(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の液体を吐出するための気泡を第２の液体に発生させるための熱を発生する発熱体と、該発熱体に対応して設けられた吐出口と、該吐出口に連通した第１の液流路と、前記発熱体に対応して設けられた第２の液流路と、前記第１および第２の液流路を分離する分離壁と、を有するヘッドであって、前記分離壁は、前記吐出口側に自由端を有し、前記発熱体の面積中心を通り前記第２の液流路における液流方向に直交する線より前記液流方向に関して上流側の前記発熱体を少なくともすべて覆うように配された可動部材を有する当該ヘッドを使用し、前記発熱体にて発生した気泡により生じる圧力に基づいて前記自由端を前記第１の液流路側へ変位させて前記圧力を吐出口側へ導き、前記第１の液体を前記吐出口から吐出する液体吐出方法であって、
前記第１の液流路への前記第１の液体の供給を前記分離壁に関して前記第１の液流路の側から、前記第２の液流路への前記第２の液体の供給を前記分離壁に関して前記第２の液流路の側から、互いに異なる経路を介してそれぞれ行うことを特徴とする液体吐出方法。
【請求項２】
前記発熱体が配された基板に貫通穴を設け、前記第２の液流路への液供給を、前記基板を固定する支持体の裏面から前記貫通穴を介して行う、請求項１に記載の液体吐出方法。
【請求項３】
請求項１に記載の液体吐出方法において、前記分離壁として側部を折り曲げて折り曲げ部を形成したものを用い、該分離壁を前記折り曲げ部が前記発熱体が配された基板の側部に沿って位置するように固定し、前記第２の液流路への前記第２の液体の供給を、前記基板を固定する支持体の裏面から基板の側部と分離壁の前記折り曲げ部との間に形成された間隙を介し、前記基板上に形成された複数の前記第２の液流路に連通する共通液室を介して行うことを特徴とする液体吐出方法。
【請求項４】
請求項１に記載の液体吐出方法において、前記発熱体が配された複数の基板を、発熱体の間隔が一定となるように支持体上に列状に固定し、前記第２の液流路への前記第２の液体の供給を、前記支持体側から前記基板の側壁間に形成された間隙を介して行うことを特徴とする液体吐出方法。
【請求項５】
請求項４に記載の液体吐出方法において、前記分離壁として側部を折り曲げて折り曲げ部を形成したものを用い、該分離壁を前記折り曲げ部が側端の基板の側部に沿って位置するように固定し、前記第２の液流路への前記第２の液体の供給を、前記支持体側から前記基板の側部と前記分離壁の前記折り曲げ部との間に形成された間隙を介し、前記基板上に形成された複数の前記第２の液流路に連通する共通液室を介してさらに行うことを特徴とする液体吐出方法。
【請求項６】
前記第１の液体と前記第２の液体が同一の液体である請求項１乃至５のいずれか１項に記載の液体吐出方法。
【請求項７】
前記第１の液体と前記第２の液体が異なる液体である請求項１乃至５のいずれか１項に記載の液体吐出方法。
【請求項８】
前記気泡が、前記発熱体の発熱によって前記第２の液体に生じた膜沸騰現象によって発生したものである請求項１乃至７のいずれか１項に記載の液体吐出方法。
【請求項９】
第１の液体を吐出するための気泡を第２の液体に発生させるための熱を発生する発熱体と、該発熱体に対応して設けられた吐出口と、該吐出口に連通した第１の液流路と、前記発熱体に対応して設けられた第２の液流路と、前記第１および第２の液流路を分離する分離壁と、を有し、前記分離壁は、前記吐出口側に自由端を有し、前記発熱体の面積中心を通り前記第２の液流路における液流方向に直交する線より前記液流方向に関して上流側の前記発熱体を少なくともすべて覆うように配された可動部材を有し、前記発熱体にて発生した気泡により生じる圧力に基づいて前記自由端を前記第１の液流路側へ変位させて前記圧力を吐出口側へ導く液体吐出ヘッドであって、
前記第１の液流路に前記第１の液体を供給するための第１の液供給路が前記分離壁に関して前記第１の液流路の側に設けられ、前記第２の液流路に前記第２の液体を供給するための、前記第１の液供給路とは異なる第２の液供給路が前記分離壁に関して前記第２の液流路側に設けられたことを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項１０】
請求項９に記載の液体吐出ヘッドにおいて、前記発熱体が配された基板が支持体上に固定され、前記基板は貫通穴を持ち、前記第２の液供給路が前記支持体側から前記貫通穴を介して前記第２の液流路に連通する経路よりなることを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項１１】
複数の前記第２の液流路を有し、前記貫通穴が前記第２の液流路ごとに設けられている請求項１０に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項１２】
請求項９に記載の液体吐出ヘッドにおいて、前記発熱体が配された基板が支持体上に固定され、前記分離壁は側部を折り曲げて形成した折り曲げ部を有し、該折り曲げ部が前記基板の側部に沿って位置するように固定され、前記第２の液供給路が前記支持体側から前記基板の側部と前記分離壁の前記折り曲げ部との間に形成された間隙を介し、前記基板上に形成された複数の前記第２の液流路に連通する共通液室を介して前記第２の液流路に連通する経路よりなることを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項１３】
請求項９に記載の液体吐出ヘッドにおいて、前記発熱体が配された複数の基板が、前記発熱体の間隔が一定となるように支持体上に列状に固定され、前記第２の液供給路が前記支持体側から前記基板の側壁間に形成された間隙を介して前記第２の液流路に連通する経路よりなることを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項１４】
請求項１３に記載の液体吐出ヘッドにおいて、前記分離壁は側部を折り曲げて形成した折り曲げ部を有し、該折り曲げ部が側端の基板の側部に沿って位置するように固定され、前記第２の液供給路が前記支持体側から前記基板の側部と前記分離壁の前記折り曲げ部との間に形成された間隙を介し、前記基板上に形成された複数の前記第２の液流路に連通する共通液室を介して前記第２の液流路に連通する経路を含むことを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項１５】
請求項９乃至請求項１４のいずれかに記載の液体吐出ヘッドと、該液体吐出ヘッドの第１および第２の液供給路を介して前記第１および第２の液体を供給する第１および第２の液体容器と、を有する液体吐出ヘッドカートリッジ。
【請求項１６】
請求項１５に記載の液体吐出ヘッドカートリッジにおいて、前記液体吐出ヘッドと前記第１および第２の液体容器とは分離可能である液体吐出ヘッドカートリッジ。
【請求項１７】
請求項９乃至１４のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドを、副走査方向に往復移動可能なキャリッジに搭載し、被記録媒体への記録を行う液体吐出装置。
【請求項１８】
請求項９乃至１４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、を有する液体吐出装置。
【請求項１９】
請求項９乃至１４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る被記録媒体を搬送する被記録媒体搬送手段と、を有する液体吐出装置。
【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方法、液体吐出ヘッド、この液体吐出ヘッドを用いた液体吐出ヘッドカートリッジ、及び液体吐出装置に関する。
【０００２】
特に本発明は、気泡の発生を利用して変位する可動部材を有する液体吐出ヘッド、液供給方法、その液体吐出ヘッドを用いたヘッドカートリッジおよび液体吐出装置に関する。
【０００３】
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ー、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。
【０００４】
【従来の技術】
記録信号に応じて熱等のエネルギーをインクに与えることで、インクに急峻な体積変化（気泡の発生）を伴う状態変化を生じさせ、この状態変化に基づく作用力によって吐出口からインクを吐出し、これを被記録媒体上に付着させて画像形成を行なうインクジェット記録方法、いわゆるバブルジェット記録方法が従来より知られている。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号明細書等の公報に開示されているように、インクを吐出するための吐出口と、この吐出口に連通するインク流路と、インク流路内に配されたインクを吐出するためのエネルギー発生手段としての電気熱変換体が、一般的に設けられている。そして、このバブルジェット記録方法では、液体中に膜沸騰を生じさせて気泡を成長させるのが一般的である。
【０００５】
このような記録方法によれば、品位の高い画像を高速、低騒音で記録することができるとともに、この記録方法を行うヘッドではインクを吐出するための吐出口を高密度に配置することができるため、小型の装置で高解像度の記録画像、さらにカラー画像をも容易に得ることができる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したがって、近年、次のような要求がさらに高まってきている。
【０００７】
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、発生した熱のインク等の液体への伝搬効率を向上させる点で効果がある。また、高品質の画像を得るために、インクの吐出スピードが速くかつ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ている。また、高速記録の観点から、吐出後における液体の液流路内への充填（リフィル）速度の大き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。
【０００８】
これら各種提案された流路形状の内、流路構造として図１(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、すなわち、液室１２の方向へ向かう圧力）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。
【０００９】
図１(a),(b)に示す流路形状では、素子基板１上に発熱体（発熱素子）２が設けられるとともに、発熱体２によって形成される気泡の発生領域よりも離れ、かつ、発熱体２に関して吐出口１８とは反対側に位置するに弁９０が設けられている。この弁９０は、板材等を利用する製造方法によって、図１(b)に示すように、液流路１０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液流路１０内へ垂れ下がる。図１(a),(b)に示される発明では、上述したバック波の一部を弁９０によって制御し、上流側へのバック波の進行を抑えることで、エネルギー損失を抑制するとされている。しかしながら、気泡の発生する過程を詳細に検討すると分かるように、吐出すべき液体を保持する流路１０の内部に弁９０を設けて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。すなわち、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１０内に発生した時点では、図１(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１０から液体を吐出可能状態にしている。したがって、バック波、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。
【００１０】
他方、バブルジェット記録方法においては、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。
【００１１】
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、米国特許第４,４８０,２５９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。
【００１２】
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おそれがあった。
【００１３】
ところで、電気熱変換体などによって液体を加熱することによって液体中に気泡を発生させた場合、発生した気泡が収縮し消泡する際のキャビテーションによって、電気熱変換体にダメージが加わるおそれがあり、このため、この種の液体吐出ヘッドでは、電気熱変換体を含む表面にタンタルなどからなる耐キャビテーション層を設けることが行われているが、さらなる信頼性の向上のためには、このキャビテーション防止手段も重要である。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、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法では、さらなる吐出特性の向上が望まれている。そこで、本発明者らは、液滴吐出の原理に立ち返り、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、流路中の可動部材の機構の原理を解析すると言った液流路中の可動部材の動作を起点とする第１の技術解析、及び気泡による液滴吐出原理を起点とする第２の技術解析、さらには、気泡形成用の発熱体の気泡形成領域を起点とする第３の技術解析を行った。その結果、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法で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可能にした。
【００１５】
すなわち本発明者らは、上述した各解析によって、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、この新たに得られた技術に基づく発明を特許として出願した。具体的には、気泡自体が吐出量に与えるエネルギーを考慮すると、気泡の下流側の成長成分を考慮することが吐出特性を格段に向上できる要因として最大であること、つまり、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が判明し、このことから、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ことによって、従来の液体吐出方法に比べて極めて高い技術水準の発明を完成させた。この発明では、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、気泡形成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が好ましいことが明らかにされている。また、可動部材の配置と液供給路の構造を考慮することで、リフィル速度が大幅に向上することも示されている。
【００１６】
さらに本発明者らは、前述した技術に加えて、液流路の構造や発熱体形状を考慮することで、吐出力を一層向上させつつ、バック波や、液体供給方向とは逆の方向への気泡の成長成分をさらに抑止し、吐出される液体の流れを一方向化させる画期的な技術を導き出すに至った。
【００１７】
特に本発明では、上述した吐出原理をより有効に活用することを狙い、可動部材の下に供給される液体の供給系路の構造に着目、改善することによって、極めてシンプルな構成で安定した吐出性能を得るという画期的な技術を導き出すに至った。
【００１８】
すなわち本発明の主たる目的は以下の通りである。
【００１９】
本発明の第１の目的は、上記知見から得られた全く新規な液体吐出技術を用い、よりコンパクトなヘッド構造を実現する液体吐出ヘッド、液供給方法を提供することにある。さらには、その液体吐出ヘッドを用いた液体吐出ヘッドカートリッジ、液体吐出装置を提供することにある。
【００２０】
第２の目的は、発生した気泡を可動部材を有する液流路によって制御し、吐出力の向上を図りつつ、液体供給方向とは逆の方向への気泡の成長成分や圧力波（バック波）を抑制することによって吐出される液体の流れを安定化することができる液体吐出方法及び液体吐出ヘッドを提供することにある。
【００２１】
第３の目的は、発熱体（電気熱変換体など）上に生ずるキャビテーションを防止することができる液体吐出方法及び液体吐出ヘッドを提供することにある。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の液体吐出方法は、第１の液体を吐出するための気泡を第２の液体に発生する発熱体と、発熱体に対応して設けられた吐出口と、吐出口に連通した第１の液流路と、発熱体に対応して設けられた第２の液流路と、第１および第２の液流路を分離する分離壁と、を有するヘッドであって、分離壁は、吐出口側に自由端を有し、発熱体の面積中心を通り第２の液流路における液流方向に直交する線より液流方向に関して上流側の発熱体を少なくともすべて覆うように配された可動部材を有する当該ヘッドを使用し、発熱体にて発生した気泡により生じる圧力に基づいて自由端を第１の液流路側へ変位させて圧力を吐出口側へ導き、第１の液体を吐出口から吐出する液体吐出方法であって、第１の液流路への第１の液体の供給を分離壁に関して第１の液流路の側から、第２の液流路への第２の液体の供給を分離壁に関して第２の液流路の側から、互いに異なる経路を介してそれぞれ行う。
【００２５】
本発明の液体吐出方法によれば、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によって、吐出口近傍の液体を効率よく吐出することができるようになって、従来の液体吐出ヘッドに比べ、吐出効率が向上する。また、第２の液流路への液供給と第１の液流路への液供給とをそれぞれが異なる側から行うことにより、装置の小型化を図ることが可能になる。
【００２７】
この液体吐出方法の場合、発熱体が配された基板に貫通穴を設け、第２の液流路への液供給を、基板を固定する支持体の裏面から貫通穴を介して行うようにしてもよい。さらに、分離壁として形状が略コの字状のもの用い、分離壁を発熱体が配された基板を覆うように固定し、第２の液流路への液供給を、基板を固定する支持体の裏面から基板の側部と分離壁の側壁との間に形成された間隙を介して行うようにしてもよい。さらに、発熱体が配された複数の基板を、発熱体の間隔が一定となるように支持体上に列状に固定し、第２の液流路への液供給を、支持体側から基板の側壁間に形成された間隙を介して行うようにしてもよい。この場合、分離壁として形状が略コの字状のもの用い、分離壁を各基板を覆うように固定し、第２の液流路への液供給を、支持体側から基板の側部と分離壁の側壁との間に形成された間隙を介してさらに行うようにしてもよい。
【００２８】
本発明の液体吐出ヘッドは、第１の液体を吐出するための気泡を第２の液体に発生する発熱体と、発熱体に対応して設けられた吐出口と、吐出口に連通した第１の液流路と、発熱体に対応して設けられた第２の液流路と、第１および第２の液流路を分離する分離壁と、を有し、分離壁は、吐出口側に自由端を有し、発熱体の面積中心を通り第２の液流路における液流方向に直交する線より液流方向に関して上流側の発熱体を少なくともすべて覆うように配された可動部材を有し、発熱体にて発生した気泡により生じる圧力に基づいて自由端を第１の液流路側へ変位させて圧力を吐出口側へ導く液体吐出ヘッドであって、第１の液流路に第１の液体を供給するための第１の液供給路が分離壁に関して第１の液流路の側に設けられ、第２の液流路に第２の液体を供給するための、第１の液供給路とは異なる第２の液供給路が分離壁に関して第２の液流路側に設けられている。
【００２９】
この液体吐出ヘッドは、発熱体が配された基板が支持体上に固定され、基板は貫通穴を持ち、第２の液供給路が支持体側から貫通穴を介して第２の液流路に連通する経路よりなるように構成してもよい。また、発熱体が配された基板が支持体上に固定され、分離壁は形状が略コの字状で、基板を覆うように固定され、第２の液供給路が支持体側から基板の側部と分離壁の側壁との間に形成された間隙を介して第２の液流路に連通する経路よりなるように構成してもよい。さらに、発熱体が配された複数の基板が、発熱体の間隔が一定となるように支持体上に列状に固定され、第２の液供給路が支持体側から基板の側壁間に形成された間隙を介して第２の液流路に連通する経路よりなるように構成してもよい。この場合、分離壁は形状が略コの字状で各基板を覆うように固定され、第２の液供給路が支持体側から基板の側部と分離壁の側壁との間に形成された間隙を介して第２の液流路に連通する経路を含むように構成してもよい。
【００３０】
上述のように吐出口側に自由端を有し、発熱体にて発生した気泡により生じる圧力に基づいて自由端を第１の液流路側へ変位させて圧力を吐出口側へ導くよう構成された液体吐出ヘッドでは、第１および第２の液流路への液供給はそれぞれ異なる経路で行われる。この場合、第２の液の供給系を第１の液の供給系の後方に配設し、共にヘッドの上方から供給すると、ヘッドが大きくなり、さらには天板や分離壁に貫通穴を設けるといったことが必要になることから、ヘッド構造が複雑になってしまう。本発明によれば、第１および第２の液流路への各液供給路は、それぞれ異なる側に設けられるので、装置の小型化を図れる。さらに、支持体側から第２の液流路への液供給を行う構成では、天板や分離壁に第２の液流路への液供給を行うための貫通穴を設ける必要がないので、ヘッド構造の簡素化を図れる。特に、基板を複数配列し、基板間に形成された隙間を利用して第２の液流路への液供給を行う構成においては、基板に貫通穴を設ける必要がないので、ヘッド構造のさらなる簡素化を図れる。加えて、各基板上に構成された各第２の液流路への液供給は基板の両側から液供給がなされるので、効率的、かつ、安定な液供給が得られる。
【００３３】
上述した各液体吐出ヘッドでは、発熱体の発熱によって液体に生じた膜沸騰現象によって気泡が発生するようにすることが好ましい。
【００３４】
本発明の液体吐出ヘッドカートリッジは、上述のいずれかの液体吐出ヘッドと、液体吐出ヘッドの第１および第２の液供給路を介して第１および第２の液体を供給する第１および第２の液体容器と、を有する。この場合、液体吐出ヘッドと第１および第２の液体容器とは分離可能に構成されていてもよい。
【００３５】
本発明の液体吐出装置は、上述のいずれかの液体吐出ヘッドを、副走査方向に往復移動可能なキャリッジに搭載し、被記録媒体への記録を行うことを特徴とする。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００４０】
《本発明が前提とする液体吐出原理》
まず、本発明の実施の形態を説明するのに先立って、本発明が前提とするところの液体吐出原理について説明する。本発明が前提とする液体吐出原理では、液路内に可動部材を配し、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向をこの可動部材によって制御し、これによって吐出力や吐出効率の向上を図っている。
【００４１】
図２(a)〜(d)は、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って、この吐出原理による液滴の吐出過程を順を追って示している。また、図３はこの液体吐出ヘッドの部分破断斜視図を示している。
【００４２】
この液体吐出ヘッドは、液体を吐出するための吐出エネルギー発生素子として、液体に熱エネルギーを作用させる発熱体２（ここでは、例えば、４０μｍ×１０５μｍの形状の発熱抵抗体）が素子基板１に設けられており、この素子基板１上に、発熱体２に対応して液流路１０が配されている。液流路１０は、吐出口１８に連通するととともに、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１８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から受け取るようになっている。
【００４３】
この液流路１０に対応する位置の素子基板１上には、前述の発熱体２に対向するように面して、金属等の弾性を有する材料で構成され、平面部を有する板状の可動部材３１が片持梁状に設けられている。この可動部材３１の一端は、液流路１０の壁や素子基板１上に感光性樹脂などをパターニングして形成した土台（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、保持されるとともに支点（支点部分）３３を構成している。
【００４４】
この可動部材３１は、液体の吐出動作によって共通液室１３から可動部材３１を経て吐出口１８側へ流れる大きな流れの上流側に支点（支点部分；固定端）３３を持ち、この支点３３に対して下流側に自由端（自由端部分）３２を持つように、発熱体２に面した位置に発熱体２を覆うような状態で、例えば発熱体２から１５μｍ程度の距離を隔てて配されている。この発熱体２と可動部材３１との間が気泡発生領域となる。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を境にして吐出口１８に直接連通している部分を第１の液流路１４とし、これに対して気泡発生領域１１や液体供給路１２を有する部分を第２の液流路１６として、これら２つの領域（第１の液流路１４及び第２の液流路１６）に分けて説明する。
【００４５】
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３１に優先的に作用し、可動部材３１は図２(b),(c)もしくは図３で示されるように、支点３３を中心に吐出口側に大きく開くように変位する。可動部材３１の変位もしくは変位した状態によって、気泡の発生に基づく圧力の伝搬や気泡自身の成長が、吐出口１８側に導かれる。
【００４６】
ここで、本発明に適用される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、気泡発生領域１１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が、吐出口１８が配された下流側へ導かれることである。
【００４７】
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４と、上述したような可動部材を用いた液流路構造を模式的に示した図５とを比較して、この吐出原理をさらに詳しく説明する。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。
【００４８】
図４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の形成による圧力伝搬方向は、Ｖ1〜Ｖ8に示すように、それぞれ気泡４０の表面の法線方向となり、さまざまな方向を向いている。このうち、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、これらは、吐出効率、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。
【００４９】
これに対して、図５で示されるように上述の原理に基づいて可動部材を設けた場合には、図４に示す従来の場合ではさまざまな方向を向いていた気泡の圧力伝搬方向Ｖ1〜Ｖ4が、可動部材３１によって下流側（吐出口側）へ導かれ、ＶAの圧力伝搬方向に変換され、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３１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。
【００５０】
図２に戻って、この液体吐出ヘッドの吐出動作について詳しく説明する。
【００５１】
図２(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４０の下流側が可動部材に作用するように、液流路構造上では少なくとも発熱体の面積中心３より下流（発熱体２の面積中心３を通って流路の長さ方向に直交する線より下流）の位置まで可動部材３１が配されている。
【００５２】
図２(b)は、発熱体２に電気エネルギーなど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が加熱され、膜沸騰に伴う気泡が発生した状態を示している。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の位置から第２の位置へ変位する。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４０の下流部分に対面させることである。
【００５３】
図２(c)は、気泡４０がさらに成長した状態を示しているが、ここでは、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ともに、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の圧力伝搬方向や体積移動のしやすい方向、すなわち自由端側への気泡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、吐出効率を高めていると考えられる。可動部材３１は、気泡や気泡形成に伴う圧力波を吐出口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、圧力の伝搬方向や気泡の成長方向を効率よく制御することができる。
【００５４】
図２(d)は、吐出された液滴４５が飛翔しているとともに、気泡４０が、前述した膜沸騰の後、気泡内部の圧力の減少によって収縮し、消滅する状態を示している。この状態では、もはや、発熱体２には電気エネルギーは印加されていない（少なくとも、気泡を維持するのに必要な程度以上のエネルギーは供給されていない）。第２の位置まで変位していた可動部材３１は、気泡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２(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（図示Ｂ側）、すなわち共通液室側から、流れ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。
【００５５】
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、こ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。図２(c)の状態の後、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の液流路１４の吐出口１８側と第２の液流路１６の共通液室側１３から流れ込む。
【００５６】
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。
【００５７】
これに対して、上述した吐出原理を用いたこの液体吐出ヘッドでは、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の位置を境に上側を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メニスカスＭ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の液流路１６の流れＶD2からの液供給によってなされる。これにより、従来は気泡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、ここでは、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る。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の液流路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。
【００５８】
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のに対し、ここで述べる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の液流路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。
【００５９】
このように、本発明が用いる吐出原理によれば、第２の液流路１６の液供給路１２を介しての気泡発生領域１１への強制的なリフィルと、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。
【００６０】
上述した液体吐出原理は、さらに次のような有効な機能を兼ね備えている。すなわち、気泡の発生による圧力の上流側への伝搬（バック波）が抑制されることである。従来、発熱体上で発生した気泡の内、共通液室側（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。上述した液体吐出原理によれば、まず可動部材３１によって上流側へのこれらの作用を抑えられ、リフィル供給性の向上がさらに図られている。
【００６１】
次に、上述した吐出原理におけるさらなる特徴的な構造と効果について、以下に説明する。
【００６２】
第２の液流路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、ここ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。
【００６３】
また、気泡発生領域への液体の供給は、可動部材の側部（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に導くために図２で示すように気泡発生領域の全体を覆う（発熱体面を覆う）ように大きな可動部材を用い、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の液流路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。ここで述べるヘッド構造においては、気泡発生領域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。
【００６４】
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６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１０（第１の液流路１４、第２の液流路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。
【００６５】
補足すれば、上述の図２においては、前述のように可動部材３１の自由端３２が、発熱体２を上流側領域と下流側領域とに２分する面積中心３（発熱体の面積中心（中央）を通り液流路の長さ方向に直交する線）より下流側の位置に対向するように発熱体２に対して延在している。これによって発熱体の面積中心位置３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、この圧力及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。
【００６６】
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。
【００６７】
また、以上説明した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考えられる。
【００６８】
上述のような液体吐出原理を踏まえ、以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。まず、上述の液体吐出原理においてさらにリフィル特性及び吐出効率を向上させるための方策と、発熱体２に対するキャビテーションの影響について考察する。
【００６９】
図２や図３に示された液体吐出ヘッドは、少なくとも可動部材３１の近傍では、液流路が、可動部材３１をはさんで第１の液流路１４と第２の液流路１６とに分かれている。ここで、バック波ないし上流側に成長する気泡部分に着目すると、上述したような可動部材３１の変位によって、第１の液流路１４では、このようなバック波ないし上流側への気泡部分は微小なものである、しかしながら、第２の液流路１６では、図２や図５でのＶ8で示されるように、上流側へのバック波ないし気泡部分は完全には抑止されない。この対策として、気泡形成領域１１につながる第２の液流路１６では、気泡形成領域１１より上流側に狭窄部などを設けて、バック波などがより上流側の液室部分などに容易には伝わらないようにすることが考えられる。しかしながら、狭窄部を設ければ、リフィルがその分阻害されることになる。そこで、液体のリフィルを阻害することなく、さらに向上させ、かつ、より吐出効率を向上させることが重要となる。
【００７０】
発熱体２に対するキャビテーションの影響を低減するためには、消泡時の気泡の中心が、発熱体２上には位置しないようにすることが有効である。
【００７１】
《第１の実施の形態》
次に、本発明の第１の実施の形態の液体吐出ヘッドについて説明する。この液体吐出ヘッドは、前述した液体吐出原理に基づき、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発泡液（第１の液体）と、主として吐出される吐出液（第２の液体）とを分けた構成である。ただし、第１および第２の液体は同じものであってもよい。図７は、第１の実施の形態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８はこの液体吐出ヘッドの部分破断斜視図を示している。
【００７２】
こ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。第１の液流路１４の上流側は、複数の第１の液流路１４に吐出液を供給するための第１の共通液室１５に連通しており、第２の液流路１６の上流側は、複数の第２の液流路１６に発泡液を供給するための第２の共通液室１７に連通している。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。
【００７３】
第１の液流路１４と第２の液流路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の液流路と第２の液流路とを区分している。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、この分離壁によってできる限り完全に第１の液流路１４と第２の液流路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。
【００７４】
発熱体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７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の液流路側の吐出口側に向けて開口するように動作する（図中矢印方向）。図８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１６を構成する空間を介して分離壁３０が配置されている。可動部材３１の支点３３及び自由端３２の配置と発熱体２との配置の関係については、前述の原理説明の場合と同様にしている。また、前述の原理説明では液供給路１２と発熱体２との構造の関係について説明したが、この液体吐出ヘッドにおいても第２の液流路１６と発熱体２との構造の関係を同じくしている。
【００７５】
次に、図９を用いてこの液体吐出ヘッドの動作を説明する。
【００７６】
ヘッドを駆動させるにあたっては、第１の液流路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。発熱体２が発生した熱が、第２の液流路１６の気泡発生領域内の発泡液に作用することで、前述の原理説明で説明したのと同様に発泡液に米国特許第４,７２３,１２９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。
【００７７】
この液体吐出ヘッドにおいては、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６側に集中して伝搬し、気泡の成長をともなって可動部材６が図９(a)の状態から図９(b)のように第１の液流路側に変位する。この可動部材の動作によって第１の液流路１４と第２の液流路１６とが大きく連通し、気泡の発生に基づく圧力が第１の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の機械的変位によって液体が吐出口から吐出される。
【００７８】
次に、気泡が収縮するに伴って可動部材３１が図９(a)の位置まで戻ると共に、第１の液流路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。この吐出液体の供給は前述の各形態と同様に可動部材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で妨げることがない。
【００７９】
この液体吐出ヘッドは、可動部材の変位に伴う発泡圧力の伝搬、気泡の成長方向、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、吐出原理を説明した際のヘッド等と同じであるが、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。
【００８０】
すなわち、本実施の形態の構成によると、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。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。さらに、本実施の形態のヘッドの構造においては先の吐出原理説明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。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。
【００８１】
次に、この液体吐出ヘッドの液流路の天井形状について説明する。図１０はこ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。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３１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２１の動作範囲は、液流路の構造、可動部材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。
【００８２】
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なされる。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の変位に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。
【００８３】
次に、第２の液流路１６と可動部材３１との配置関係について説明する。図１１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、図１１(a)は分離壁３０、可動部材３１近傍を上方から見た図であり、図１１(b)は、分離壁３０を外した第２の液流路１６を上方から見た図である。そして、図１１(c)は、可動部材３１と第２の液流路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１８が配されている前面側である。
【００８４】
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の共通液室側から発熱体位置、可動部材３１、第１の液流路を経て吐出口１８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の液流路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。
【００８５】
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。しかし、この液体吐出ヘッドの場合、吐出される液体の多くを第１の液流路１４内の吐出液とすることができ、発熱体が設けられた第２の液流路１６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の液流路１６の気泡発生領域１１への発泡液の充填量は少なくて良い。したがって、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の液流路１６で発生した発泡時の圧力をあまり周囲に逃がすことをさらに抑制でき、集中して可動部材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。ただし、第２の液流路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。
【００８６】
なお、図１１(c)で示されるように、可動部材３１の側方は、第２の液流路１６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の液流路１６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、さらに吐出力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。
【００８７】
なお、図９(b)や図１０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の液流路の高さにすることで、気泡が延在しない場合に比べさら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、ここではこの高さを１５μｍとした。
【００８８】
以上説明したこの第１の実施の形態の液体吐出ヘッド構造では、第１の液流路１４および第２の液流路１６（あるいは共通液室１５,１７）への液供給はそれぞれ異なる経路で行われる。この場合、第２の液の供給系を第１の液の供給系の後方に配設し、共にヘッドの上方から供給する構成とすることが考えられるが、よりコンパクトなヘッドを実現するには第２の液の供給系と第１の液の供給系とを異なる方向に配設することが望ましい。以下、第２の液の供給系と第１の液の供給系とを異なる方向に配設し、よりコンパクトなヘッド構造を実現した例を具体的に説明する。
【００８９】
（構成例１）
図１２は、第１の実施の形態の液体吐出ヘッドの構成例１を説明する分解斜視図である。
【００９０】
図１２において、発熱体２が配された基板１には第２の液供給用の貫通穴２０が穿孔している、支持体２１は基板１を接合するためのものである。支持体２１にも、基板１の貫通穴２０と相対した位置に貫通穴２２が配設されている。基板１の貫通穴２０は、シリコンウエハの状態でサンドブラストやダイヤモンドリーマにより機械的な穿孔を行なう他、化学的な手法として異方性エッチングで穿孔しても良い。この様にウエハの状態で貫通穴２０と発熱体２及びその駆動用の回路を作り込んだ後、ダイシングマシンで個々の基板に切断加工されて得る。
【００９１】
次に、アルミなどの金属でプレス加工あるいはダイカスト成形された支持体２１に、予め転写法やスクリーン印刷法により、貫通穴周辺と基板の外径にあわせた範囲で接着剤２３を塗布した後、基板１を位置決めし、接合する。ここで使用する接着剤２３は、基板１と支持体２１の隙間から第２の液がもれ出ることを防ぐことができる材質であることが好ましく、例えばシリコーン系接着剤としてＳＥ４４００（東レ製）や、シリコーン封止剤ＴＳＥ３９９（東芝シリコーン製）などを用いることができる。なお、この支持体２１には、基板１と本体とを電気的に接続するための配線基板２８も接着される。上記のようにして支持体２１上に基板１と配線基板２８とを接合した後、これらを電気的に接続するために、直径５０μｍのアルミワイヤーでボンディングする。
【００９２】
以下、基板１に配された個々の発熱体２に対応したオリフィス１２４、それに連通する第１の液流路１４（図７参照）、各々の第１の液流路１４に連通した共通液室１５（図７参照）、この液室１５に第１の液体を供給する第１の液体供給口２５を有する、プラスチックモールドで作製された溝付天板１１４と、分離壁１０５との組立について説明する。
【００９３】
可動部材１０６を有する分離壁１０５は、上述したニッケルによる電鋳で作製する。この分離壁１０５には、基板１と接合されたときに、第２の液流路１６が構成されるように、予め基板１と対面する側の隣接する可動部材の間に高さ１５μｍの壁を電鋳で作製する。これにより、図４に示した構成を得る。
【００９４】
この分離壁１０５と溝付天板１１４とは、溝付天板に予め成形で配設された３ケ所の突起と、分離壁１０５に設けられた３ケ所の穴で位置決め圧入して固定される。この３箇所の突起と３箇所の穴での位置決め及び固定によって、溝付天板１１４の各々の第１の液流路内に、分離壁１０５の可動部材１０６が配置されるとともに、この一体化された部品からハンドリング等で分離壁１０５が落下することを防止している。
【００９５】
次いで、この溝付天板１１４と分離壁１０５との結合された部品と、基板１とを位置決め接合する。この位置決め接合は、溝付天板１１４に配設されたオリフィス１２４の中心と、基板１に配設された発熱体２の中心とをＩＴＶ（工業用テレビカメラ；Industrial TV）で画像処理して位置決めする方法や、基板１の隣接する発熱体２間の表面を０.５〜２μｍ、分離壁１０５の第２の液流路１６を形成する液路壁に対応した形状にくぼませ、上記の結合部材を基板１上に乗せ、圧電素子や超音波で微少振動を加えることで分離壁１０５の第２の液路壁と基板上のくぼみとがはめ合あい位置決めする方法がとられる。いずれの方法においても、基板１と、溝付天板１１４と分離壁１０５との結合体とを位置決めした後、同装置上ですみやかに双方の部材を固定する押えバネを組み込んで一体化させる。
【００９６】
しかる後、溝付天板１１４の第１の液供給口２５に第１の液を供給するための供給路を有した第１の液供給部材２６と、支持体２１の第２の液供給口に第２の液を供給するための供給路を有した第２の液供給部材２７とを固定する。第１の液供給部材２６及び第２の液供給部材２７の他端はいずれも各々の液体保持部材（不図示）に接続されている。
【００９７】
次いで、各部材間の隙間や、アルミワイヤーボンディング部をシリコーン封止剤２３（例えば、ＴＳＥ３９９（東芝シリコーン製））で封止して、この液体吐出ヘッドが完成する。
【００９８】
上述した液体吐出ヘッドにおける第１の液及び第２の液の流れを図１３に模式的に示す。図１３から分かるように、本構成例の液体吐出ヘッドでは、第１の液は溝付天板１１４上に設けられた第１の液供給口２５から天板内の共通液室１５内に流れ、各第１の液流路１４へ供給される。一方、第２の液は支持体２１に設けられた第２の液供給口から内部に流れ、支持体２１、基板１を通過した後、分離壁１０５で行き止まり、第２の液の共通液室１７で各々の第２の液流路に分かれ供給される。
【００９９】
以上のようにこの液体吐出ヘッドでは、第２の液は支持体２１を介して下方から供給されることから、前述したような第２の液の供給系を第１の液の供給系の後方に設けた構造をとる必要がなくなり、これにより、ヘッドの小型化、簡素化が可能になる。
【０１００】
また、発熱体２が配された基板１を複数設けた液体吐出ヘッド構造においても上述のような供給系を適用することが可能である。図１４に、基板１を複数設けた液体吐出ヘッド構造における液供給経路を摸式的に示す。
【０１０１】
図１４に示すヘッドでは、発熱体２が配された複数の基板１が支持体２１上に固定され、両側面が封止剤２３で封止されている。各基板１には、それぞれ貫通穴２０が設けられており、支持体２１にはこれら貫通穴２０と相対応する位置に貫通穴２２が設けられている。分離壁１０５は各基板１に接合され、これにより第２の液流路１６を形成している。溝付天板１１４’には、第１の液流路１４に連通する第１の液供給口２５’が設けられている。
【０１０２】
この液体吐出ヘッドでは、第２の液流路１６への液体供給は、支持体２１の裏面から各基板１に設けられた貫通穴２０を介して行われ、第１の液流路１４への液体供給は、溝付天板１１４’の第１の液供給口２５’を介して行われる。この構造により、ヘッドの小型化、簡素化が可能になっている。
【０１０３】
（構成例２）
上述した第１の構成例の液体吐出ヘッドでは、素子基板１には、相対的に大きな貫通穴２０が設けられてるとともに、この貫通穴２０から多数の第２の液体供給路に対して液体を供給するようになっている。このように構成した場合、第２の液流路のうちこの貫通穴２０から遠いものへの液供給がスムースには行われなくなることがある。
【０１０４】
そこで、この構成例２の液体吐出ヘッドでは、図１５に示すように、第２の液流路１６ごとに、発熱体２の近接する位置にそれぞれ貫通穴２０ａを配置している。この構成例の場合、支持体２１側の貫通穴２２と基板１の貫通穴２０ａとは必ずしも相対せず、また、各貫通穴２０ａは微細なものであるから、基板１の支持体２１側の面に各貫通穴２０ａに対応するように溝部２０ｂを形成し、貫通穴２２から供給された液体が、溝部２０ｂを介して各貫通穴２０ａに供給されるようにすることが好ましい。基板１の貫通穴２０ａは、シリコンウエハの状態で上述した溝部２０ｂを基板１に彫り込んでおき、そこに、サンドプラストやダイヤモンドリーマによる機械的な穿孔を行ったり、化学的な手法として異方性エッチングを行うことにより、形成することができる。このようにウエハの状態で貫通穴２０ａや溝部２０ｂと発熱体２及びその駆動用の回路を作り込んだ後、ダイシングマシンでにより個々の基板に切断加工される。基板１に設けられる貫通穴２０ａや溝部２０ｂを除き、この構成例２の液体吐出ヘッドは、上述の構成例１の液体吐出ヘッドと同様のものである。
【０１０５】
図１６は、この構成例２の液体吐出ヘッドにおける第１の液及び第２の液の流れを模式的に示す図である。第１の液の流れは構成例１と同じであるが、第２の液は、溝部２０ｂを介して各貫通穴２０ａに分配され、各第２の液流路１６に供給される。
【０１０６】
また、構成例１の場合と同様に、発熱体２が配された素子基板１を複数設けた液体吐出ヘッドにおいても、上述したような供給系を採用することが可能である。図１７に、基板１を複数設けた液体吐出ヘッド構造における液供給経路を模式的に示す。
【０１０７】
（構成例３）
図１８は、本発明の第１の実施の形態における構成例３の液体吐出ヘッドを説明するための分解斜視図である。
【０１０８】
分離壁１０５’は、可動部材１０６と、第２の液流路部１６を上述した構成例１と同様の方法で作製した後、基板１より突出した部分を９０°折り曲げて（折り曲げ部５ａ’）作製される。このようにして作製した分離壁１０５’を構成例１と同様に溝付天板１１４に接合し、これを支持体１３１上に接着剤２３により接合・接続させた基板１・配線基板２８上に、構成例１と同様に組み立てる。分離壁１０５’の折り曲げ部１０５ａ’の先端は、支持板１３１に予めプレスなどで形成された穴１３０に差し込まれる。そして、支持板１３１の穴１３０の内壁と分離壁１０５’との間で、第２の液を供給するための液路を形成する。第１の液供給部材２６と第２の液供給部材２７は各々支持体１３１に固定された後、封止剤２９で充填されることによって、各部の周辺への液体の漏れは、防止される。第２の液供給部材２７には、支持体１３１に形成された穴１３０に相対応する穴１３０’が形成されており、この穴１３０’を介して外部より液体の供給がなされる。
【０１０９】
上述した液体吐出ヘッドにおける第１の液（吐出液）及び第２の液（発泡液）の流れを図１９に模式的に示す。図１９から分かるように、この液体吐出ヘッドでは、第１の液は、溝付天板１１４上に設けられた第１の液供給口２５から天板内の共通液室１３内に流れ、各第１の液流路１４へ供給される。一方、第２の液は、支持板１３１の穴１３０の内壁と分離壁１０５’との間で構成された液路を介して内部に流れ、支持体１３１、基板１を通過した後、分離壁１０５’で行き止まり、第２の液の共通液室１２で各々の第２の液流路に分かれ供給される。
【０１１０】
この構成例においては、第２の液の供給を基板１の両側面から行ったが、これに限るものでなく、片側面よりの供給でも同様の効果を得ることができる。
【０１１１】
また、基板１側面と、分離壁１０５’の折り曲げ部１０５ａ’との間隔は、各々の加工精度、組み立て精度を考慮の上決定すれば良いが、基板表面と分離壁との隙間から下限は約１０μｍである。上限は、加工・組み立て精度と、封止剤の流れ込みまたヘッドのサイズから決めれば良く、特に限定するものではない。
【０１１２】
（構成例４）
図２０は、本発明の第１の実施の形態における構成例４の液体吐出ヘッドを説明するための分解斜視図である。
【０１１３】
この液体吐出ヘッドは、複数の発熱体１４２が設けられた基板１４０を複数備え、各基板１４０は支持体１４３上に列状に配置され、これら基板１４０の側壁間に形成された間隙が第２の液の供給路に用いられる構成となっている。
【０１１４】
支持体１４３には、第２の液供給溝１４４が形成され、さらに液供給溝に第２の液供給穴１４５が形成されている。この支持体１４３は、第２の液供給穴１４５と対応する穴１４９ａが形成された第２の液供給部材１４９上に固定され、該部材を介して第２の液が第２の液供給穴１４５に供給されて基板１４０間の間隙への供給がなされる。尚、この支持体１４３には、各基板１４０と本体とを電気的に接続するための配線基板１４６が接着されている。
【０１１５】
分離壁４１は、上記各基板１４０の発熱体１４２に対応し、吐出口側に自由端を有する可動部材１４１ａを備え、第２の液流路１６を構成する複数の溝を有している。この分離壁１４１を上記基板１４０と接合することにより、第２の液流路１６が形成される。
【０１１６】
溝付天板１４７には、上記基板１４０の各発熱体１４２に対応する吐出口を形成するオリフィス１４７ａが形成され、これらオリフィス１４７ａに連通する第１の液流路１４を形成するための溝が内壁に設けられている。さらに、第１の液供給部材１４８が設けられており、これにより第１の液流路１４への液供給がなされる。
【０１１７】
以下に、この液体吐出ヘッドの作製方法を具体的に説明する。
【０１１８】
基板１４０は、発熱体（電気熱変換体）が１２８個、３６０ｄｐｉ（７０.５μｍピッチ）で配設されたものである。この基板１４０を複数個配列する支持体１４３はアルミダイカストで成形されたもので、基板配列面には、基板を位置決めした後、接着剤が固化するまで、吸引固定するための貫通穴と、第２の液体を流す溝とが形成されている。
【０１１９】
基板１４０は、上述したように、支持体１４３上に位置決めされた後、吸引固定し、基板後端（ここでいう吐出口、電気熱変換体の配設されている端部とは反対側）より接着剤を滴下し、接着させる。接着剤は実施例１と同じもので良い。隣接する基板は、隣接する電気熱変換体が３６０ｄｐｉの７０.５μｍピッチになるように位置決めされる。この際、基板１４０同志が接触しないように、基板間の隙間は約１０μｍ確保している。この隙間が、第２の液供給路として用いられる。
【０１２０】
なお、図２０では、説明のため基板の数を３つとしたが、実際の液体吐出ヘッドでは、４インチ（約１０１.６ｍｍ）幅で１１個の基板、８インチ（約２０３.２ｍｍ）幅で２２個の基板、１２インチ（約３０４.８ｍｍ）幅では３３個の基板が支持体に配列される。
【０１２１】
基板１４０を配列・接着した後、これら複数の基板に記録装置からの電気信号を供給する配線基板を接合し、この配線基板と、各基板とアルミワイヤーで接続して、結合が完了する。  次に、溝付天板１４７と分離壁１４１とは、各々構成１と同様に作製し、結合される。
【０１２２】
次に、この溝付天板１４７と分離壁１４１との結合体と、配列した基板とを位置決めした後、仮押えした状態で、すみやかに押えバネを組み込んで一体化させる。しかる後、第１の液体供給部材４８と第２の液体供給部材１４９とを組み付けた後、各部品間の間隙やアルミワイヤーボンディング部をシリコーン封止材２９（例えば、ＴＳＥ３９９（東芝シリコーン製））を封止して、液体ヘッドを完成する。
【０１２３】
図２１は、上述のヘッドに第１及び第２の液を供給したときの流れを示した模式図である。同図から分かるように、この構成例４の液体吐出ヘッドでは、第２の液は支持板の裏面より供給した液が基板１４０の下の支持板１３１の第２の液供給溝１４４を流れ、基板１４０間の間隙を介して、共通液室１７、各第２の液流路１６へと供給される。
【０１２４】
このような構成の液体吐出ヘッドでは、歩留りが低い一枚の素子基板をあえて用いることなく、吐出エネルギー発生素子の数が６４個や１２８個といった少ない数で歩留りの高い基板を用いることができ、ヘッド全体としての歩留りの向上、低コスト化を達成することができる。また、このように複数の素子基板を用いても溝付部材が共通であるため、素子基板ごとに天板を設けたヘッドを並べる構成に比べ、流路や吐出口の方向を一定にすることができ、良好な画像を得ることができる長尺ヘッドを低コストで提供することができる。
【０１２５】
またこの構成例４の液体吐出ヘッドでは、図１８に示した分離壁１０５’を用いることにより、第２の液の供給をより安定なものとすることができる。図２２に、その分離壁１０５’を用いた液体吐出ヘッド構造における液供給経路を摸式的に示す。図２２に示す構成によれば、第２の液は支持体１４３の裏面から第２の液供給穴１４５を介して第２の液供給溝１４４へ供給され、第２の液供給溝１４４から分離壁１０５’の側壁部と基板１４０の側部との間に形成された間隙、および各基板１４０間に形成された間隙をそれぞれ介して第２の液流路へと供給される。各基板１４０では、両側から第２の液流路への液供給が行われ、より安定な液供給が可能になる。
【０１２６】
以上、本発明の第１の実施の形態を説明したが、このような構成によると、吐出液（第１の液）と発泡液（第２の液）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）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。さらに、このようなヘッドの構造においては、先の構成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。
【０１２７】
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。
【０１２８】
《第１の参考例》
次に、第１の参考例について説明する。この第１の参考例、さらには第２の参考例及び第３の参考例は、ヘッドの構成のコンパクト化を図るとともに、上述したような第２の液流路でのバック波の防止及び吐出効率の向上と、発熱体へのキャビテーションの影響の軽減という観点からなされたものである。
【０１２９】
図２３(a)は、第１の参考例の液体吐出ヘッドの構成を示す模式断面図であり、図２３(b),(c)はそれぞれこの液体吐出ヘッドでの発熱体２と可動部材３１の形状を示す平面図である。
【０１３０】
この液体吐出ヘッドは、気泡発生領域（発熱体２）に対して側方方向に吐出口１８が設けられた、いわゆるエッジ・シューター・タイプの液体吐出ヘッドである。図２乃至図３に示す液体吐出ヘッドと同様に、素子基板１の一方の表面に電気熱変換体である発熱体２が設けられている。発熱体２の形状は、吐出口１８とその反対方向とに延びる長方形形状であるが、発熱体２のほぼ中心には、貫通孔６１９が設けられている。発熱体２の貫通孔６１９は素子基板１を貫通する液体供給路６２１に連通する。素子基板１の他方の面側において液体供給路６２１は室形状に広がっていて、液室６２３となっている。素子基板１は、例えば、シリコンなどの半導体基板によって構成されており、機械的加工と化学的エッチング等を組み合わせることによって、液室６２３及び液体供給路６２１を形成することができる。発熱体２は、このように液室６２３及び液体供給路６２１が形成された素子基板１上に、半導体製造プロセスによってホウ化ハフニウムなど電気抵抗層とアルミニウムなどの配線電極層とを被着しパターニングすることによって形成される。
【０１３１】
素子基板１の一方の表面上には、発熱体２の形成位置（貫通孔６１９の位置も含む）を除く全面に、樹脂や金属などからなるスペーサ層６３６が積層されている。発熱体２の形成位置にスペーサ層６３６が設けられていないことにより、発熱体２を底面としスペーサ層６３６を側面とする空間が形成されるが、この空間が、この液体吐出ヘッドにおける気泡発生領域１１となる。さらに、ニッケルなどの金属から構成された典型的には数μｍオーダーの厚さの板状の壁部材６３０が、気泡形成領域１１の部位も含めてスペーサ層６３６の上面の全面を覆うように形成されている。発熱体２に対向する位置において、壁部材６３０には、図２３(c)に示すように、コの字型のスリット３５が形成され、スリット３５で囲まれた部分の壁部材６３０が可動部材３１として機能するようになる。この可動部材３１は、気泡発生領域１１に面し、発熱体２に対面しており、吐出口１８側が自由端３２であって吐出口１８の反対側に支点３３が位置する片持梁状となっている。すなわち、コの字の根元の部分が支点３３となっている。そして、気泡発生領域１１での気泡４０の発生に伴って、可動部材３１の自由端３２は後述する液流路１４側に変位し、可動部材３１は吐出口１８側に開口することになる。すなわち壁部材６３０は、第１の実施の形態における分離壁３０と同様の構成、同様の機能を有することになる。
【０１３２】
壁部材６３０の上側には、可動部材３１を底面に含む形状で液流路１４が形成されている。液流路１４の一端は吐出口１８として外気に連通し、他端はこの液流路１４内に液体を供給するための液体供給路６２０に連通している。製造上の観点からすると、液流路１４は樹脂の成形品である溝付部材５０の溝として実現され、また、吐出口１８は、溝付部材５０でのこの溝につながる貫通孔として実現される。発熱体２が形成された素子基板１上にスペーサ層３６をまず形成し、その後、その上に、予めスリット３５によって可動部材３１が形成されている壁部材６３０を取り付け、最後に、覆い被せるように溝付部材５０を固定することによって、この液体吐出ヘッドが完成する。
【０１３３】
この液体吐出ヘッドは上述したように構成されているので、気泡発生領域１１は、発熱体２とスペーサ層６３６と可動部材３１（及び可動部材３１近傍の壁部材６３０）によって囲まれた空間であって、この気泡発生領域への液体の供給は、発熱体２のほぼ中央に開けられた貫通孔６１９を介して行われることになる。なお、図２３に示した例では、液流路１４に連通する液体供給路６２０は素子基板１の他方の面側に延びており、その結果、液体供給路６２０を介しての液流路１４への液体の供給と、液体供給路６２１を介して気泡発生領域１１への液体の供給とが、素子基板１の同じ面側から行えるようになっている。
【０１３４】
次に、この液体吐出ヘッドの動作について説明する。
【０１３５】
定常状態では、可動部材３１は、図２３(a)において点線で表わされる位置に静止しており、気泡発生領域１１は液体供給路６２１と貫通孔６１９を介して液体が充填され、液流路１４は液体供給路６２０を介して液体が充填されている。発熱体２に電気エネルギー等が印加されると、発熱体２が発熱して気泡発生領域１１内を満たす液体の一部が加熱され、膜沸騰に伴う気泡４０が発生する。このとき可動部材３１は、気泡４０の発生に伴う圧力により、液流路１４側に変位し、この変位した可動部材３１によって、気泡発生に伴う圧力の伝搬方向が吐出口方向に導かれる。その結果、上述したような吐出原理に基づき、液流路１４内の液体の一部が、液滴として、吐出口１８から吐出される。
【０１３６】
この際、前述の吐出原理のところで説明した図４、図５と比較すると、気泡発生領域１１で発生した気泡による圧力伝搬方向Ｖ1〜Ｖ8を向いた圧力成分が、ここで述べている液体吐出ヘッドでは、全て、可動部材３１または気泡発生領域１１の側壁（スペーサ層６３６）に向って伝わるため、吐出力の損失がほとんどない。ここで、気泡発生に伴う圧力波は、発熱体２上での膜沸騰の開始時に集中的に発熱体２の発熱表面と液体との界面から液体中に伝搬して行くことことが知られている。このため、発熱体２に貫通孔６１９が開口していたとしても、液体供給路６２１側からはこの貫通孔６１９を介して発熱体２の表面は見込めないことにより、バック波は、貫通孔６１９を介して液体供給路２１側にはほとんど伝搬せず、また、気泡発生領域１１から液体供給路６２１側への液体の逆流もほとんど生じない。
【０１３７】
ゆえに、バック波がほとんど存在しないとともに、気泡の発生による圧力成分が効率よく吐出口に向うこととなり、吐出される液体の流れが一方向化され、より安定し、これによって吐出効率が格段に向上する。なお図２３(a)では、気泡４０が成長過程にあるときの可動部材３１の位置が、実線で示されている。膜沸騰の開始時には発熱体２表面との界面部分にしか気泡は存在せず、貫通孔６１９の位置には気泡は存在しないが、時間の経過とともに、貫通孔６１９を覆うように気泡４０が成長する。
【０１３８】
次に、消泡時について説明する。気泡４０が収縮し消泡する際には、気泡４０はその中心位置をほとんど変えずに収縮する。本参考例の液体吐出ヘッドでは、発熱体２のほぼ中心部に貫通孔６１９が設けてあるが、気泡４０の消泡過程の最終段階では、貫通孔６１９に対応する位置にのみ気泡が存在するようになる。この位置は発熱体２の表面からはやや離れた位置であるので、発熱体２表面の直上で消泡の最終段階を迎える場合に比べ、発熱体２はキャビテーションの影響を受けにくくなる。さらに、この消泡位置は、液体供給路６２１からの液体のリフィル位置でもあるので、消泡時の収縮圧はこのリフィルによって弱められることとなり、発熱体２はさらにキャビテーションの影響を受けにくくなる。その結果、発熱体２の耐久性が向上し、長寿命化が実現される。
【０１３９】
次に、液流路１４及び気泡発生領域１１に供給される液体について説明する。この液体吐出ヘッドでは、液流路１４及び気泡発生領域１１に同一の液体を供給するようにしてもよいし、異なる液体を供給するようにしてもよい。同一の液体を供給する場合、液流路１４でのリフィルについては図示していないが、液流路１４側の液体供給路６２０と気泡発生領域１１側の液体供給路６２１とを接続する共通液室を設けることも可能であり、別々の供給系を用意して供給圧差によりインクの流れをより効率よく制御することも可能である。
【０１４０】
一方、気泡発生領域１１と液流路１４とに異なる液体を供給する場合には、熱を加えることで発泡させる液体（発泡液）を気泡発生領域１１に供給し、主として吐出される液体（吐出液）を液流路１４に供給するようにする。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で、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高粘度の液体であっても、これを液流路１４に供給し、発泡液として発泡が良好に行われる液体や低沸点の液体を気泡発生領域１１に供給することで、上述した高粘度の液体を良好に吐出させることができる。同様に、加熱に弱い液体なども吐出液として液流路１４に供給することにより、熱による害を与えることなく、この液体を高吐出効率、高吐出力で吐出することができる。
【０１４１】
以上、第１の参考例について説明したが、ここで重要なことは、液体の供給を可動部材に対向した面より行うことであり、発熱体２の形状や発熱体２における貫通孔６１９の位置は上述したものに限定されるわけではない。発熱体２に対するキャビテーションの影響を防止するためには、消泡位置に貫通孔６１９が形成されていることが望ましいが、液流路構造などによっては、消泡位置が発熱体２の面積中心の位置になるとは限らない。そのような場合には、発熱体２の面積中心からはずれていても、消泡位置に合わせて貫通孔６１９を設けることが好ましい。
【０１４２】
《第２の参考例》
図２４(a)は第２の参考例の液体吐出ヘッドの構成を示す模式断面図であり、図２４(b)はこの液体吐出ヘッドでの発熱体２の形状を示す平面図である。
【０１４３】
この液体吐出ヘッドは、気泡発生領域（発熱体２）に対向する位置に吐出口１８が設けられた、いわゆるサイド・シューター・タイプの液体吐出ヘッドである。この液体吐出ヘッドが図２３に示す液体吐出ヘッドと異なるところは、溝付部材の代りにオリフィスプレート５１を設け、また、発熱体２が、中心部に貫通孔６１９が設けられた円形状となっていることである。オリフィスプレート５１は、例えば樹脂の成形品などからなり、一方の面に、液流路１４に対応する溝が形成されるとともに、この溝の端部と他方の面とを連通する貫通孔として吐出口１８が形成されたものである。吐出口１８は、発熱体２の直上、ちょうど、貫通孔６１９に対応する位置に配置している。
【０１４４】
次に、この液体吐出ヘッドの動作を説明する。第２の参考例の場合と同様に、発熱体２が発熱すると気泡発生領域１１内の液体の一部が気泡４０を形成し、気泡形成に伴う圧力によって可動部材３１の自由端３２が液流路１４側に大きく変位する。そして気泡発生に伴う圧力波が吐出口１８の側に向けられ、吐出口１８から液滴が吐出することになる。気泡発生領域１１と液流路１４に、同一の液体を供給するようにしてもよいし、異なる液体を供給するようにしてもよい。この参考例でも、発熱体２に貫通孔６１９を設けてそこから気泡発生領域１１に液体を供給することにより、バック波を抑制して流れを安定化することが可能になるとともに、発熱体２へのキャビテーションの影響を軽減することが可能になる。なお、発熱体２の形状や発熱体２と貫通孔６１９との位置関係は、第１の実施の形態の場合と同様に、上述したものに限定されるわけではない。また、吐出口１８は発熱体２の直上にある必要はなく、例えば、図示左方にオフセットして静止位置での可動部材３１の自由端３２の位置の上に来るようにしてもよい。さらに、可動部材３１も、発熱体２の全面を覆うように形成するのではなく、半分程度を覆い、残りの部分では気泡形成領域１１と液流路１４とが自由に連通するような構成としてもよい。
【０１４５】
《第３の参考例》
図２５は本発明の第３の参考例の液体吐出ヘッドの構成を示す断面図である。この液体吐出ヘッドは、第１の参考例の液体吐出ヘッドにおいて、液流路１４に連通する液体供給路６２０を設けず、その代りに、可動部材３５の周辺において壁部材６３０に形成されているスリットなどを介して気泡発生領域１１側から液流路１４にも液体を供給する構成となっている。このような構成とすることによって、構造の簡略化が図られる。この参考例は、吐出原理として説明したように高い吐出効率や良好な液供給性等を実現するものであるが、特にメニスカスの後退を抑制し消泡時の圧力を利用して、ほとんど全ての液供給を強制リフィルによって行うものである。
【０１４６】
この液体吐出ヘッドにおいても、バック波を抑制して流れを安定化することが可能になるともに、発熱体２へのキャビテーションの影響を軽減することが可能になる。
【０１４７】
《第４の参考例》
図２６は本発明の第４の参考例の液体吐出ヘッドの構成を示す断面図である。この液体吐出ヘッドは、第２の参考例の液体吐出ヘッドにおいて、液流路１４に連通する液体供給路２０を設けず、その代りに、上述したようなスリットなどを介して気泡発生領域１１側から液流路１４にも液体を供給する構成となっている。このような構成とすることによって、構造の簡略化を図ったものである。この参考例は、吐出原理として説明したように高い吐出効率や良好な液供給性等を実現するものであるが、特にメニスカスの後退を抑制し消泡時の圧力を利用して、ほとんど全ての液供給を強制リフィルによって行うものである。
【０１４８】
この液体吐出ヘッドにおいても、バック波を抑制して流れを安定化することが可能になるともに、発熱体２へのキャビテーションの影響を軽減することが可能になる。
【０１４９】
《その他の実施の形態》
以上、本発明の液体吐出ヘッドの要部の実施の形態について説明したが、以下にこれらの実施の形態に好ましく適用できる細部の構成について、説明する。
【０１５０】
〈可動部材および壁部材〉
可動部材の形状は、気泡発生領域１１側に入り込むことなく、容易に動作可能な形状で、耐久性に優れた形状であれば、任意の形状とすることができる。前述の原理説明においては、板状の可動部材３１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。また、可動部材や分離壁（壁部材）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。上述の実施の形態では、壁部材にスリットを形成して可動部材としているが、分離壁を設けずに可動部材のみを有する形態（この場合は、可動部材の支点は適当な支持部材を介してあるいは介さずに素子基板あるいはスペーサ層に取り付けられることになる）とすることや、分離壁と可動部材とを別の材質で構成することも可能である。
【０１５１】
図２７は可動部材３１の他の形状を示すもので、分離壁にはスリット３５が設けられており、このスリット３５によって、可動部材３１が形成されている。図２７(a)は長方形の形状のものを示し、図２７(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を示し、図２７(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を示している。動作の容易性と耐久性が良好な形状として、図１４(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。
【０１５２】
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、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、さらに二酸化ケイ素等のセラミックおよびその化合物が望ましい。
【０１５３】
分離壁（壁部材）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、二酸化ケイ素、窒化ケイ素、ニッケル、金、ステンレス等の金属、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。
【０１５４】
また、分離壁（壁部材）の厚さは、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。
【０１５５】
可動部材３１を形成するためのスリット３５の幅は、例えば２μｍとしたが、発泡液と吐出液とが異なる液体であって両液体の混液を防止したい場合には、スリット３５の幅を両液体間でメニスカスが形成される程度の間隔として、夫々の液体同士の流通を抑制すればよい。例えば、発泡液として２ｃｐ（センチポアズ）程度の液体を用い、吐出液として１００ｃｐ以上の液体を用いた場合には、５μｍ程度の幅のスリットでも混液を防止することができるが、３μｍ以下にすることが望ましい。
【０１５６】
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、製造上のばらつきをある程度考慮することが望ましい。
【０１５７】
スリット３５を形成する可動部材３１の自由端及び／または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１２、図１３等を参照）、製造上のばらつきを考慮してスリット幅と厚みの関係を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。すなわち、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。
【０１５８】
また、本発明でいう「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。
【０１５９】
上述のように、発泡液と吐出液とに機能分離を行わせた場合、可動部材がこれらの実質的な仕切部材となるが、この可動部材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、インクジェット記録の場合、色材濃度を３％乃至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。したがって、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。
【０１６０】
なお、この構成で実際に吐出を行わせたところ、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。特に、吐出液の粘度を２０ｃｐ以下とし、粘度を小さくすればするほど、この混液を低減（例えば５％以下）できる。
【０１６１】
〈発熱体〉
素子基板に設けられる発熱体の構成としては、配線電極間の抵抗層（発熱部）を素子基板上に設けただけのものででもよく、また抵抗層を保護する保護層を含むものでもよい。さらに素子基板には、発熱部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。
【０１６２】
上述の各実施の形態においては、発熱体として、電気信号に応じて発熱する抵抗層で構成された発熱部を有するものを用いたが、本発明で使用する発熱体はこれに限られることなく、吐出液を吐出させるのに十分な気泡を発泡液に生じさせるものであればよい。例えば、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を発熱部とする発熱体や、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。
【０１６３】
〈吐出液体、発泡液体〉
上述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。気泡発生領域に供給される発泡液と液流路に供給される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、かつ、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壁部材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。
【０１６４】
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、例えば、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。
【０１６５】
一方、吐出液と発泡液とを別の液体とした場合には、発泡液としては、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、トリクロロエチレン、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。一方、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、吐出液として利用できる。ただし、吐出液の性質として、吐出液自身で、または発泡液との反応によって吐出や発泡または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。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。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が挙げられる。
【０１６６】
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、従来の液体吐出ヘッドを用いた場合には、吐出方向性がばらつき、記録紙上で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ばらつきが生じ、これらのことで、高品位画像が得にくかった。しかし、上述した実施の形態の構成においては、発泡液を用いることで気泡の発生を充分に、かつ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、記録画像品位を著しく向上することができた。
【０１６７】
また、インク等の液体の付与が行われる被記録媒体としては、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、アルミニュ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。
【０１６８】
本発明では、図７に示す形態のヘッドを用いて、発泡液として上述のエタノールと水の混合液を発泡液とし、吐出液として染料インク（２ｃｐ）、顔料インク（１５ｃｐ）、ポリエチレングリコール２００（５５ｃｐ）、ポリエチレングリコール６００（１５０ｃｐ）をそれぞれ用い、電圧２５Ｖ、２．５ＫＨｚで駆動したところ良好な吐出が得られ、これらのインクの付与によって良好な画質の記録物を得ることができた。
【０１６９】
〈液体吐出ヘッドカートリッジ〉
次に、上記各実施の形態による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を概略説明する。前述した液体吐出ヘッドはいずれもカートリッジ化することが可能である。以下に、液体吐出ヘッドカートリッジの構成について簡単に説明する。ここでは、図２４（第２の参考例）に示したようなサイド・シューター・タイプの液体吐出ヘッドを用いたものとして説明する。図２８は、このような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る。この液体吐出ヘッドカートリッジは、大別して、液体吐出ヘッド部２００と液体容器９０とから構成されている。もっとも、第１の実施の形態や第１の参考例に示すエッジ・シューター・タイプの液体吐出ヘッドを用いても、液体吐出ヘッドカートリッジを構成することができる。
【０１７０】
液体吐出ヘッド部２００は、スペーサ層まで形成された素子基板１、壁部材３０、オリフィスプレート５１、液体供給部材８０、電気信号を供給するための回路基板（ＴＡＢテープ）７０などからなっている。前述のように、素子基板１には発熱抵抗体（発熱体）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と可動素子を持つ前述の壁部材３０との間に気泡発生領域が形成され、発泡液が流通する。この壁部材３０とオリフィスプレート５１と液体供給部材８０との接合によって、吐出される吐出液体が流通する液流路（不図示）が形成される。いずれの液体も、液体供給部材８０から基板１の背面を通って供給される。
【０１７１】
液体容器９０には、それぞれ液体吐出ヘッドに供給される、インク等の吐出液体と気泡を発生させるための発泡液とが、内部に区分収容されている。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、この接続部を固定するための固定軸９５が設けられている。ＴＡＢテープ７０は、液体容器９０に対してヘッド部を位置決めして組み込むが、液体容器９０の表面に両面テープで固定される。吐出液体は、液体容器９０の吐出液体供給路９２から接続部材の供給路８１を介して液体供給部材８０の吐出液体供給路８４に供給され、各部材の吐出液体供給路２０を介して吐出液用の液流路に供給される。発泡液も同様に、液体容器９０の供給路９３から接続部材の供給路８２を介して液体供給部材８０の発泡液供給路８３に供給され、各部材の発泡液体供給路２１を介して気泡発生領域に供給される。
【０１７２】
以上では、発泡液と吐出液が異なる液体であってこれら液体の供給を行いうる供給形態および液体容器を有する液体吐出ヘッドカートリッジについて説明したが、吐出液体と発泡液体とが同じである場合には、発泡液と吐出液の供給経路および容器を分けなくてもよい。また、液体容器は、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、液体容器に液体注入口を設けておくことが望ましい。また、液体吐出ヘッドと液体容器とは一体であってもよく、分離可能としてもよい。
【０１７３】
〈液体吐出装置〉
図２９は、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。ここでは、特に、吐出液体としてインクを用いたインク吐出記録装置ＩＪＲＡを用いて説明する。
【０１７４】
液体吐出装置（インク吐出記録装置ＩＪＲＡ）のキャリッジＨＣは、インクを収容する液体タンク部９０と液体吐出ヘッド部２００とから構成された着脱可能なヘッドカートリッジを搭載しており、被記録媒体搬送手段で搬送される記録紙等の被記録媒体１５０の幅方向に往復移動する。不図示の駆動信号供給手段からキャリッジＨＣ上の液体吐出ヘッド部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被記録媒体に対して記録液体が吐出される。また、この記録装置は、被記録媒体搬送手段とキャリッジＨＣ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８５等を有している。この記録装置及びこの記録装置で行う液体吐出方法を用いて各種の被記録媒体に対して液体を吐出することによって、良好な画像の記録物を得ることができた。
【０１７５】
図３０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てインク吐出記録を行う記録装置全体のブロック図である。
【０１７６】
この記録装置は、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入れる。印字情報は、記録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、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、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。またＣＰＵ３０２は、画像データを記録用紙上の適当な位置に記録するために、画像データに同期して記録用紙および記録ヘッドを移動する駆動用モータを駆動するためのモータ駆動データを作る。画像データおよびモータ駆動データは、それぞれ、ヘッドドライバ３０７とモータドライバ３０５を介し、ヘッド２００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。
【０１７７】
上述のような記録装置に適用でき、インク等の液体の付与が行われる被記録媒体としては、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が挙げられる。また上述の記録装置としては、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、布帛に記録を行う捺染装置等が含まれる。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。
【０１７８】
〈記録システム〉
次に、本発明の液体吐出ヘッドを記録ヘッドとして用い、被記録媒体に対して記録を行う、インクジェット記録システムの一例を説明する。図３１はこのインクジェット記録システムの構成を説明するための模式図である。
【０１７９】
このインクジェット記録システムにおける液体吐出ヘッドは、被記録媒体１５０の記録可能幅に対応した長さに３６０ｄｐｉ（２５.４ｍｍ当り３６０ドット）の間隔（密度）で吐出口を複数配したフルライン型のヘッドである。イエロー（Ｙ），マゼンタ（Ｍ），シアン（Ｃ），ブラック（Ｂｋ）の４色にそれぞれ対応した４つの液体吐出ヘッド２０１ａ,２０１ｂ,２０１ｃ,２０１ｄが、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。これらの液体吐出ヘッド２０１ａ〜２０１ｄに対して、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液体吐出ヘッド２０１ａ〜２０１ｄの駆動がなされている。各液体吐出ヘッド２０１ａ〜２０１ｄには、吐出液としてＹ,Ｍ,Ｃ,Ｂｋの４色のインクが、それぞれインク容器２０４ａ〜２０４ｄから供給されている。また、発泡液が、発泡液容器２０４ｅに蓄えられ、各液体吐出ヘッド２０１ａ〜２０１ｄ供給されるようになっている。また、各液体吐出ヘッド２０１ａ〜２０１ｄの下方には、それぞれ、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、非記録時に各液体吐出ヘッド２０１ａ〜２０１ｄの吐出口をこのヘッドキャップ２０３ａ〜２０３ｄで覆うことで、液体吐出ヘッド２０１ａ〜２０１ｄの保守をなすことができる。
【０１８０】
さらにこの記録システムには、先に説明したような各種の被記録媒体を搬送するための搬送手段を構成する搬送ベルト２０６が設けられており、この搬送ベルト２０６は、各種ローラにより所定の経路に引き回されて、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。
【０１８１】
さらにまたこのインクジェット記録システムにおいては、被記録媒体に記録を行う前後に被記録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が、それぞれ、被記録媒体搬送経路の上流と下流に設けられている。前処理と後処理は、被記録媒体の種類やインクの種類に応じて処理内容が異なるが、例えば、金属、プラスチック、セラミックス等の被記録媒体に対しては、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被記録媒体では、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記録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被記録媒体の静電気を除去することで、被記録媒体からごみの除去を行うとよい。また、被記録媒体として布帛を用いる場合には、滲み防止、染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、被記録媒体の温度を記録に適切な温度にする処理等であってもよい。一方、後処理は、インクが付与された被記録媒体に対して熱処理、紫外線照射等を施すこと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。
【０１８２】
ここでは、液体吐出ヘッドとしてフルラインヘッドを用いた場合を説明したが、これに限らず、前述したような小型の液体吐出ヘッドを被記録媒体の幅方向に搬送して記録を行う形態のものであってもよい。
【０１８３】
〈ヘッドキット〉
以下に、本発明の液体吐出ヘッドを有するヘッドキットを説明する。図３２は、このようなヘッドキットを示した模式図である。
【０１８４】
このヘッドキットは、インクを吐出するインク吐出部５１１を有する液体吐出ヘッド５１０と、この液体吐出ヘッド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５３０とを、キット容器５０１内に収納したものである。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５３０の挿入部（注射針等）５３１の一部を挿入し、この挿入部５３１を介してインク充填手段５３０内のインクをインク容器内に充填すればよい。
【０１８５】
このように、本発明の液体吐出ヘッドと、インク容器やインク充填手段等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内に充填することができ、記録の開始を迅速に行うことができる。
【０１８６】
なお、ここでは、ヘッドキット内にインク充填手段が含まれるものとして説明を行ったが、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と液体吐出ヘッドとがキット容器５１０内に納められている形態のものであってもよい。また、図３２では、インク容器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内に納めた形態のものであってもよい。
【０１８７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、第１および第２の液流路への各液供給路はそれぞれ異なる側に設けられるので、第２の液の供給系を第１の液の供給系の後方に配設し、共にヘッドの上方から供給するといった構造のものに比べて、装置を小型なものにすることができるという効果がある。
【０１８８】
また、支持体側から第２の液流路への液供給を行うものにおいては、天板や分離壁に第２の液流路への液供給を行うための貫通穴を設ける必要がないので、ヘッド構造の簡素化を図ることができ、製造工程における歩留りを向上することができる。基板を複数配列し、基板間に形成された隙間を利用して第２の液流路への液供給を行うものにおいては、ヘッド構造のさらなる簡素化を図ることができ、また効率的、かつ、安定な液供給を行うことができることから、安定した発泡圧力を得ることができる。
【０１８９】
さらに本発明では、気泡発生領域を介して可動部材に対向した面側より気泡発生領域に対して液体を供給することにより、吐出力の向上を図りつつ、液体供給方向とは逆方向への気泡の成長成分や圧力波成分を抑制することができ、吐出される液体の流れを一方向に限ることができて安定化させることができるようになるという効果がある。また、発熱体でのキャビテーション発生部に対応して貫通孔が設けられるようにすることによって、発熱体へのキャビテーションの影響が抑制でき、発熱体の長寿命化を達成できるという効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  (a),(b)は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。
【図２】  (a)〜(d)は、本発明が基づく液体吐出原理による液体吐出過程を示す模式断面図である。
【図３】図２に示した液体吐出原理が適用される液体吐出ヘッドの部分破断斜視図である。
【図４】従来の液体吐出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５】図１に示す液体吐出原理を用いた液体吐出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６】本発明の液体吐出ヘッドでの液体の流れを説明するための摸式図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態の液体吐出ヘッド（２流路）の流路方向の断面模式図である。
【図８】図７に示す液体吐出ヘッドの部分破断斜視図である。
【図９】  (a),(b)は、可動部材の動作を説明するための図である。
【図１０】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１１】  (a)〜(c)は、可動部材と液流路の構造を説明するための図である。
【図１２】第１の実施の形態での構成例１の液体吐出ヘッドを説明するための分解斜視図である。
【図１３】図１２に示す液体吐出ヘッドにおける第１及び第２の液の流れを示す模式図である。
【図１４】構成例１において基板を複数設けた液体吐出ヘッド構造における液供給経路を示す摸式図である。
【図１５】第１の実施の形態での構成例２の液体吐出ヘッドを説明するための分解斜視図である。
【図１６】図１５に示す液体吐出ヘッドにおける第１及び第２の液の流れを示す模式図である。
【図１７】構成例２において基板を複数設けた液体吐出ヘッド構造における液供給経路を示す摸式図である。
【図１８】第１の実施の形態での構成例３の液体吐出ヘッドを説明するための分解斜視図である。
【図１９】図１８に示す液体吐出ヘッドにおける第１及び第２の液の流れを示す模式図である。
【図２０】第１の実施の形態での構成例４の液体吐出ヘッドを説明するための分解斜視図である。
【図２１】図２０に示す液体吐出ヘッドにおける第１及び第２の液の流れを示す模式図である。
【図２２】図２０に示す液体吐出ヘッドの一変形例を説明する図で、第１及び第２の液の流れを示す摸式図である。
【図２３】  (a)は本発明の第２の実施の形態の液体吐出ヘッドの模式断面図、(b)は発熱体の形状を示す平面図、(c)は可動部材の形状を示す平面図である。
【図２４】  (a)は本発明の第３の実施の形態の液体吐出ヘッドの模式断面図、(b)は発熱体の形状を示す平面図である。
【図２５】本発明の第４の実施の形態の液体吐出ヘッドの模式断面図である。
【図２６】本発明の第５の実施の形態の液体吐出ヘッドの模式断面図である。
【図２７】  (a)〜(c)は可動部材の他の形状を説明するための図である。
【図２８】液体吐出ヘッドカートリッジの分解斜視図である。
【図２９】液体吐出装置の構成を示す概略斜視図である。
【図３０】図２９の装置の回路構成を示すブロック図である。
【図３１】インクジェット記録記録システムの構成を示す図である。
【図３２】ヘッドキットの模式図である。
【符号の説明】
１,１４０     素子基板
２,１４２     発熱体
３    面積中心
１０,１４,１６    液流路
１３,１５,１７    共通液室
１２    供給路
１１    気泡発生領域
１８    吐出口
１９    狭窄部
２０,２０ａ,２２    貫通穴
２０ｂ    溝部
２１,１３１,１４３    支持体
２３    接着剤
２４    オリフィス
２５,２５'    第１の液供給口
２６,１４８     第１の液供給部材
２７,１４９     第２の液供給部材
２８,１４６     配線基板
２９    封止剤
３０,１０５,１０５',１４１    分離壁
３１,１０６,１４１ａ    可動部材
３２    自由端
３３    支点
３４    支持部材
３５    スリット
３６    気泡発生領域前壁
３７    気泡発生領域側壁
４０    気泡
４５    液滴
５０    溝付部材
５１    オリフィスプレート
７０    回路基板
８０    供給部材
１０５ａ'     折り曲げ部
１１４,１１４',１４７     溝付天板
１３０,１３０',１４５'     穴
１４４    第２の液供給溝
１４５    第２の液供給穴
６１９    貫通孔
６２０,６２１     液体供給路
６２３    液室
６３０    壁部材
６３６    スペーサ層
【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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