができる。
【０３２０】
なお、素子基板１、分離壁３０、溝付天板５０の配置関係は、素子基板１上の気泡発生領域に対応する発熱体２が可動部材３１に配置されており、この可動部材３１に対応して吐出液流路１４が配されている。また、本実施例では、第２の供給路を１つ溝付部材に配した例を示したが、供給量に応じて複数設けてもよい。さらに吐出液供給路２０と発泡液供給路２１の流路断面積は供給量に比例して決めればよい。
【０３２１】
このような流路断面積の最適化により溝付部材５０等を構成する部品をより小型化することも可能である。
【０３２２】
以上説明したように本実施例によれば、第２液流路に第２液体を供給する第２の供給路と、第１液流路に第１液体を供給する第１の供給路とが同一の溝付部材としての溝付天板からなることにより部品点数が削減でき、工程の短縮化とコストダウンが可能となる。
【０３２３】
また第２液流路に連通した第２の共通液室への、第２液体の供給は、第１液体と第２液体を分離する分離壁を突き抜ける方向で第２液流路によって行われる構造であるため、前記分離壁と溝付部材と発熱体形成基板との貼り合わせ工程が一度で済み、作りやすさが向上すると共に、貼り合わせ精度が向上し、良好に吐出することができる。
【０３２４】
また、第２液体は、分離壁を突き抜けて第２液体共通液室へ供給されるため、第２液流路に第２液体の供給が確実となり、供給量が十分確保できるため、安定した吐出が可能となる。
【０３２５】
＜吐出液体、発泡液体＞
先の実施例で説明したように本発明においては、前述のような可動部材を有する構成およい各液流路の内圧の相対値の制御によって、従来の液体吐出ヘッドよりも高い吐出力や吐出効率でしかも高速に液体を吐出することができる。本実施例の内、発泡液と吐出液とに同じ液体を用いる場合には、発熱体から加えられる熱によって劣化せずに、また加熱によって発熱体上に堆積物を生じにくく、熱によって気化、凝縮の可逆的状態変化を行うことが可能であり、さらに液流路や可動部材や分離壁等を劣化させない液体であれば種々の液体を用いることができる。
【０３２６】
このような液体の内、プリントを行う上で用いる液体（プリント液体）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。
【０３２７】
一方、本発明の２流路構成のヘッドを用い、吐出液と発泡液を別液体とした場合には、発泡液として前述のような性質の液体を用いればよく、具体的には、メタノール、エタノール、ｎ−プロパノール、イソプロパノール、ｎ−ヘキサン、ｎ−ヘプタン、ｎ−オクタン、トルエン、キシレン、二塩化メチレン、トリクレン、フレオンＴＦ、フレオンＢＦ、エチルエーテル、ジオキサン、シクロヘキサン、酢酸メチル、酢酸エチル、アセトン、メチルエチルケトン、水等およびこれらの混合物が挙げられる。
【０３２８】
吐出液としては、発泡性の有無、熱的性質に関係なく様々な液体を用いることができる。また、従来吐出が困難であった発泡性が低い液体、熱によって変質、劣化しやすい液体や高粘度液体等であっても利用できる。
【０３２９】
ただし、吐出液の性質として吐出液自身、又は発泡液との反応によって、吐出や発泡また可動部材の動作等を妨げるような液体でないことが望まれる。
【０３３０】
プリント用の吐出液体としては、高粘度インク等をも利用することができる。その他の吐出液体としては、熱に弱い医薬品や香水等の液体を利用することもできる。
【０３３１】
本発明においては、吐出液と発泡液の両方に用いることができるプリント液体として、以下のような組成のインクを用いてプリントを行ったが、吐出力の向上によってインクの吐出速度が高くなったため、液滴の着弾精度が向上し非常に良好なプリント画像を得ることができた。
【０３３２】
染料インク（粘度２ｃｐｓ）の組成
（Ｃ．Ｉ．フードブラック２）染料                      ３重量％
ジエチレングリコール                                １０重量％
チオジグリコール                                      ５重量％
エタノール                                            ５重量％
水                                                  ７７重量％
また、発泡液と吐出液に以下で示すような組成の液体を組み合わせて吐出させてプリントを行った。その結果、従来のヘッドでは吐出が困難であった十数ｃｐｓ粘度の液体はもちろん１５０ｃＰという非常に高い粘度の液体でさえも良好に吐出でき、高画質なプリント物を得ることができた。
【０３３３】
発泡液１の組成
エタノール                                          ４０重量％
水                                                  ６０重量％
発泡液２の組成
水                                                １００重量％
発泡液３の組成
イソプロピルアルコール                              １０重量％
水                                                  ９０重量％
吐出液１顔料インク（粘度約１５ｃｐｓ）の組成
カーボンブラック                                      ５重量％
スチレン−アクリル酸−アクリル酸エチル共重合体        １重量％
（酸価１４０、重量平均分子量８０００）
モノエタノールアミン                            ０．２５重量％
グリセリン                                          ６９重量％
チオジグリコール                                      ５重量％
エタノール                                            ３重量％
水                                            １６．７５重量％
吐出液２（粘度５５ｃｐｓ）の組成
ポリエチレングリコール２００                      １００重量％
吐出液３（粘度１５０ｃｐｓ）の組成
ポリエチレングリコール６００                      １００重量％
ところで、前述したような従来吐出されにくいとされていた液体の場合には、吐出速度が低いために、吐出方向性のバラツキが助長されプリント紙上のドットの着弾精度が悪く、また吐出不安定による吐出量のバラツキが生じこれらのことで、高品位画像が得にくかった。しかし、上述の実施例の構成においては、気泡の発生を発泡液を用いることで充分に、しかも安定して行うことができる。このことで、液滴の着弾精度向上とインク吐出量の安定化を図ることができプリント画像品位を著しく向上することができた。
【０３３４】
＜液体吐出ヘッドカートリッジ＞
次に、上述の液体吐出ヘッドを搭載した液体吐出ヘッドカートリッジについて概略説明する。
【０３３５】
図５９は、前述した液体吐出ヘッドを含む液体吐出ヘッドカートリッジの模式的分解斜視図であり、液体吐出ヘッドカートリッジは、主に液体吐出ヘッド部２００と液体容器８０とから概略構成されている。
【０３３６】
液体吐出ヘッド部２００は、素子基板１、分離壁３０、溝付部材５０、押さえばね７８、液体供給部材９０、支持体７０などからなっている。素子基板１には、前述のように発泡液に熱を与えるための発熱抵抗体が、複数個、列状に設けられており、また、この発熱抵抗体を選択的に駆動するための機能素子が複数設けられている。この素子基板１と可動部材を持つ前述の分離壁３０との間に発泡液路が形成され、発泡液が流通する。この分離壁３０と溝付天板５０との接合によって、吐出される吐出液体が流通する図示しない吐出流路が形成される。
【０３３７】
押さえばね７８は、溝付部材５０に素子基板１方向への付勢力を作用させる部材であり、この付勢力により素子基板１, 分離壁３０, 溝付部材５０と、後述する支持体７０とを良好に一体化させている。
【０３３８】
支持体７０は、素子基板１などを支持するためのものであり、この支持体７０上にはさらに素子基板１に接続して電気信号を供給するための回路基板７１や、装置側と接続することで装置側と電気信号のやりとりを行うためのコンタクトパッド７２が配置されている。
【０３３９】
液体容器９０は、液体吐出ヘッドに供給される、インクなどの吐出液体と気泡を発生させるための発泡液とを内部に区分収容している。液体容器９０の外側には、液体吐出ヘッドと液体容器９０との接続を行う接続部材を配置するための位置決め部９４と接続部を固定するための固定軸９５とが設けられている。吐出液体の供給は、液体容器９０の吐出液供給路９２から接続部材の供給路８４を介して液体供給部材８０の吐出液供給路８１に供給され、各部材の吐出液供給路８３, ７１, ２１を介して第１の共通液室に供給される。発泡液も同様に、液体容器の供給路９３から接続部材の供給路を介して液体供給部材８０の発泡液供給路８２に供給され、各部材の発泡液供給路８４, ７１, ２２を介して第２の共通液室に供給される。
【０３４０】
以上の液体吐出ヘッドカートリッジにおいては、発泡液と吐出液が異なる液体である場合も、供給を行い得る供給形態および液体容器で説明したが、吐出液体と発泡液体とが同じである場合には、発泡液および吐出液の供給経路と容器とを分けなくてもよい。
【０３４１】
なお、この液体容器９０には、各液体の消費後に液体を再充填して使用してもよい。このためには液体容器９０に液体注入口を設けておくことが望ましい。又、液体吐出ヘッドと液体容器９０とは一体であってもよく、分離可能としてもよい。
【０３４２】
＜液体吐出装置＞
図６０は、前述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している。本実施例では特に吐出液体としてインクを用いたインク吐出プリント装置を用いて説明する液体吐出装置のキャリッジＨＣは、リードスクリュー８５に沿って往復移動可能であって、前述の液体吐出ヘッド５１３と内圧制御手段５００を搭載しており、プリント媒体搬送手段で搬送されるプリント紙等のプリント媒体１５０の幅方向に往復移動する。
【０３４３】
不図示の駆動信号供給手段からキャリッジ上の液体吐出手段に駆動信号が供給されると、この信号に応じて液体吐出ヘッドからプリント媒体に対してプリント液体が吐出される。図６０において符号８６は液体吐出ヘッドの前面をキャップするキャップ部材であり、８７はこのキャップ内を吸引する吸引手段である。液体吐出ヘッドは、これら手段により吸引回復処理を受けることで、目詰まり等の防止がなされる。
【０３４４】
また、本実施例の液体吐出装置においては、プリント媒体搬送手段とキャリッジを駆動するための駆動源としてのモータ１１１、駆動源からの動力をキャリッジに伝えるためのギア１１２、１１３、キャリッジ軸１１５等を有している。このプリント装置及びこのプリント装置で行う液体吐出方法によって、各種のプリント媒体に対して液体を吐出することで良好な画像のプリント物を得ることができた。
【０３４５】
図６１は、本発明の液体吐出方法および液体吐出ヘッドを適用したインク吐出プリントを動作させるための装置全体のブロック図である。
【０３４６】
プリント装置は、ホストコンピュータ３００より印字情報を制御信号として受ける。印字情報は印字装置内部の入力インタフェイス３０１に一時保存されると同時に、プリント装置内で処理可能なデータに変換され、ヘッド駆動信号供給手段を兼ねるＣＰＵ３０２に入力される。ＣＰＵ３０２はＲＯＭ３０３に保存されている制御プログラムに基づき、前記ＣＰＵ３０２に入力されたデータをＲＡＭ３０４等の周辺ユニットを用いて処理し、印字するデータ（画像データ）に変換する。
【０３４７】
またＣＰＵ３０２は前記画像データをプリント用紙上の適当な位置にプリントするために、画像データに同期してプリント用紙およびプリントヘッドを移動する駆動用モータを駆動するための駆動データを作る。画像データおよびモータ駆動データは、各々ヘッドドライバ３０７と、モータドライバ３０５を介し、ヘッド３０８および駆動モータ３０６に伝達され、それぞれ制御されたタイミングで駆動され画像を形成する。
【０３４８】
また、温度センサー３０９は、前述の第１の液流路１４内の液体と、第２の液流路１６内の液体の温度を測定するためのもので、この温度センサー３０９は、各液体の温度を検出し、前述の図１５または図２３に示すようなシーケンスに従い、ＣＰＵ３０２と信号の授受を行い、各液体、すなわち、吐出液と発泡液の温度を、良好な吐出特性が維持できるように、調整する。
【０３４９】
上述のようなプリント装置に適用でき、インク等の液体の付与が行われるプリント媒体としては、各種の紙やＯＨＰシート、コンパクトディスクや装飾板等に用いられるプラスチック材、布帛、アルミニ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。
【０３５０】
また上述のプリント装置として、各種の紙やＯＨＰシート等に対してプリント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プリントを行うプラスチック用プリント装置、金属板にプリントを行う金属用プリント装置、皮革にプリントを行う皮革用プリント装置、木材にプリントを行う木材用プリント装置、セラミックス材にプリントを行うセラミックス用プリント装置、スポンジ等の三次元網状構造体に対してプリントを行うプリント装置、又布帛にプリントを行う捺染装置等をも含むものである。
【０３５１】
またこれらの液体吐出装置に用いる吐出液としては、夫々のプリント媒体やプリント条件に合わせた液体を用いればよい。
【０３５２】
＜プリントシステム＞
次に、本発明の液体吐出ヘッドをプリントヘッドとして用いプリント媒体に対してプリントを行う、インクジェットプリントシステムの一例を説明する。
【０３５３】
図６２は、前述した本発明の液体吐出ヘッド２０１を用いたインクジェットプリントシステムの構成を説明するための模式図である。本実施例における液体吐出ヘッドは、プリント媒体１５０のプリント可能幅に対応した長さに３６０ｄｐｉの間隔で吐出口を複数配したフルライン型のヘッドであり、イエロー（Ｙ）, マゼンタ（Ｍ）, シアン（Ｃ）, ブラック（Ｂｋ）の４色に対応した４つのヘッドをホルダ２０２によりＸ方向に所定の間隔を持って互いに平行に固定支持されている。
【０３５４】
これらのヘッドに対してそれぞれ駆動信号供給手段を構成するヘッドドライバ３０７から信号が供給され、この信号に基づいて各ヘッドの駆動が成される。
【０３５５】
各ヘッドには、吐出液としてＹ, Ｍ, Ｃ, Ｂｋの４色のインクがそれぞれ２０４ａ〜２０４ｄのインク容器から供給されている。なお、符号２０４ｅは発泡液が蓄えられた発泡液容器であり、この容器から各ヘッドに発泡液が供給される構成になっている。
【０３５６】
また、各ヘッドの下方には、内部にスポンジ等のインク吸収部材が配されたヘッドキャップ２０３ａ〜２０３ｄが設けられており、非プリント時に各ヘッドの吐出口を覆うことでヘッドの保守を成すことができる。
【０３５７】
符号２０６は、先の各実施例で説明したような各種、非プリント媒体を搬送するための搬送手段を構成する搬送ベルトである。搬送ベルト２０６は、各種ローラにより所定の経路に引き回されており、モータドライバ３０５に接続された駆動用ローラにより駆動される。
【０３５８】
本実施例のインクジェットプリントシステムにおいては、プリントを行う前後にプリント媒体に対して各種の処理を行う前処理装置２５１および後処理装置２５２をそれぞれプリント媒体搬送経路の上流と下流に設けている。
【０３５９】
前処理と後処理は、プリントを行うプリント媒体の種類やインクの種類に応じて、その処理内容が異なるが、例えば、金属、プラスチック、セラミックス等のプリント媒体に対しては、前処理として、紫外線とオゾンの照射を行い、その表面を活性化することでインクの付着性の向上を図ることができる。また、プラスチック等の静電気を生じやすいプリント媒体においては、静電気によってその表面にゴミが付着しやすく、このゴミによって良好なプリントが妨げられる場合がある。このため、前処理としてイオナイザ装置を用いプリント媒体の静電気を除去することで、プリント媒体からごみの除去を行うとよい。また、プリント媒体として布帛を用いる場合には、滲み防止、先着率の向上等の観点から布帛にアルカリ性物質、水溶性物質、合成高分子、水溶性金属塩、尿素およびチオ尿素から選択される物質を付与する処理を前処理として行えばよい。前処理としては、これらに限らず、プリント媒体の温度をプリントに適切な温度にする処理等であってもよい。
【０３６０】
一方、後処理は、インクが付与されたプリント媒体に対して熱処理、紫外線照射等によるインクの定着を促進する定着処理や、前処理で付与し未反応で残った処理剤を洗浄する処理等を行うものである。
【０３６１】
なお、本実施例では、ヘッドとしてフルラインヘッドを用いて説明したが、これに限らず、前述したような小型のヘッドをプリント媒体の幅方向に搬送してプリントを行う形態のものであってもよい。
【０３６２】
＜ヘッドキット＞
以下に、本発明の対象となる液体吐出ヘッドを有するヘッドキットについて説明する。図６３は、このようなヘッドキット５００を示した模式図であり、このヘッドキット５００は、インクを吐出するインク吐出部５１１を有する本発明の対象となるヘッド５１０と、このヘッド５１０と不可分もしくは分離可能な液体容器であるインク容器５２０と、このインク容器５２０にインクを充填するためのインクを保持したインク充填手段とを、キット容器５０１内に納めたものである。
【０３６３】
インクを消費し終わった場合には、インク容器５２０の大気連通口５２１やヘッド５１０との接続部や、もしくはインク容器５２０の壁に開けた穴などに、インク充填手段の挿入部（注射針など）５３１の一部を挿入し、この挿入部を介してインク充填手段内のインクをインク容器５２０内に充填すればよい。
【０３６４】
このように、本発明に用いられる液体吐出ヘッド５１０と、インク容器５２０やインク充填手段などを一つのキット容器内に納めてキットにすることで、インクが消費されてしまっても前述のようにすぐに、また容易にインクをインク容器５２０内に充填することができ、プリントの開始を迅速に行うことができる。
【０３６５】
なお、上述のヘッドキット５００では、インク充填手段が含まれるもので説明を行ったが、ヘッドキットとしては、インク充填手段を持たず、インクが充填された分離可能タイプのインク容器５２０とヘッド５１０とがキット容器５０１内に納められている形態のものであってもよい。
【０３６６】
また、この図６３では、インク容器５２０に対してインクを充填するインク充填手段のみを示しているが、インク容器５２０の他に発泡液を発泡液容器に充填するための発泡液充填手段をキット容器５２０内に納めた形態のものであってもよい。
【０３６７】
【発明の効果】
可動部材を用いる新規な吐出原理に基づく本発明によると、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よく吐出できるため、従来のバブルジェット方式の吐出方法、液体吐出ヘッドなどに比べて吐出効率を向上できる。
【０３６８】
また、この発明の特徴的な構成、すなわち、可動部材により互いに隔てられた第１の液流路内の液体の温度調整と第２の液流路内の液体の温度調整とを同時または独立に行う構成によれば、各液流路の液体の機能に合わせて、温度変化によって粘度を変化させたり、耐熱性・耐冷性に合わせた温度に保ったりすることができる。直接に吐出液の温度も制御することで吐出液の粘度も制御できるようになり、温度の制御精度や応答速度が向上し、吐出量が安定するだけでなく、能動的に変化させることができる。複数の吐出量を１つのノズルで実現できる可能性がある。各液流路の温度を変化させることで、吐出周波数に合わせた最適な粘度に各液流路の液体を制御することができる。
【０３６９】
また、発泡周波数やパルス幅による温度変化とは独立に近い形で各液流路の温度を変化させることができる。
【０３７０】
また、２液流路の液体を同時に加熱するため単純な構造で、しかも直接加熱するため時間的・精度的な応答もよく温度調整ができる。
【０３７１】
また、吐出液を発泡液と独立に温度調整できるため、発泡による温度変化とは独立して吐出液の温度調整ができ、発泡液と吐出液の粘度をそれぞれ独立に最適化したり、能動的に粘度を変化させることで、複数の安定した吐出量を１つのノズルで実現できる可能性がある。
【０３７２】
また、吐出液を発泡液と独立に温度調整できるため、発泡による温度変化とは独立して吐出液の温度調整ができ、発泡液と吐出液の粘度をそれぞれ独立に最適化したり、能動的に粘度を変化させることで、複数の安定した吐出量を１つのノズルで実現できる可能性がある。電気熱変換体の分割・制御次第ではノズル単位で吐出量を調整できる。
【０３７３】
さらに、本発明によると、低温や低湿で長期放置を行った場合であっても不吐出になることを防止でき、仮に不吐出になっても予備吐出や吸引回復といった回復処理をわずかに行うだけで正常状態に即座に復帰できる利点もある。これに伴い、回復時間の短縮や回復による液体の損失を低減でき、ランニングコストも大幅に下げることが可能である。
【０３７４】
また、特に本発明のリフィル特性を向上した構成によると、連続吐出時の応答性、気泡の安定成長、液滴の安定化を達成して、高速液体吐出による高速プリントまた高画質プリントを可能にすることができた。
【０３７５】
また、２流路構成のヘッドにおいて発泡液として、発泡しやすい液体や、発熱体上への堆積物（こげ等）が生じにくい液体を用いることで、吐出液の選択の自由度が高くなり、発泡が生じにくい高粘性液体、発熱体上に体積物を生じやすい液体など、従来のバブルジェット吐出方法で吐出することが困難であった液体についても良好に吐出することができた。
【０３７６】
さらに熱に弱い液体なども、この液体に熱による悪影響を与えず吐出することができた。
【０３７７】
また、本発明の液体吐出ヘッドをプリント用の液体吐出プリントヘッドとして用いることで、さらに高画質なプリントを達成することができた。
【０３７８】
一方、可動部材に発熱体を設けたことにより、発熱体に吐出エネルギーを与えたときに発生する気泡による可動部材が確実に変位し、吐出量および吐出速度の向上を確実にはかることができる。
【０３７９】
また、吐出口より吐出される液体に発泡液が混入することが少ない。また、非吐出時においても吐出液と発泡液との間に設けられた可動部材によりこれらの各液体が混ざることが防がれるため、発泡液と吐出液の分離状態を良好に保つことができる。
【０３８０】
また、可動部材および素子基板のそれぞれに発熱体を設けたことにより、以下のような効果を奏する。
【０３８１】
各発熱体に吐出エネルギーを与えることにより吐出量および吐出速度の向上をさらに図ることができる。
【０３８２】
また、各発熱体のいずれかを単独で用いて吐出させる場合と同時に用いて吐出を行わせる場合とで吐出量および吐出速度を異なるものとすることができ、階調の高い記録を行うことができる。
【０３８３】
また、吐出量および吐出速度を向上にも関わらずノズルわ従来レベルとすることができ、高密度化および長さを短くすることができるため、高速なリフィルが可能となり、高速な印字を行うことができる。
【０３８４】
吐出速度、吐出量およびリフィル周波数等に代表される液体吐出特性を決定する大きな要素である、平面として見たときの各発熱体の重心を一致させることができることから最適な設計を容易に行うことができる。
【０３８５】
また、各発熱体の大きさおよび重心位置を従来品と同じとすることができることから、従来品と形状および使用部品の共通化を図ることができ、製造コストの上昇を低く抑えたうえで性能向上を図ることができる。
【０３８６】
また、発泡領域内に残留する液体が多いので、リフィルをより一層速めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の参考例としての液体吐出ヘッドの一例を示す模式断面図である。
【図２】本発明の参考例としての液体吐出ヘッドの部分破断斜視図である。
【図３】本発明の参考例としてのヘッドにおける動作を示す模式断面図である。
【図４】本発明の参考例としてのヘッドにおける動作を示す模式断面図である。
【図５】本発明の参考例としてのヘッドにおける動作を示す模式断面図である。
【図６】本発明の参考例としてのヘッドにおける動作を示す模式断面図である。
【図７】従来のヘッドにおける気泡からの圧力伝搬を示す模式図である。
【図８】本発明の参考例としてのヘッドにおける気泡からの圧力伝搬を示す模式図である。
【図９】気泡発生によって液体を吐出する２液流路式の液体吐出ヘッドの流路方向の断面図である。
【図１０】吐出液体温度−吐出量特性を示すグラフである。
【図１１】吐出液体温度−吐出液体粘度特性を示すグラフである。
【図１２】分離壁で吐出液と発泡液を温度調整する、気泡発生によって液体を吐出する２液流路式の液体吐出ヘッドの流路方向の断面図であり、（ａ）は分離壁および／または可動部材に発熱体を組み込んだ構成、（ｂ）は分離壁および／または可動部材の第２の液流路側に断熱層を設けた構成である。
【図１３】吐出液体温度−温度調整用発熱体加熱出力の関係を示すグラフである。
【図１４】時分割による加熱出力デューティの説明図である。
【図１５】第１の液流路の液体の温度調整と、第２の液流路の液体の温度調整を共に行う場合の温度調整過程の流れ図である。
【図１６】温度差−加熱出力デューティ値のテーブルを示す図である。
【図１７】分離壁全面を電気熱変換体とした分離壁を天板方向から見た概略図である。
【図１８】分離壁に抵抗線を貼り付けて電気熱変換体とした分離壁を天板方向から見た概略図である。
【図１９】可動部材に電気熱変換体を設けた構成とした分離壁部分を天板方向から見た概略図である。
【図２０】分離壁および可動部材にに抵抗線を貼り付けて電気熱変換体とした分離壁を天板方向から見た概略図である。
【図２１】天板で吐出液を温度調整する、気泡発生によって液体を吐出する２液流路式の液体吐出ヘッドの流路方向の断面図である。
【図２２】吐出口間の仕切りで吐出液を温度調整する、気泡発生によって液体を吐出する２液流路式の液体吐出ヘッドの吐出方向からの模式図である。
【図２３】第１の液流路の液体の温度調整と、第２の液流路の液体の温度調整を別々に行う場合の温度調整過程の流れ図である。
【図２４】照射エネルギーを流路内の液体で直接吸収して流路内の液体を温度調整する、気泡発生によって液体を吐出する２液流路式の液体吐出ヘッドの流路方向の断面図である。
【図２５】流量の多い吐出液を液室で加熱温度調整する、気泡発生によって液体を吐出する２液流路式の液体吐出ヘッドの流路方向の断面図である。
【図２６】本発明の第８実施例の液体吐出ヘッドを液流路方向で切断した断面模式図である。
【図２７】図２６に示した液体吐出ヘッドの部分破断斜視図である。
【図２８】本発明の吐出原理を説明するための図である。
【図２９】本発明の液体の流れを説明するための模式図である。
【図３０】本発明の第９の実施例の液体吐出ヘッドを液流路方向で切断した断面模式図である。
【図３１】（ａ），（ｂ）は第９の実施例の液体吐出ヘッドの吐出動作を示す断面図である。
【図３２】本発明の液体吐出ヘッドの第１０の実施例を示す模式的部分破断斜視図である。
【図３３】（ａ）〜（ｄ）は、第１０の実施例に係る液体吐出ヘッドの吐出動作を説明するための模式的断面図である。
【図３４】本発明の参考例としての第１１の実施例の概略構成を示す断面図である。
【図３５】（ａ），（ｂ）は本発明の第１２の実施例の概略構成を示す断面図であり、（ａ）は初期状態を示し、（ｂ）は吐出時の状態を示している。
【図３６】本発明の参考例としての液体吐出ヘッドの一実施例の概略構造を表す断面図である。
【図３７】図３６に示した参考例における回復処理のフローチャートである。
【図３８】本発明の参考例としての液体吐出ヘッドの他の実施例の概略構造を表す断面図である。
【図３９】図３８に示した参考例における回復処理のフローチャートである。
【図４０】本発明の参考例としての液体吐出ヘッドの別な実施例の概略構造を表す断面図である。
【図４１】図４０に示した参考例における回復処理のフローチャートである。
【図４２】可動部材と第１の液流路の構造を説明するための図である。
【図４３】可動部材と液流路の構造をを説明するための図である。
【図４４】可動部材の他の形状を説明するための図である。
【図４５】発熱体面積とインク吐出量の関係を示すグラフである。
【図４６】可動部材と発熱体との配置関係を示す図である。
【図４７】発熱体のエッジと支点までの距離と可動部材の変位量の関係を示すグラフである。
【図４８】発熱体と可動部材との配置関係を説明するための図である。
【図４９】本発明の参考例としての液体吐出ヘッドの縦断面図である。
【図５０】駆動パルスの形状を示す模式図である。
【図５１】本発明の液体吐出ヘッドの製造方法を説明するための工程図である。
【図５２】本発明の液体吐出ヘッドの製造方法を説明するための工程図である。
【図５３】本発明の液体吐出ヘッドの製造方法を説明するための工程図である。
【図５４】本発明の参考例としての液体吐出ヘッドの供給路を説明するための断面図である。
【図５５】本発明の参考例としてのヘッドの分解斜視図である。
【図５６】（ａ）は可動部材３１，８３１の発熱体形成部分の構成を示す断面図、（ｂ）は（ａ）中の電極１２０４，１２０５の配置を示す平面図である。
【図５７】本発明の液体吐出ヘッドの供給路を説明するための断面図である。
【図５８】本発明のヘッドの分解斜視図である。
【図５９】液体吐出ヘッドカートリッジの分解斜視図である。
【図６０】液体吐出装置の斜視図である。
【図６１】液体吐出プリント装置のブロック図である。
【図６２】液体吐出プリントシステムを示す図である。
【図６３】ヘッドキットの模式図である。
【図６４】従来の液体吐出ヘッドの液流路構造を説明するための図である。
【符号の説明】
１  素子基板
２  発熱体
３  面積中心
１０  液流路
１１  気泡発生領域
１２  共通液室
１４  第１液流路
１５  第１共通液室
１６  第２液流路
１６ａ  側壁
１７  第２共通液室
１８  吐出口
１９  狭窄部
２０  第１供給路
２１  第２供給路
２２  第１液流路壁
２３  第２液流路壁
２４  凸部
３０  分離壁
３０ａ、３１ａ  断熱層
３１  可動部材
３２  自由端
３３  支点
３４  支持部材
３５  スリット
６０  吐出液滴
６１、６６  電気熱変換体
６２  電気配線
６３  温度調整用発熱体
６４  天板
６５、６９  吐出液温度調整用発熱体
６７  エネルギー照射（赤外線）
６８  赤外線透過体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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【図５７】
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【図５８】
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【図５９】
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【図６０】
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【図６１】
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【図６２】
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【図６３】
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【図６４】
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