(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を吐出する吐出口を備え、第１の液体が供給された第１領域と、第２の液体を備え該第２の液体に気泡を発生させる気泡発生領域と、該気泡発生領域に対面して配された第１の位置と該第１領域内で該気泡発生領域から遠ざかる第２の位置との間を変位可能であって自由端よりも上流側に支点部を有する可動部材とを備え、該気泡発生領域における気泡の発生に伴って該可動部材を該第１の位置から該第２の位置の方向へ変位させると共に該可動部材により該気泡を吐出口側へ導く液体吐出ヘッドを用いて、少なくとも第１の液体を吐出させる液体吐出方法であって、
前記第１の液体及び前記第２の液体が、一方が親水性で、他方が疎水性であり、互いに相溶性がない液体であることを特徴とする液体吐出方法。
【請求項２】
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、発泡性及び堆積物の発生防止性の少なくとも１つの性質で優れている液体である請求項１に記載の液体吐出方法。
【請求項３】
液体を吐出する吐出口を備え、第１の液体が供給された第１領域と、第２の液体を備え該第２の液体に気泡を発生させる気泡発生領域と、該気泡発生領域に対面して配された第１の位置と該第１領域内で該気泡発生領域から遠ざかる第２の位置との間を変位可能であって自由端よりも上流側に支点部を有する可動部材とを備え、該気泡発生領域における気泡の発生に伴って該可動部材を該第１の位置から該第２の位置の方向へ変位させると共に該可動部材により該気泡を吐出口側へ導く構成を有する液体吐出ヘッドであって、
前記第１領域と前記気泡発生領域のそれぞれに第１の液体及び第２の液体を供給する液体供給手段を有し、該液体供給手段から供給される第１の液体と第２の液体は、一方が親水性で、他方が疎水性であり、互いに相溶性がないことを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項４】
液体を吐出する吐出口を備え、第１の液体が供給された第１領域と、第２の液体を備え該第２の液体に気泡を発生させる気泡発生領域と、該気泡発生領域に対面して配された第１の位置と該第１領域内で該気泡発生領域から遠ざかる第２の位置との間を変位可能であって自由端よりも上流側に支点部を有する可動部材とを備え、該気泡発生領域における気泡の発生に伴って該可動部材を該第１の位置から該第２の位置の方向へ変位させると共に該可動部材により該気泡を吐出口側へ導く液体吐出ヘッドを用いて、少なくとも第１の液体を吐出させる液体吐出方法であって、該第１領域と該気泡発生領域は、該第１の位置に該可動部材が存在する状態において互いに実質密閉関係にあって、
該第１液体及び該第２液体が、一方が親水性で、他方が疎水性であり、互いに相溶性がない液体であることを特徴とする液体吐出方法。
【請求項５】
液体を吐出する吐出口を備え、第１の液体が供給された第１領域と、第２の液体を備え該第２の液体に気泡を発生させる気泡発生領域と、該気泡発生領域に対面して配された第１の位置と該第１領域内で該気泡発生領域から遠ざかる第２の位置との間を変位可能であって自由端よりも上流側に支点部を有する可動部材とを備え、該気泡発生領域における気泡の発生に伴って該可動部材を該第１の位置から該第２の位置の方向へ変位させると共に該可動部材により該気泡を吐出口側へ導く構成を有する液体吐出ヘッドであって、
該第１領域と該気泡発生領域は、該第１の位置に該可動部材が存在する状態において互いに実質密閉関係にあって、該第１液体及び該第２液体が、一方が親水性で、他方が疎水性であり、互いに相溶性がない液体であることを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項６】
液体を吐出する吐出口を備え、第１の液体が供給された第１領域と、第２の液体を備え該第２の液体に気泡を発生させる気泡発生領域と、該気泡発生領域に対面して配された第１の位置と該第１領域内で該気泡発生領域から遠ざかる第２の位置との間を変位可能であって自由端よりも上流側に支点部を有する可動部材とを備え、該気泡発生領域における気泡の発生に伴って該可動部材を該第１の位置から該第２の位置の方向へ変位させると共に該可動部材により該気泡を吐出口側へ導く液体吐出ヘッドを用いて少なくとも第１の液体を吐出させるインクジェット記録方法であって、該第１領域と該気泡発生領域は、該第１の位置に該可動部材が存在する状態において互いに実質密閉関係にあって、該第１液体及び該第２液体が、一方が親水性で、他方が疎水性であり、互いに相溶性がない液体であり、該第１の液体は色材を含有するインクであることを特徴とするインクジェット記録方法。
【請求項７】
液体を吐出する吐出口を備え、第１の液体が供給された第１領域と、第２の液体を備え該第２の液体に気泡を発生させる気泡発生領域と、該気泡発生領域に対面して配された第１の位置と該第１領域内で該気泡発生領域から遠ざかる第２の位置との間を変位可能であって自由端よりも上流側に支点部を有する可動部材とを備え、該気泡発生領域における気泡の発生に伴って該可動部材を該第１の位置から該第２の位置の方向へ変位させると共に該可動部材により該気泡を吐出口側へ導く構成を有するインクジェット記録ヘッドであって、該第１領域と該気泡発生領域は、該第１の位置に該可動部材が存在する状態において互いに実質密閉関係にあって、該第１液体及び該第２液体が、一方が親水性で、他方が疎水性であり、互いに相溶性がない液体であり、該第１の液体は色材を含有するインクであることを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
【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を利用して所望の液体を所望の状態で吐出させる液体吐出方法に関する。本発明は更に該液体吐出方法に用い得る液体吐出ヘッドに関する。特に、本発明の有効な利用分野はインクジェット記録分野である。
【０００２】
また本発明は紙、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックス等の被記録媒体に対し記録を行うプリンター、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。
【０００３】
なお、本発明における、「記録」とは、文字や図形等の意味を持つ画像を被記録媒体に対して付与することだけでなく、パターン等の意味を持たない画像を付与することをも意味するものである。
【０００４】
【従来の技術】
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液滴状態で吐出し、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配されている。
【０００５】
この様な記録方法によれば、品位の高い画像を高速、低騒音で記録することができると共に、この記録方法を行うヘッドではインクを吐出するための吐出口を高密度に配置することができるため、小型の装置で高解像度の記録画像、さらにカラー画像をも容易に得ることができるという多くの優れた点を有している。このため、このバブルジェット記録方法は近年、プリンター、複写機、ファクシミリ等の多くのオフィス機器に利用されており、さらに、捺染装置等の産業用システムにまで利用されるようになってきている。
【０００６】
このようにバブルジェット技術が多方面の製品に利用されるに従って、次のような様々な要求が近年さらにたかまっている。
【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、発生した熱の液体への伝搬効率を向上させる点で効果がある。
【０００８】
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、高速記録の観点から、吐出された液体の液流路内への充填（リフィル）速度の速い液体吐出ヘッドを得るために流路形状を改良したものも提案されている。
【０００９】
この流路形状の内、流路構造として図２３（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。
【００１０】
図２３、（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。
【００１１】
図２３（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。
【００１２】
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。
【００１３】
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２３（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。
【００１４】
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。
【００１５】
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号明細書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。
【００１６】
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。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
本願出願人は、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し、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発明を出願した。
【００１８】
この発明は、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もので、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で吐出効率、吐出速度の向上をもたらすことを開示している。
【００１９】
前述した先行発明に鑑み、本発明者らは可動部材の変位領域と気泡発生領域とを実質的に区別することで構造的な相分離状態を形成する代りに、使用する液体の条件を考慮することで構造的なバラツキによる不安定な相状態を招くことを解決し、あるいは構造設計条件を緩和できるという知見に至った。
【００２０】
本発明は、この知見に基づいてなされたもので、本発明の主たる目的は以下のとおりである。
【００２１】
本発明の第１の目的は、発泡領域に供給される液体と、発泡領域を経由しない液体との特性差によってヘッド内でのこれらの分離状態を確実にすることで、これらの液体の機能分離を更に明確として、これらの２種の液体を用いることによる利点を更に拡大することにある。
【００２２】
また本発明の第２の目的は、上記２種の液体の組合せを適宜選択することで、耐水性があり、鮮明で高品位な記録を実施できる技術を提供することにある。
【００２３】
また本発明の第３の目的は、記録画像に光沢の付加が可能となる技術を提供することにある。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
上述のような目的を達成するための本発明の代表的な態様は、次のようなものである。
【００２５】
本発明の一態様としての液体吐出方法は、
液体を吐出する吐出口を備え、第１の液体が供給された第１領域と、第２の液体を備え該第２の液体に気泡を発生させる気泡発生領域と、該気泡発生領域に対面して配された第１の位置と該第１領域内で該気泡発生領域から遠ざかる第２の位置との間を変位可能であって自由端よりも上流側に支点部を有する可動部材とを備え、該気泡発生領域における気泡の発生に伴って該可動部材を該第１の位置から該第２の位置の方向へ変位させると共に該可動部材により該気泡を吐出口側へ導く液体吐出ヘッドを用いて、少なくとも第１の液体を吐出させる液体吐出方法であって、
前記第１の液体及び前記第２の液体が、一方が親水性で、他方が疎水性であり、互いに相溶性がない液体である
ことを特徴とする。
【００２６】
本発明の一態様としての液体吐出ヘッドは、
液体を吐出する吐出口を備え、第１の液体が供給された第１領域と、第２の液体を備え該第２の液体に気泡を発生させる気泡発生領域と、該気泡発生領域に対面して配された第１の位置と該第１領域内で該気泡発生領域から遠ざかる第２の位置との間を変位可能であって自由端よりも上流側に支点部を有する可動部材とを備え、該気泡発生領域における気泡の発生に伴って該可動部材を該第１の位置から該第２の位置の方向へ変位させると共に該可動部材により該気泡を吐出口側へ導く構成を有する液体吐出ヘッドであって、
前記第１領域と前記気泡発生領域のそれぞれに第１の液体及び第２の液体を供給する液体供給手段を有し、該液体供給手段から供給される第１の液体と第２の液体は、一方が親水性で、他方が疎水性であり、互いに相溶性がない
ことを特徴とする。
【００２７】
更に、本発明の一態様としての液体吐出方法は、
液体を吐出する吐出口を備え、第１の液体が供給された第１領域と、第２の液体を備え該第２の液体に気泡を発生させる気泡発生領域と、該気泡発生領域に対面して配された第１の位置と該第１領域内で該気泡発生領域から遠ざかる第２の位置との間を変位可能であって自由端よりも上流側に支点部を有する可動部材とを備え、該気泡発生領域における気泡の発生に伴って該可動部材を該第１の位置から該第２の位置の方向へ変位させると共に該可動部材により該気泡を吐出口側へ導く液体吐出ヘッドを用いて、少なくとも第１の液体を吐出させる液体吐出方法であって、
該第１領域と該気泡発生領域は、該第１の位置に該可動部材が存在する状態において互いに実質密閉関係にあって、該第１液体及び該第２液体が、一方が親水性で、他方が疎水性であり、互いに相溶性がない液体である
ことを特徴とする。
【００２８】
本発明の一態様としての液体吐出ヘッドは、
液体を吐出する吐出口を備え、第１の液体が供給された第１領域と、第２の液体を備え該第２の液体に気泡を発生させる気泡発生領域と、該気泡発生領域に対面して配された第１の位置と該第１領域内で該気泡発生領域から遠ざかる第２の位置との間を変位可能であって自由端よりも上流側に支点部を有する可動部材とを備え、該気泡発生領域における気泡の発生に伴って該可動部材を該第１の位置から該第２の位置の方向へ変位させると共に該可動部材により該気泡を吐出口側へ導く構成を有する液体吐出ヘッドであって、
該第１領域と該気泡発生領域は、該第１の位置に該可動部材が存在する状態において互いに実質密閉関係にあって、該第１液体及び該第２液体が、一方が親水性で、他方が疎水性であり、互いに相溶性がない液体である
ことを特徴とする。
【００２９】
本発明の一態様としてのインクジェット記録方法は、
液体を吐出する吐出口を備え、第１の液体が供給された第１領域と、第２の液体を備え該第２の液体に気泡を発生させる気泡発生領域と、該気泡発生領域に対面して配された第１の位置と該第１領域内で該気泡発生領域から遠ざかる第２の位置との間を変位可能であって自由端よりも上流側に支点部を有する可動部材とを備え、該気泡発生領域における気泡の発生に伴って該可動部材を該第１の位置から該第２の位置の方向へ変位させると共に該可動部材により該気泡を吐出口側へ導く液体吐出ヘッドを用いて少なくとも第１の液体を吐出させるインクジェット記録方法であって、
該第１領域と該気泡発生領域は、該第１の位置に該可動部材が存在する状態において互いに実質密閉関係にあって、該第１液体及び該第２液体が、一方が親水性で、他方が疎水性であり、互いに相溶性がない液体であり、該第１の液体は色材を含有するインクであることを特徴とする。
【００３０】
本発明の一態様としてのインクジェット記録ヘッドは、
液体を吐出する吐出口を備え、第１の液体が供給された第１領域と、第２の液体を備え該第２の液体に気泡を発生させる気泡発生領域と、該気泡発生領域に対面して配された第１の位置と該第１領域内で該気泡発生領域から遠ざかる第２の位置との間を変位可能であって自由端よりも上流側に支点部を有する可動部材とを備え、該気泡発生領域における気泡の発生に伴って該可動部材を該第１の位置から該第２の位置の方向へ変位させると共に該可動部材により該気泡を吐出口側へ導く構成を有するインクジェット記録ヘッドであって、
該第１領域と該気泡発生領域は、該第１の位置に該可動部材が存在する状態において互いに実質密閉関係にあって、該第１液体及び該第２液体が、一方が親水性で、他方が疎水性であり、互いに相溶性がない液体であり、該第１の液体は色材を含有するインクであることを特徴とする。
【００３１】
第１の液体と第２の液体の組合せとしては、第１の液体及び第２の液体の一方が親水性であり、他方が疎水性インクである組合せが挙げられる。
【００３２】
本発明によれば、互いに混合し合わない２種の液体をその分離性を確保しつつ同一ヘッド中に保持させることで、これらの２種の液体を用いる利点をより有効に発揮させることが可能となる。更に、これらの液体の組合せを適宜選択することでブリーディングの発生をより効果的に防止し、鮮明で高品位な記録を実施できる。また、かかる構成によれば、ヘッドの吐出口の増粘や固着防止を更に効果的に実施することが可能となる。また、記録画像に光沢の付加も可能となる。
【００３３】
また、本発明によると、後述するような可動部材の自由端変位を伴う液体吐出の後に第１の液体収納域である第１領域内に第２の液体がわずかに残留したとしても、第１の液体及び第２の液体には互いに相溶性がない為、第１及び第２の液体各々の集合能力によって互いに集合し、第１領域内に残留した第２液体は気泡発生領域内の第２の液体に吸収され、第１液体と第２液体の分離状態に自動的に復帰する。従って、第１領域に残留した第２液体が次の液体の射出のための液滴の成分に影響を与えることは殆ど無く、吐出液滴の品質を安定させる事ができる。
【００３４】
加えて、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、ヘッド等に比べて、吐出効率を向上できる。例えば本発明の最も好ましい形態においては２倍以上という飛躍的な吐出効率の向上を達成できた。
【００３５】
この発明の特徴的な構成によれば、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。
【００３６】
また、特に本発明のリフィル特性を向上した構成によれば、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記録また高画質記録を可能にすることができた。
【００３７】
本発明のその他の効果については、以下の記載からも理解される。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
また、本発明の説明で用いる「実質的に密閉」とは、気泡が成長するとき、可動部材が変位する前に可動部材の周囲の隙間（スリット）から気泡がすり抜けない程度の状態を意味する。
【００４１】
さらに、本発明でいう「分離壁」とは、広義では気泡発生領域と吐出口に直接連通する領域とを区分するように介在する壁（可動部材を含んでもよい）を意味し、狭義では気泡発生領域を含む流路を吐出口に直接連通する液流路とを区分し、それぞれの領域にある液体の混合を防止するものを意味する。
【００４２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。
【００４３】
まず図面を参照しつつ本発明で利用する可動部材の機能について説明する。すなわち、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。なお、以下の各例での説明は、液体補給タンク、可動部材変位領域や気泡発生領域へ至る液流路は互いに分離されたものであることを前提とする。
【００４４】
図１は可動部材を用いた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いる。
【００４５】
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（この例においては４０μｍ×１０５μｍの形状の発熱抵抗体）が素子基板１に設けられており、この素子基板上に発熱体２に対応して液流路１０が配されている。液流路１０は吐出口１８に連通していると共に、複数の液流路１０に液体を供給するための共通液室１３に連通しており、吐出口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。
【００４６】
この液流路１０の素子基板上には、前述の発熱体２に対向するように面して、金属等の弾性を有する材料で構成され、平面部を有する板状の可動部材３１が片持梁状に設けられている。この可動部材の一端は液流路１０の壁や素子基板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）等に固定されている。これによって、可動部材は保持されると共に支点（支点部分）３３を構成している。
【００４７】
この可動部材３１は、液体の吐出動作によって共通液室１３から可動部材３１を経て吐出口１８側へ流れる大きな流れの上流側に支点（支点部分；固定端）３３を持ち、この支点３３に対して下流側に自由端（自由端部分）３２を持つように、発熱体２に面した位置に発熱体２を覆うような状態で発熱体から１５μｍ程度の距離を隔てて配されている。この発熱体と可動部材との間が気泡発生領域となる。なお発熱体、可動部材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。
【００４８】
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に優先的に作用し、可動部材３１は図１（ｂ）、（ｃ）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。
【００４９】
ここで、以上述べた可動部材を用いた場合の基本的な吐出原理の一つを以下に説明する。この吐出方法における最も重要な原理の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。
【００５０】
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２と可動部材を用いた図３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。
【００５１】
図２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。
【００５２】
これに対して、図３で示される可動部材を用いた場合には、可動部材３１が図２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。
【００５３】
次に図１に戻って、可動部材を用いた液体吐出ヘッドの吐出動作について詳しく説明する。
【００５４】
図１（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、発熱体の発熱によって発生した気泡に対し、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。
【００５５】
図１（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。
【００５６】
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、可動部材の少なくとも一部を発熱体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。
【００５７】
図１（ｃ）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、すなわち自由端側への気泡の成長方向を吐出口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。可動部材は気泡や発泡圧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。
【００５８】
図１（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。
【００５９】
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自身のばね性による復元力によって図１（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）、すなわち共通液室夫々の側から流れの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。
【００６０】
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、以下に可動部材を用いた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。
【００６１】
図１を用いて可動部材を用いた場合の液供給メカニズムをさらに詳しく説明する。
【００６２】
図１（ｃ）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。）。
【００６３】
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。
【００６４】
これに対して本例は可動部材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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
このように可動部材を用いた場合は、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。
【００６８】
可動部材を用いた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。可動部材を用いた場合は、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ることでもリフィル供給性の向上をさらに図っている。
【００６９】
次に、可動部材を用いた場合における更なる特徴的な構造と効果について、以下に説明する。
【００７０】
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、この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】
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１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、可動部材を用いた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。
【００７２】
ところで、可動部材３１の自由端３２と支点３３の位置は、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、吐出によって後退したメニスカス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１３、第２液流路１２を含む）内を流れる流れＶＤ１、ＶＤ２夫々に対し、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。
【００７３】
補足すれば、図１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、又は気泡を可動部材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。
【００７４】
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。また、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。
【００７５】
前述した機械的変位による液体の吐出力をさらに向上させた例を図４に示す。図４はこのようなヘッド構造の横断面図である。図４においては、可動部材３１の自由端の位置が発熱体のさらに下流側に位置するように、可動部材が延在している例を示している。これによって自由端位置での可動部材の変位速度を高くすることができ、可動部材の変位による吐出力の発生をさらに向上させることができる。
【００７６】
また、自由端が先の例に比較して吐出口側に近づくことになるので気泡の成長をより安定した方向成分に集中できるので、より優れた吐出を行うことができる。
【００７７】
また、気泡の圧力中心部の気泡成長速度に応じて、可動部材３１は変位速度Ｒ１で変位するが、この位置より支点３３に対して、遠い位置の自由端３２はさらに速い速度Ｒ２で変位する。これにより、自由端３２を高い速度で機械的に液体に作用せしめ液移動を起こさせることで吐出効率を高めている。
【００７８】
また、自由端形状は、液流れに対して垂直な形状をすることにより、気泡の圧力や可動部材の機械的な作用をより効率的に吐出に寄与させることができる。
【００７９】
以上説明した可動部材を用いた吐出方式を適用して本発明を構成することができる。なお、本発明で用いるヘッドは、上記の可動部材を用いたヘッドにおける構成や特性、あるいは吐出原理などを基本的に有するもので、この基本的な事項に加えて、液流路を第１の液流路と第２の液流路に分割し、かつ、第１の液流路に供給される第１の液体と、第２の液流路に供給され、加熱により発泡させる第２の液体とを分けた構成を有する。
【００８０】
図５は、本発明の液体吐出ヘッドの他の例における流路方向の断面模式図を示しており、図６はこの液体吐出ヘッドの部分破断斜視図を示している。
【００８１】
本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液流路１６があり、その上に吐出口１８に直接連通した第１液流路１４が配されている。
【００８２】
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液流路に液体を供給するための第２共通液室に連通している。
【００８３】
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液流路中の第１の液体と第２の液流路中の第２の液体とが混合しないようにこれらを液密に区分している。
【００８４】
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５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６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。なお、可動部材の自由端におけるスリットでの２液の混合の防止は、後述するように、このスリット幅を両者の液体間でメニスカスを形成する程度の間隔とする方法があるが、本発明は第１及び第２の液体の特性によって達成することができる。また、可動部材の側方における混液の防止は、可動部材設置位置における第２の液流路の幅を、可動部材の幅よりも小さくする構成等によっても達成できるが、本発明は第１及び第２の液体の特性によって達成する。
【００８５】
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、先の図１等で説明した例と同様にしている。
【００８６】
また、先の例で液供給路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。
【００８７】
次に図７を用いて本例の液体吐出ヘッドの動作を説明する。ヘッドを駆動させるにあたっては、第１液流路１４に供給される第１の液体と第２の液流路１６に供給される発泡液としての第２の液体を用いて動作させた。発熱体２で発生した熱が、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、先例で説明したのと同様に発泡液に米国特許第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４０を発生させる。
【００８８】
本例においては、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７（ａ）の状態から図７（ｂ）のように第１液流路側に変位する。この可動部材の動作によって第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。
【００８９】
この時、第１の液流路１４内の吐出口側にあって吐出される第１の液体の部分と、第２の液流路１６内の第２の液体のうちの第１の液流路１４側へ移動した部分が、互いに混合されないが１つの液滴を構成して吐出口から吐出される。
【００９０】
第１の液体と第２の液体の組合せとしては、これらが互いに混合されない特性を有し、これらの一方を疎水性とし他方を親水性とする組合せが用いられる。
【００９１】
これらの液体の組合せとしては例えば次のような組合せを挙げことができる。（１）第１の液体として水性インクを用い、第２の液体として非極性溶剤（例えばシクロヘキサン、キシレン等）、または撥水剤（シリコーンオイルなど）と非極性溶剤の混合物を用いる。
（２）第１の液体として油性インキを用い、第２の液体として水性液体を用いる。
【００９２】
水性液体としては、水、または水と水溶性有機溶剤の混合物を用いることができる。水溶性有機溶剤としては、例えば通常のインクジェット記録用インクの調製に用いられているものが好適に利用でき、その具体例としては、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド等のアミド類；アセトン等のケトン類；テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル類；ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール等のポリアルキレングリコール類；エチレングリコール、プロピレングリコール、ブチレングリコール、トリエチレングリコール、１，２，６−ヘキサントリオール、チオジグリコール、ヘキシレングリコール、ジエチレングリコール等のアルキレングリコール類；エチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコールモノメチルエーテル等の多価アルコールの低級アルキルエーテル類；エタノール、イソプロピルアルコール等の１価のアルコール類；グリセリン；Ｎ−メチル−２−ピロリドン；１，３−ジメチル−２−イミダゾリジノン；トリエタノールアミン；スルホラン；ジメチルスルホキシド；及びシクロヘキサノール等を挙げることができる。これらは単独で、あるいはこれらの２種以上の組合せで用いることができる。水溶性有機溶剤の含有量は、液体に要求される特性等に応じて適宜選択されるが、例えば１〜８０重量％の量で配合することができる。
【００９３】
水性液体には、必要に応じて界面活性剤、ｐＨ調整剤、防腐剤、酸化防止剤、溶解補助剤、分散剤等種々の添加剤を、単独であるいは２種以上の組合せで含有させることができる。これらの中では、表面張力調整剤としても機能し得る界面活性剤を用いるのが好ましい。界面活性剤としては、脂肪酸塩類、高級アルコール硫酸エステル塩、アルキルベンゼンスルホン酸塩類、高級アルコールリン酸エステル塩等のアニオン界面活性剤、脂肪族アミン類、第４級アンモニム塩類等のカチオン界面活性剤、高級アルコールエチレンオキサイド付加物、アルキルフェノールエチレンオキサイド付加物、脂肪酸エチレンオキサイド付加物、多価アルコール脂肪酸エステルエチレンオキサイド付加物、高級アルキルアミンエチレンオキサイド付加物、脂肪酸アミドエチレンオキサイド付加物、ポリプロピレングリコールエチレンオキサイド付加物、多価アルコールの脂肪酸エステル、アルカノールアミンの脂肪酸アミド類等の非イオン界面活性剤、アミノ型両性界面活性剤、ベタイン型界面活性剤等を挙げることができる。
【００９４】
上記の水性液体に染料、顔料、分散性トナー等を溶解または分散させることによって色材を含む水性インクを得ることができる。この色材の量としては、所望とする画像濃度や色材を反応要素として利用する場合の反応性等に応じて選択されるが、例えば０．１〜２０重量％の量で使用することができる。なお、色材は水溶性樹脂等によって水性液体中に分散されるものであっても良い。
【００９５】
水性液体、あるいは水性インクの物性、例えば粘度や表面張力は、その組成を選択することで調整することができる。
【００９６】
油性インキとしては、例えば油溶性染料を、キシレン、セロソルブ等を用いた油性溶媒に溶解させたものなどの各種の印刷法で利用されているもので、第１の液体として必要な特性を有するものであれば特に制限なく利用できる。
【００９７】
次に、気泡が収縮するに伴って可動部材３１が図７（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。本例においても、この吐出液体の供給は前述の例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。
【００９８】
本例は、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先に図１等を用いて説明した例と同じであるが、本例のような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。
【００９９】
すなわち、第１の液体と第２の液体とを別液体とし、第２の液体の発泡で生じた圧力によってこれらの液体の非混合状態からなる液滴を吐出するので、例えば第１の液体には発泡に必要な熱的特性は要求されず、第１の液体の設計条件が大幅に緩和できる。例えば、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、この液体を第１の液流路に供給し、第２の液体として発泡が良好に行われる液体［エタノール：水＝４：６の混合液（粘度１〜２ｃＰ程度）をベースとするものなど］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。
【０１００】
また、第２の液体として、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。
【０１０１】
さらに、本発明のヘッドの構造においては先に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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
以上、本発明の液体吐出ヘッドや液体吐出方法の要部の例について説明を行ったが、以下にこれらの例に好ましく適用できる構成例について図面を用いて説明する。
【０１０４】
図８は本発明の液体吐出ヘッドの一例の流路方向断面図であるが、第１液流路１４（若しくは図１における液流路１０）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。本例においては可動部材の自由端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。
【０１０５】
また、この図で示されるように吐出口の直径より可動部材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。
【０１０６】
図９は、第２液流路と可動部材との配置関係の変形例を、可動部材３１と第２の液流路１６との配置関係において説明するための図であり、同図（ａ）は可動部材３１近傍を上方から見た図であり、同図（ｂ）は、可動部材３１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３１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。
【０１０７】
本例の第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。
【０１０８】
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。
【０１０９】
しかし、本例の場合、吐出される液体の多くを第１液流路内に第１の液体として供給し、発熱体が設けられた第２液流路内の第２の液体（発泡液）の消費量を第１の液体に対して大幅に少なくすることもでき、そのような場合には、第２液流路の気泡発生領域１１への発泡液の充填量も少なくてすむ。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、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側に伝えられる形状であれば良い。
【０１１０】
なお、図９（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、第１の液流路側の第１の液体と、第２の液流路側の第２の液体との不吐出時における分離性を確保することが可能となる。また、この構成によれば、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。
【０１１１】
なお、図７（ｂ）や図８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、本例においてはこの高さを１５μｍとした。
【０１１２】
図１０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９（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。
【０１１３】
先の例においては、板状可動部材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そこに接触する液体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。
【０１１４】
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、さらに二酸化珪素等のセラミックおよびその化合物が望ましい。
【０１１５】
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。
【０１１６】
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。
【０１１７】
なお、可動部材３１を形成するためのスリット３５の幅は本例では２μｍとしたが、スリットの幅は可動部材を設けることによる効果が発揮できる範囲内で適宜変更可能であるが、例えば、好ましくは５μｍ以下、より好ましくは３μｍ以下にすることが望ましい。なお、本発明では、可動部材及び分離壁によって仕切られた第１の液流路と第２の液流路に供給された第１の液体と第２の液体の分離性をこれらの液体の特性を選択することで確保しており、かかるスリット幅をこれら液体がメニスカスを形成できる程度の幅とすることでより確実な分離性を確保することができる。
【０１１８】
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。
【０１１９】
スリットを形成する可動部材の自由端あるいは／且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７、図８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２種の液体の吐出動作にない状態での混液を更に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以下の粘度の第２の液体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。
【０１２０】
本発明の「実質的な密閉状態」をヘッドの構造のみで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が、本発明における液体特性差の利用により、この条件は緩和される。
【０１２１】
上述のように、可動部材は、第１の液体と第２の液体との仕切部材の一部としても機能するものとなる。この可動部材が気泡の生成に伴って移動する際に第１の液流路側に対して、第２の液流路側の第２の液体の一部が進入して、第１の液流路側の第１の液体と第２の液体との非混合状態での１吐出液の形成が行われる。画像を形成する１吐出液におけるこれらの液体の占有割合は、ヘッドの構成等に応じて適宜選択可能であるが、発泡に必要な熱的な要件を大幅に緩和できるという利点を有効に発揮させるには、本発明の目的を達成できる範囲内で第１の液体の割合がより多くなるのが好ましい。例えば、第１の液体と２の液体との占有比が５０：５０〜９５：５の範囲となるように設定するのが好ましい。なお、第１の液体と第２の液体の占有割合から色材の濃度を設定すると良い。
【０１２２】
なお、第１の液体と第２の液体の占有割合は、例えば、気泡発生領域に配置した発熱体の駆動条件を変化させることによって調整することも可能である。この調整方法について水性液体を用いた第１の液体と第２の液体を混合して吐出させる場合を例にとって説明するが、この方法は発明における２液を混在させて吐出する方法にも適用可能であり、例えば濃度諧調を表現する場合に好適に適用し得る。
【０１２３】
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。
【０１２４】
熱等のエネルギーをインクに与えることで、インクに急峻な体積変化（気泡の発生）を伴う状態変化を生じさせ、この状態変化に基づく作用力によって吐出口からインクを吐出し、これを被記録媒体上に付着させて画像形成を行うインクジェット記録方法、いわゆるバブルジェット記録方法の従来技術においては、図１１に示すように、発熱体面積とインク吐出量は比例関係にあるが、インク吐出に寄与しない非発泡有効領域Ｓが存在していることがわかる。また、発熱体上のコゲの様子から、この非発泡有効領域Ｓが発熱体の周囲に存在していることがわかる。これらの結果から、発熱体周囲の約４μｍ幅は、発泡に関与されていないとされている。
【０１２５】
したがって、発泡圧を有効利用するためには、発熱体の周囲から約４μｍ以上内側の発泡有効領域の直上が可動部材の可動領域で覆われるように、可動部材を配置するのが効果的であると、言える。本例においては、発泡有効領域を発熱体周囲から約４μｍ以上内側としたが、発熱体の種類や形成方法によっては、これに限定されるものではない。
【０１２６】
図１２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（（ａ）図）、可動部材３０２（（ｂ）図）を配置したときの上部から見た模式図を示す。
【０１２７】
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、該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〜可動先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実験を行った結果、可動部材の耐久性に関しては、（ａ）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。（ｂ）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もと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。
【０１２８】
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。
【０１２９】
図１３に発熱体のエッジから可動部材の支点までの距離と、可動部材の変位量の関係を示す。また、図１４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。したがって、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、可動部材の支点の位置を決めることが望ましい。
【０１３０】
また、可動部材の支点が発熱体の発泡有効領域直上に位置する場合は、可動部材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。したがって、可動部材の支点は、発熱体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。
【０１３１】
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。
【０１３２】
図１５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１５（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。
【０１３３】
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。
【０１３４】
素子基板１には、シリコン等の基体１０７に絶縁および蓄熱を目的としたシリコン酸化膜またはチッ化シリコン膜１０６を成膜し、その上に発熱体を構成するハフニウムボライド（ＨｆＢ２）、チッ化タンタル（ＴａＮ）、タンタルアルミ（ＴａＡｌ）等の電気抵抗層１０５（０．０１〜０．２μｍ厚）とアルミニウム等の配線電極（０．２〜１．０μｍ厚）を図６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から抵抗層１０５に電圧を印加し、抵抗層に電流を流し発熱させる。配線電極間の抵抗層上には、酸化シリコンやチッ化シリコン等の保護層１０３を０．１〜２．０μｍ厚で形成し、さらにそのうえにタンタル等の耐キャビテーション層１０２（０．１〜０．６μｍ厚）が成膜されており、インク等の各種の液体から抵抗層１０５を保護している。
【０１３５】
特に、気泡の発生、消泡の際に発生する圧力や衝撃波は非常に強く、堅くてもろい酸化膜の耐久性を著しく低下させるため、金属材料のタンタル（Ｔａ）等が耐キャビテーション層として用いられる。
【０１３６】
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耐キャビテーション層を必要としない構成でもよく、その例を図１５（ｂ）に示す。このような耐キャビテーション層を必要としない抵抗層の材料としてはイリジュウム−タンタル−アルミ合金等が挙げられる。
【０１３７】
このように、前述の各例における発熱体の構成としては、前述の電極間の抵抗層（発熱部）だけででもよく、また抵抗層を保護する保護層を含むものでもよい。
【０１３８】
本例においては、発熱体として電気信号に応じて発熱する抵抗層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としての第２の液体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。
【０１３９】
なお、前述の素子基板１には、前述の発熱部を構成する抵抗層１０５とこの抵抗層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。
【０１４０】
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、前述の抵抗層１０５に配線電極１０４を介して図１６で示されるような矩形パルスを印加し、配線電極間の抵抗層１０５を急峻に発熱させる。前述の各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。
【０１４１】
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。
【０１４２】
図１７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。
【０１４３】
本例においては、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１４に第１の液体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。
【０１４４】
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。
【０１４５】
第１の液体は、図１７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１７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。
【０１４６】
本例では、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。
【０１４７】
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。
【０１４８】
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１８で示す本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。
【０１４９】
本例では、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。
【０１５０】
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、前述した可動壁３１が設けられた分離壁３０とが配されている。
【０１５１】
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共通液室に第１の液体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に第２の液体（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第２の液体を第１の液体と混合することなく第２の共通液室１５に供給することができる。
【０１５２】
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に対応して液流路１４が配されている。また、本例では、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。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。
【０１５３】
以上説明したように本例によれば、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。
【０１５４】
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。
【０１５５】
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。
【０１５６】
先の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。
【０１５７】
次に、上記の例に係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。
【０１５８】
図１９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。
【０１５９】
液体吐出ヘッド部２００は、素子基板１、分離壁３０、溝付部材５０、押さえバネ７８、液体供給部材９０、支持体７０等から成っている。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と可動壁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、液体が流通する吐出流路（不図示）が形成される。
【０１６０】
押さえバネ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。
【０１６１】
支持体７０は、素子基板１等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。
【０１６２】
液体容器９０は、液体吐出ヘッドに供給される２種の液体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が設けられている。第１の液流路に供給される第１の液体の供給は、液体容器の供給路９２から接続部材の供給路８４を介して液体供給部材８０の供給路８１に供給され、各部材の供給路８３、７１、２０を介して第１の共通液室に供給される。第２の液体（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の供給路８２に供給され、各部材の供給路８４、７１、２１を介して第２液室に供給される。
【０１６３】
なお、この液体容器には、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とは一体であってもよく、分離可能としてもよい。
【０１６４】
図２０は、前述の液体噴射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。キャリッジＨＣは、第１の液体と第２の液体を区分して収容する液体タンク部９０と液体吐出ヘッド部２００とが着脱可能なヘッドカートリッジを搭載しており、被記録媒体搬送手段で搬送される記録紙等の被記録媒体１５０の幅方向に往復移動する。
【０１６５】
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被記録媒体に対して第１の液体と第２の液体が混合された状態で吐出される。
【０１６６】
また、本例の液体吐出装置においては、被記録媒体搬送手段とキャリッジを駆動するための駆動源としてのモータ１１１、駆動源からの動力をキャリッジに伝えるためのギア１１２、１１３、キャリッジ軸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によって、各種の被記録媒体に対して液体を吐出することで良好な画像の記録物を得ることができた。
【０１６７】
図２１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記録を動作させるための装置全体のブロック図である。
【０１６８】
記録装置は、ホストコンピュータ３００より印字情報を制御信号として受ける。印字情報は印字装置内部の入力インタフェイス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、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。
【０１６９】
またＣＰＵ３０２は前記画像データを記録用紙上の適当な位置に記録するために、画像データに同期して記録用紙および記録ヘッド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。
【０１７０】
上述のような記録装置に適用でき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を対象とすることができる。
【０１７１】
また上述の記録装置として、各種の紙やＯＨＰシート等に対して記録を行うプリンタ装置、コンパクトディスク等のプラスチック材に記録を行うプラスチック用記録装置、金属板に記録を行う金属用記録装置、皮革に記録を行う皮革用記録装置、木材に記録を行う木材用記録装置、セラミックス材に記録を行うセラミックス用記録装置、スポンジ等の三次元網状構造体に対して記録を行う記録装置、又布帛に記録を行う捺染装置等をも含むものである。
【０１７２】
またこれらの液体吐出装置に用いる吐出液としては、本発明の構成を少なくとも有し、更に夫々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。
【０１７３】
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。
【０１７４】
図２２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記録システムの構成を説明するための模式図である。本例における液体吐出ヘッドは、被記録媒体２２７の記録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。
【０１７５】
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２０１ａ〜ｄの駆動が成される。
【０１７６】
各ヘッドには、第１の液体としての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は第２の液体（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。
【０１７７】
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、非記録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。
【０１７８】
符号２０６は、先の各例で説明したような各種、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である。搬送ベルト２０６は、ローラ２１１などの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。
【０１７９】
本例のインクジェット記録システムにおいては、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をそれぞれ被記録媒体搬送経路の上流と下流に設けている。
【０１８０】
前処理と後処理は、記録を行う被記録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、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、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。
【０１８１】
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】
なお、本例では、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】
【実施例】
実施例１及び比較例１
以下の一般式で示される成分を含むジメチルシリコーンオイル：
【０１８４】
【化１】
0003548385.tif 000002
の３重量部を、非極性溶剤であるシクロヘキサン９７部に添加して第２の液流路に供給する発泡液としての第２の液体を調製した。
【０１８５】
次に、以下の成分を用いて常法により水性インクを調製し、これを第１の液流路に供給する第１の液体とした。
【０１８６】
【表１】
0003548385.tif 000003
上記の第１の液体と第２の液体を組合せて、１回の吐出における第１の液体と第２の液体の容量比が、９０：１０である図５に示す構成のヘッドを有する装置で液体吐出記録を行い、１ｃｍ×１ｃｍのベタ印字部を普通紙に多数形成したプリントサンプルを得た。
【０１８７】
得られた記録画像を分析したところ、各ドットが第１の液体の液滴上に第２の液体の液滴が重ね打ちされたような構造、すなわち第１の液体のドットが第２の液体でコーティングされたようになっているのが観察された。
比較例１
実施例１で用いた水性インクのみを使用して、すなわち第１の液流路及び第２の液流路の両方に水性インクを供給して、実施例１と同様の液体吐出記録を行い、プリントサンプルを得た。
評価試験例１
実施例１及び比較例１で得られたプリントサンプル上の記録画像について以下の項目に関する評価を行った。
１）耐水性
プリントサンプルを画像面を上にして４５°に傾け、その面の上部から１ｍｌの水を滴下して水滴に画像面上を降下させ、色材の流れ出しがあるかどうかを観察した。その結果、プリントサンプルでは実施例１の色材の流れ出しはほとんど観察されず、良好な耐水性が得られた。一方、比較例１のプリントサンプルでは色材の流れ出しが観察された。
２）画像の光沢
目視による光沢の程度を評価したところ、比較例１のプリントサンプルに対して実施例１のプリントサンプルでは光沢の向上が見られた。
３）耐擦過性
実施例１として、色材としてフードブラック２に代えて顔料を用いる以外は同様にして耐擦過性をも向上させたプリントサンプルを得た。このプリントサンプルについて、消しゴムで印字面を５回こすり画像のけずれ具合を評価したところ、問題はなかったが、比較例１のプリントサンプルでは印字が薄くなった。
実施例２
以下の示す成分を用いて第１の液流路に供給する第１の液体（水性インク）を調製した。
【０１８８】
【表２】
0003548385.tif 000004
＊）ＭＣＦ８８（商品名、三菱化学株式会社）１０重量部、スチレンアクリル共重合樹脂（分子量８０００、星光化学）１０重量部及び水８０重量を混合調製した分散トナー
上記の第１の液体としての水性インクと、第２の液体としてのシクロヘキサンを用い、実施例１と同様の装置で液体吐出記録を行った。その際、発熱体に記録情報に応じて印可される電気的なパルス信号の条件を種々変化させて、１回の吐出での吐出液の容量を測定した。更に、対照として、第１の液体のみを用いて、すなわち、第１の液流路と第２の液流路の両方に上記の水性インクを供給して同様の液体吐出記録を行った。その結果、同一パルス条件で、水性インクのみの場合に比べて、水性インクとシクロヘキサンを用いた場合に１０％程度の容量増加が得られた。そして、同一吐出量が得られるパルス信号を比較したところ、水性インクとシクロヘキサンを用いた場合に、水性インクを用いた場合に比べてパルス信号の大きさを小さくすることができた。
【０１８９】
【発明の効果】
本発明は、発泡領域に供給される液体と、発泡領域を経由しない、または可動部材の変位領域にある液体との特性差によってヘッド内でのこれらの分離状態を確実にすることで、これらの液体の機能分離を更に明確として、これらの２種の液体を用いることによる利点を更に拡大することができる。
【０１９０】
本発明にかかる第１液体を吐出液とし、第２液体を発泡液とし、自由端を有する可動部材の変位を伴う吐出を行なう実質密閉関係の第１領域と第２領域を有する吐出方法及びヘッドは、第２液体の消費を大幅に減じることができ、吐出液の特性変化を防止し、適正な液滴吐出を長期に渡って安定化することができる。
【０１９１】
また、本発明は、第１液体に加えて第２液体を付加した液滴形成もでき、液滴が付着した記録媒体（紙や液体受容層）において、第１及び第２液体各々の効果を夫々発揮させることができる。
【０１９２】
更に、２種の液体の組合せを適宜選択することで、耐水性があり、鮮明で高品位な記録を実施できる。また、ヘッドの吐出口の増粘や固着防止を更に効果的に行うことが可能となる。しかも、記録画像に光沢の付加も可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】可動部材を用いた液体吐出ヘッドの一例を示す模式断面図である。
【図２】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３】可動部材を用いた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４】可動部材を用いた液体吐出ヘッドの他の例の断面図である。
【図５】本発明の液体吐出ヘッドの一例の模式断面図である。
【図６】本発明の液体吐出ヘッドの一例の部分破断斜視図である。
【図７】可動部材の動作を説明するための図である。
【図８】可動部材と第１液流路の構造を説明するための図である。
【図９】可動部材と液流路の構造を説明するための図である。
【図１０】可動部材の他の形状を説明するための図である。
【図１１】発熱体面積とインク吐出量の関係を示す図である。
【図１２】可動部材と発熱体との配置関係を示す図である。
【図１３】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図である。
【図１４】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１５】本発明の液体吐出ヘッドの他の例の縦断面図である。
【図１６】駆動パルスの形状を示す模式図である。
【図１７】本発明の液体吐出ヘッドの供給路の一例を説明するための断面図である。
【図１８】本発明のヘッドの一例の分解斜視図である。
【図１９】液体吐出ヘッドカートリッジの分解斜視図である。
【図２０】液体吐出装置の概略構成図である。
【図２１】装置ブロック図である。
【図２２】液体吐出記録システムを示す図である。
【図２３】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  供給路
１３  共通液室
１４  第１液流路
１５  第１共通液室
１６  第２液流路
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
３１  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  溝付き部材
５１  オリフィスプレート
７０  支持体
７８  ばね
８０  供給部材
【図１】
0003548385.tif 000005
【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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