(57)【要約】【課題】従来は液滴同士が接触・合体していたような狭い間隔で細孔を配置しても液滴の接触が起こらず、吐出液滴数を増加することができる液体吐出ヘッドを提供する。【解決手段】この液体吐出ヘッドは、液体の吐出部１が液体を滴として吐出する方向に開口した凹形状部１ａを持ち、この凹形状部１ａの底面に複数の孔径の異なる細孔（貫通孔）２が液流路３に通じるように設けられた構成である。吐出部１における複数の細孔２は、一つの吐出用エネルギー発生素子であるところのヒータ４に対応して配置されている。【選択図】図１
2007326310.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体に吐出用エネルギーを与えるエネルギー発生素子が形成された基板と、
前記エネルギー発生素子に対向した位置に液体の吐出部が設けられた吐出部形成部材と、
前記基板と前記吐出部形成部材の間に形成された液流路と、を有し、
前記吐出部は、液体を滴として吐出する方向に開口した凹形状部と、該凹形状部の底面に前記液流路に通じるように設けられた複数の細孔とで構成され、
前記液体のメニスカスを前記凹形状部の開口全体に渡る形で形成し、かつ前記細孔が、前記液流路から前記吐出部形成部材の前記凹形状部を開口した面までの経路における液体中に位置するように構成された液体吐出ヘッドにおいて、
前記吐出部における前記複数の細孔の開口面積が異なっていることを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項２】
液体に吐出用エネルギーを与えるエネルギー発生素子が形成された基板と、
前記エネルギー発生素子に対向した位置に液体の吐出部が設けられた吐出部形成部材と、
前記基板と前記吐出部形成部材の間に形成された液流路と、を有する液体吐出ヘッドにおいて、
前記吐出部は、それぞれが前記液流路に通じるように前記吐出部形成部材を貫通する複数の開口面積の異なる細孔により構成されていることを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項３】
前記エネルギー発生素子が発熱素子である請求項１または２に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項４】
前記液体は、インクジェット記録に用いられる記録用液体である請求項１から３のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
【請求項５】
前記液体は、肺吸入に用いられる薬剤である請求項１から３のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
【請求項６】
液体に吐出用エネルギーを与えるエネルギー発生素子が形成された基板と、前記エネルギー発生素子に対向した位置に液体の吐出部が設けられた吐出部形成部材と、前記基板と前記吐出部形成部材の間に形成された液流路と、を有し、
前記吐出部が、液体を滴として吐出する方向に開口した凹形状部と、該凹形状部の底面に前記液流路に通じるように設けられた複数の開口面積の異なる細孔とで構成されたヘッドを用い、
前記各細孔が前記液流路から、前記吐出部形成部材の前記凹形状部を開口した面までの経路における液体中に位置するように、前記液体のメニスカスを前記凹形状部の開口全体に渡る形で形成し、
前記エネルギー発生素子によって液体に付与された吐出用エネルギーにより、前記液流路の液体を前記複数の細孔に通過させて、各細孔の通過後の液体の移動速度をその通過前より速くすることにより、前記凹形状部内に保持される液体の中から、前記各細孔に対応する複数の滴を、異なる吐出タイミングと飛翔速度で吐出することを特徴とする液体吐出方法。
【請求項７】
液体に吐出用エネルギーを与えるエネルギー発生素子が形成された基板と、前記エネルギー発生素子に対向した位置に液体の吐出部が設けられた吐出部形成部材と、前記基板と前記吐出部形成部材の間に形成された液流路と、を有し、
前記吐出部が、それぞれが前記液流路に通じるように前記吐出部形成部材を貫通する複数の開口面積の異なる細孔により構成されたヘッドを用い、
前記液流路および前記各細孔に液体を供給し、前記エネルギー発生素子によって液体に付与された吐出用エネルギーにより、前記液流路の液体を前記複数の細孔に通過させることで、前記各細孔に対応する複数の滴を、異なる吐出タイミングと飛翔速度で吐出することを特徴とする液体吐出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体を微小な液滴として吐出する液体吐出ヘッドに関する。特に、インクジェット記録分野において記録用のインクを吐出するのに使用されるインクジェットヘッドや、医療分野において液状薬剤を霧状にして肺吸入させる際に使用される吸入装置などに好適に用いられる液体吐出ヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、液体を微小液滴として吐出する液体吐出ヘッドは、インクジェット記録分野におけるインクジェットヘッドとして広く用いられている。インクジェットヘッドには、単に液滴を吐出するだけでなく、液滴の吐出方向の安定性も要求されており、従来のインクジェットヘッドにおいては、この要求を達成するための種々の提案がなされている。
【０００３】
特許文献１には、インクを吐出する吐出孔の周りに凹部を形成し、これにより隣接する吐出孔間でのインクの接触を防止し、安定してインクを飛翔させるインクジェットヘッドが開示されている。また、特許文献２、特許文献３には、吐出孔の周りに凹部を形成した吐出部形成部材を有し、凹部の内側に親インク処理を施すとともに、吐出部形成部材の凹部を除く表面に撥インク処理を施している。そして、凹部内にメニスカスを形成させた状態でインクを吐出することにより安定して液滴を吐出し、記録品位を向上させたインクジェットヘッドが開示されている。
【０００４】
また、特許文献４には、一つの吐出用エネルギー発生素子に対応して一つの液体吐出部を配置し、該液体吐出部に複数の細孔を形成することで複数の液摘を同時に吐出する事が出来る液体吐出ヘッドが開示されている。この液体吐出ヘッドでは、図９に示すように、吐出用エネルギー発生素子１０１が基板１０２上に形成されている。さらに、基板１０２上には、吐出部形成部材１０４が間隔規定部材１０５を介して設けられている。吐出部形成部材１０４の吐出用エネルギー発生素子１０１に対向した位置には吐出部１０３が配置されている。基板１０２と吐出部形成部材１０４の間には液流路１０６が吐出用エネルギー発生素子１０１に対応して形成されている。吐出部１０３は、液体を滴として吐出する方向に開口した凹形状部１０３ａを持ち、この凹形状部１０３ａの底面に複数の細孔１０７が液流路１０６に通じるように設けられている。複数の細孔１０７は同一の開口径である。
【特許文献１】特開平５−７７４２２号公報
【特許文献２】特開平５−１９３１４１号公報
【特許文献３】特開平１１−３３４０６９号公報
【特許文献４】特開２００３−１５４６５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
インクジェットヘッドの記録品位に対する要求は更に高まっており、液滴の微小化と印字速度アップのための高密度化が要求されている。
【０００６】
医療分野における液状薬剤を霧状として肺吸入させる際に使用される吸入装置などに用いられるヘッドにおいても、吐出液滴数を増加させるために高密度化が要求されている。
【０００７】
特許文献４に開示された液体吐出ヘッドは、液体吐出部を形成する凹形状部内の液体の全体的な吐出にならず、各細孔に対応した微小液滴（例えば０．０１４ｐｌ）の同時吐出が可能であるため、肺吸入用の薬剤吐出ヘッドとして有効である。
【０００８】
しかし、このヘッドは、液滴を吐出する細孔間の距離が狭すぎると、液滴同士が接触して合体してしまい、液滴が大きくなって小さい液滴を吐出することが出来ないという課題があった。つまり、肺吸入における液滴の飛翔行程は、一般的なプリンタの１ｍｍ程度の紙間距離（インクジェットヘッドの吐出口面と紙などの被記録材との距離）に比べて、非常に長く、吸入する為、液滴がまっすぐ飛ばない。その為、狭すぎる間隔の細孔から同時に液滴が吐出されると液滴同士が接触する可能性がある。
【０００９】
そこで、本発明は上記従来技術の課題に鑑み、従来は液滴同士が接触・合体していたような狭い間隔で細孔を配置しても液滴の接触が起こらず、吐出液滴数を増加することができる液体吐出ヘッドを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明の液体吐出ヘッドは、液体に吐出用エネルギーを与えるエネルギー発生素子が形成された基板と、前記エネルギー発生素子に対向した位置に液体の吐出部が設けられた吐出部形成部材と、前記基板と前記吐出部形成部材の間に形成された液流路と、を有する。前記吐出部は、液体を滴として吐出する方向に開口した凹形状部と、該凹形状部の底面に前記液流路に通じるように設けられた複数の細孔とで構成されている。そして、前記液体が前記凹形状部の開口全体に渡る形で当該液体のメニスカスを形成し、かつ前記細孔が、前記液流路から前記吐出部形成部材の前記凹形状部を開口した面までの経路における液体中に位置するように構成されている。このヘッドの特徴は、前記吐出部における前記複数の細孔の開口面積が異なっていることである。なお、上記の吐出部は、それぞれが前記液流路に通じるように前記吐出部形成部材を貫通する複数の開口面積の異なる細孔により構成されただけのものでもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、一つの吐出用エネルギー発生素子に対応する液体の吐出部が複数の開口面積の異なる細孔をもって構成されていることにより、各々の細孔の流抵抗に差が生じて各々の細孔からの液滴の吐出タイミングが変わる。更に、液滴の飛翔スピードも異なるため、従来は液滴が合体していたような狭い細孔間隔の場合でも液滴が接触することがなくなる。その為、細孔間隔を従来より狭くすることが出来るので高密度ノズル配列の液体吐出ヘッドを提供する事が出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図６から図８は、本発明の実施の形態の液体吐出基板の適用に好適な液体吐出ヘッドを説明するための説明図である。先ずは、本発明に好適な液体吐出ヘッドの各構成要素について図６から図８を参照して説明する。
【００１３】
図６に示す液体吐出ヘッドＨ１００１は、電気信号に応じて膜沸騰を液体に対して生じせしめるための熱エネルギーを生成する電気熱変換体を用いて吐出を行う、いわゆるバブルジェット（登録商標）方式の液体吐出ヘッドである。また、この液体吐出ヘッドＨ１００１は、電気熱変換体を配置した基板面に対して直交する方向に液滴を吐出する、いわゆるサイドシュータ型である。
【００１４】
さらに、液体吐出ヘッドＨ１００１に関して構成要素毎に順を追って説明する。液体吐出ヘッドＨ１００１は、図７の分解斜視図に示すように、液体吐出基板Ｈ１１００と電気配線テープＨ１００２とタンクホルダＨ１００３とから構成される。
【００１５】
まず、タンクホルダＨ１００３について説明する。タンクホルダＨ１００３は、例えば、樹脂成形により形成されている。タンクホルダＨ１００３は液体タンク（不図示）から液体吐出基板Ｈ１１００の液体供給口Ｈ１１０２（図８参照）へ液体を導くための接続口を有し、着脱自在の液体タンク（不図示）を保持する機能も一部備えている。
【００１６】
図８は液体吐出基板Ｈ１１００の構成を説明するために一部分解した斜視図である。液体吐出基板Ｈ１１００は、Ｓｉ基板上に配置された電気熱変換素子Ｈ１１０３に対応して液体流路壁Ｈ１１０６と吐出口Ｈ１１０７を樹脂材料で形成したものである。例えば、厚さ０．５〜１ｍｍのＳｉ基板上に液体流路として長溝状の貫通口からなる液体供給口Ｈ１１０２がＳｉの結晶方位を利用した異方性エッチンングやサンドブラストなどの方法で形成されている。また、液体供給口Ｈ１１０２を挟んだ両側に電気熱変換素子Ｈ１１０３がそれぞれ１列づつ配列され、電気熱変換素子Ｈ１１０３に電力を供給するＡｌ（アルミニウム）等の不図示の電気配線が成膜技術により形成されている。さらに、電気配線に電力を供給するための電極部Ｈ１１０４が電気熱変換素子Ｈ１１０３の両外側に配列されている。そして、Ｓｉ基板Ｈ１１１０上には、電気熱変換素子Ｈ１１０３に対応した液体流路を形成するための液体流路壁Ｈ１１０６と吐出口Ｈ１１０７が樹脂材料でフォトリソグラフィ技術および微細加工技術により形成され、吐出口群Ｈ１１０８を形成している。
【００１７】
液体供給口Ｈ１１０２から供給された液体は、電気熱変換素子Ｈ１１０３により発生した気泡より、電気熱変換素子Ｈ１１０３に対向して設けられている吐出口Ｈ１１０７から吐出される。
【００１８】
図７に示すように、液体吐出基板Ｈ１１００は第１の接着剤により、タンクホルダＨ１００３に接着される。第１の接着剤は硬化温度が低く、短時間で硬化し、硬化後比較的高い硬度を有し、かつ、耐液体性のあるものが望ましい。例えばシリコーンを主成分とした常温硬化型接着剤やＵＶ硬化型接着剤が使用される。
【００１９】
次に、電気配線テープＨ１００２に関して説明する。電気配線テープＨ１００２は、液体吐出基板Ｈ１００１に対して液体を吐出するための電気信号を印加するものである。電気配線テープＨ１００２には、液体吐出基板Ｈ１００１を組み込むための開口部が形成され、この開口部内に、液体吐出基板Ｈ１００１の電極部Ｈ１１０４に対応する電極端子Ｈ１２０１が配置されている。この電気配線テープＨ１００２の端部には、本体装置からの電気信号を受け取るための外部信号入力端子Ｈ１２０２が設けられている。さらに、電極端子Ｈ１２０１と外部信号入力端子Ｈ１２０２が互いに連続した銅箔の配線パターンでつながっている。そして電気配線テープＨ１００２は裏面を第２の接着剤によって、タンクホルダＨ１００３に接着される。第２の接着剤は硬化温度が低く、短時間で硬化するものが望ましく、例えばホットメルト接着剤が使用される。
【００２０】
電気配線テープＨ１００２と液体吐出基板Ｈ１００１は、それぞれ電気的に接続されている。その接続方法は、例えば、φ５０μｍのＡｌワイヤーにより液体吐出基板Ｈ１００１の電極部Ｈ１１０４と電気配線テープＨ１００２の電極端子Ｈ１２０１とが熱超音波圧着法により電気接合されてもよい。また同様に、φ５０μｍのＡｕワイヤーで熱超音波圧着法により電気接合されているものであってもよい。
【００２１】
電気配線テープＨ１００２の電極端子Ｈ１２０１と液体吐出基板Ｈ１００１の電極部Ｈ１１０４とを電気接合したワイヤーは第３の接着剤で覆われる。第３の接着剤には、例えばシリコーンを主成分とした常温硬化型接着剤やＵＶ硬化型接着剤が使用される。このように、タンクホルダＨ１００３に液体吐出基板Ｈ１１００と電気配線テープＨ１００２とを組み付けることにより液体吐出ヘッドが完成する。
【００２２】
次に、本発明に係る液体吐出ヘッドの吐出部について幾つかの実施形態を挙げて説明する。
【００２３】
（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態である液体吐出ヘッドの吐出部周辺の構成を示し、図（ａ）は断面図、図（ｂ）は正面図である。
【００２４】
この図で示す形態の液体吐出ヘッドは、液体の吐出部１が液体を滴として吐出する方向に開口した凹形状部１ａを持ち、この凹形状部１ａの底面に複数の開口面積の異なる細孔（貫通孔）２が液流路３に通じるように設けられた構成である。吐出部１における複数の細孔２は、一つの吐出用エネルギー発生素子であるところのヒータ４に対応して配置されている。
【００２５】
さらに詳述すると、ヒータ４が基板５上に設けられている。ヒータ４は液流路３に対応して配置されている。図１では、ヒータ４および液流路３は１つしか示していないが、実際には、１枚の基板５上に複数のヒータ４が配列されており、ヒータ４ごとに液流路３が配置されている。なお、吐出用エネルギー発生素子はヒータ４のような電気熱変換素子に限らず、ピエゾ素子のような振動エネルギー発生素子であってもよい。
【００２６】
液流路３は、吐出部１を形成する吐出部形成部材６と、基板５のヒータ４が形成された面と、吐出部形成部材６と基板５の間の間隔を規定する間隔規定部材７とにより囲まれて出来ている。基板５には、液流路３に液体を供給するための液体供給口８が形成されている。
【００２７】
吐出部１は、液体を滴として吐出する方向に開口した凹形状部１ａと、この凹形状部１ａの底面に液流路３に通じるように設けられた複数の開口面積の異なる細孔２とで構成される。本例では２つの孔径の異なる細孔２を示しているが、この数および形状に限定しない。
【００２８】
また、吐出される液体は、吐出部１における凹形状部１ａの開口全体に渡る形でメニスカス９を形成している。したがって、複数の開口面積の異なる細孔２は、液流路３から、吐出部形成部材６の凹形状部１ａを開口した面６ａまでの経路における液中に位置している。なお、メニスカス９は吐出開始前はヒータ４側にへこんでいる。
【００２９】
ここで、図１に示す液体吐出ヘッドの具体的な寸法について説明を行う。
【００３０】
吐出用エネルギー発生素子であるヒータ４は１０μｍ四方の正方形とし、吐出部形成部材６に上面７ａに形成された凹形状部１ａの開口径は１５μｍ、凹形状部１ａの底面部に形成された２つの細孔２の孔径はそれぞれ３μｍと２．４μｍにした。各細孔２の開口面積の和はヒータ４の面積より小さくしてあり、ヒータ４による気泡の生成圧力が各細孔から液滴を吐出するのに十分な力になり得るようにした。さらに、液流路３の高さ（間隔規定部材７の高さ）は５μｍ、吐出部形成部材６の厚さは５μｍとし、細孔２が貫通する凹形状部１ａの底面部の厚さ（細孔２の流路長）は１μｍとした。これらの値も、ヒータ４による気泡の生成圧力が各細孔２からメニスカス９に打ち勝って液滴を吐出するのに十分な力になり得るように設定した。
【００３１】
次に、上記のような形状及び寸法を有する液体吐出ヘッドの吐出動作を説明する。図２は図１の形態のヘッドを駆動させたときの液体吐出の様子を示している。
【００３２】
吐出開始前は液体供給口８からの液供給により、図１に示したように、吐出部形成部材６の吐出部１における凹形状部１ａにおいて液体のメニスカス９が形成され、凹形状部１ａの底面部の細孔２が液中に位置する状態である。そして、液吐出のためにヒータ４に電圧を印加すると、ヒータ４が発熱し、ヒータ４表面と接する液流路３の液体が加熱され、図２（ａ）に示すように、その液体に膜沸騰に伴う気泡が発生する。
【００３３】
膜沸騰に伴う気泡が発生すると、その気泡の体積は急峻に成長するため、それに伴い液体は下流側（吐出部１側）及び上流側（液体供給口８側）に移動する。
【００３４】
このとき、液体は吐出部１側への移動に際して、凹形状部１ａの底面部の複数の細孔２を通過する。その結果、各細孔２の通過後の液体の移動速度がその通過前より格段と速くなり、さらに、凹形状部１ａ内の液体の移動において、細孔２に対応する流速が相対的に速くなる。
【００３５】
したがって、図２（ｂ）〜（ｄ）に示すように、吐出部１の凹形状部１ａにおけるメニスカス９の、それぞれの細孔２に相対する部分が盛り上がり、複数の液滴１０がメニスカス９の表面張力に打ち勝って吐出される。すなわち、吐出部１を形成する凹形状部１ａ内の液体の全体的な吐出にならないので、各細孔２に対応した微小液滴を吐出することが可能である。さらに、細孔２が液中に位置するように凹形状部１ａに液体が溜まっているため、細孔２内の液体が乾燥によって目詰まりを起こすことがなく、吐出開始から良好な液滴を吐出することができる。
【００３６】
また本発明では、上記のように凹形状部１ａ内に保持される液体の中から、各細孔２に対応する複数の液滴が吐出される際、各細孔２の開口面積が異なっているため、それぞれの吐出液滴は吐出タイミングおよび飛翔スピードが異なったものとなる。これは、開口面積が異なる細孔２同士を比較した場合、開口面積が大きい方の細孔２では流抵抗が小さいので、吐出パワーが液面に伝わりやすく、液滴が早いタイミングで、スピードも速く飛び出る。これに対して、開口面積が小さい方の細孔２では流抵抗が大きいので、吐出パワーが液面に伝わりにくく、液滴が遅いタイミングで、スピードも遅く吐出されることによる。
【００３７】
このように１つのヒータ４の１回の駆動に対して、吐出時間に差のある複数の液滴が吐出されるので、吐出液滴数の増加のために細孔２の間隔を狭くして高密度化を図っても、液滴同士の接触・合体を防止することができる。
【００３８】
なお、上記のような形状及び寸法を有する液体吐出ヘッドを製作し、液滴を吐出させて吐出観察を行った。
【００３９】
その結果、液滴が吐出を開始するタイミングが孔径φ３．０μｍの細孔の方が早く、かつ、液滴の飛翔スピードも１１ｍ／ｓｅｃであって、孔径φ２．４μｍの細孔の９ｍ／ｓｅｃよりも速いことが確認された。この吐出状態の違いにより、液滴の接触が防止される事が確認された。
【００４０】
また、図９に示したような同じ径の細孔を用いた従来例の場合には、孔径をφ３．０μｍとすると、細孔間の距離（隣り合う細孔の縁から縁までの距離）は３．５ｍｍが限度であった。これに対し、本発明を用いると、小孔φ２．４μｍ、大孔φ３μｍとした場合、細孔間の距離が２．８μｍまで狭めることが可能であることが確認された。
【００４１】
（第２の実施形態）
図３は本発明の第２の実施形態である液体吐出ヘッドの吐出部周辺の構成を示す図、（ａ）は断面図、（ｂ）は正面図である。
【００４２】
この図で示す形態の液体吐出ヘッドは、液体の吐出部１に複数の開口面積の異なる細孔２が液流路３に通じるように設けられた構成である。吐出部１における複数の細孔２は、一つの吐出用エネルギー発生素子であるところのヒータ４に対応して配置されている。
【００４３】
さらに詳述すると、ヒータ４が基板５上に設けられている。ヒータ４は液流路３に対応して配置されている。図３では、ヒータ４および液流路３は１つしか示していないが、実際には、１枚の基板５上に複数のヒータ４が配列されており、ヒータ４ごとに液流路６が配置されている。なお、吐出用エネルギー発生素子はヒータ４のような電気熱変換素子に限らず、ピエゾ素子のような振動エネルギー発生素子であってもよい。
【００４４】
液流路３は、吐出部１を形成する吐出部形成部材６と、基板５のヒータ４が形成された面と、吐出部形成部材６と基板５の間の間隔を規定する間隔規定部材７とにより囲まれて出来ている。基板５には、液流路３に液体を供給するための液体供給口８が形成されている。
【００４５】
吐出部１は、吐出部形成部材６の表面６ａから液流路３に通じるように設けられた複数の開口面積の異なる細孔２で構成される。本例では２つの孔径の異なる細孔２を示しているが、この数および形状に限定しない。
【００４６】
また、吐出される液体は、吐出部１における各々の細孔２に開口全体に渡る形でメニスカス９を形成している。なお、メニスカス９は吐出開始前はヒータ４側にへこんでいる。
【００４７】
ここで、図３に示す液体吐出ヘッドの具体的な寸法について説明を行う。
【００４８】
吐出用エネルギー発生素子であるヒータ４は１０μｍ四方の正方形とし、吐出部形成部材６における２つの細孔２の孔径はそれぞれ３μｍと２．４μｍにした。各細孔２の開口面積の和はヒータ４の面積より小さくしてあり、ヒータ４による気泡の生成圧力が各細孔から液滴を吐出するのに十分な力になり得るようにした。さらに、液流路３の高さ（間隔規定部材７の高さ）は５μｍ、吐出部形成部材６の厚さ（細孔２の流路長）は５μｍとした。これらの値も、ヒータ４による気泡の生成圧力が各細孔２からメニスカス９に打ち勝って液滴を吐出するのに十分な力になり得るように設定した。
【００４９】
次に、上記のような形状及び寸法を有する液体吐出ヘッドの吐出動作を説明する。図４は図３の形態のヘッドを駆動させたときの液体吐出の様子を示している。
【００５０】
吐出開始前は液体供給口８より液体が供給され、図３に示したように、吐出部形成部材６の吐出部１における各細孔２において液体のメニスカス９が形成された状態である。そして、液吐出のためにヒータ４に電圧を印加すると、ヒータ４が発熱し、ヒータ４表面と接する液流路３の液体が加熱され、図４（ａ）に示すように、その液体に膜沸騰に伴う気泡が発生する。
【００５１】
膜沸騰に伴う気泡が発生すると、その気泡の体積は急峻に成長するため、それに伴い液体は下流側（吐出部１側）及び上流側（液体供給口８側）に移動する。
【００５２】
このとき、液体は吐出部１側への移動に際して、複数の細孔２を通過し、図４（ｂ）〜（ｄ）に示すように複数の液滴１０がメニスカス９の表面張力に打ち勝って吐出される。本発明では、各細孔２から液滴が吐出される際、各細孔２の開口面積が異なっているため、それぞれの吐出液滴は吐出タイミングおよび飛翔スピードが異なったものとなる。これは、開口面積が異なる細孔２同士を比較した場合、開口面積が大きい方の細孔２では流抵抗が小さいので、吐出パワーが液面に伝わりやすく、液滴が早いタイミングで、スピードも速く飛び出る。これに対して、開口面積が小さい方の細孔２では流抵抗が大きいので、吐出パワーが液面に伝わりにくく、液滴が遅いタイミングで、スピードも遅く吐出される。
【００５３】
このように１つのヒータ４の１回の駆動に対して、吐出時間に差のある複数の液滴が吐出されるので、吐出液滴数の増加のために細孔２の間隔を狭くして高密度化を図っても、液滴同士の接触・合体を防止することができる。
【００５４】
なお、上記のような形状及び寸法を有する液体吐出ヘッドを製作し、液滴を吐出させて吐出観察を行った。
【００５５】
その結果、液滴が吐出を開始するタイミングが孔径φ３．０μｍの細孔の方が早く、かつ、液滴の飛翔スピードも１１ｍ／ｓｅｃであって、孔径φ２．４μｍの細孔の９ｍ／ｓｅｃよりも速いことが確認された。この吐出状態の違いにより、液滴の接触が防止される事が確認された。
【００５６】
また、図９に示したような同じ径の細孔を用いた従来例の場合には、孔径をφ３．０μｍとすると、細孔間の距離（隣り合う細孔の縁から縁までの距離）は３．５μｍが限度であった。これに対し、本発明を用いると、小孔φ２．４μｍ、大孔φ３μｍとした場合、細孔間の距離が２．８μｍまで狭めることが可能であることが確認された。
【００５７】
（その他の実施形態）
上述した各実施形態では、吐出部１における複数の孔径の異なる細孔２について２個設けられているものを示したが、本発明において細孔の数は限定されない。図５（ａ）〜（ｃ）は本発明の液体吐出ヘッドの吐出部に設けられる複数の細孔の数および配置例を示す。この図に示すように、本発明は仮に３個の細孔２があった場合に３個の細孔とも孔径が異なる構成（図５（ａ））に限られず、図５（ｂ），（ｃ）に示すように細孔２の配置によっては複数の細孔２のうち幾つかは同じ開口面積でも問題ない。また、細孔２は図のような丸穴に限られない。
【００５８】
なお、以上に実施形態を挙げて説明した本発明の液体吐出ヘッドは、微小な液滴を吐出（噴霧も含む）するための装置に好適に用いることができる。その具体的な例としては、例えば、インクジェット記録分野におけるインクジェット記録ヘッドや、医療分野における薬剤吸引用のヘッドが挙げられる。
【００５９】
本発明の液体吐出ヘッドをインクジェット記録ヘッドとして用いる場合は、吐出口を１列または複数列に配列して構成する。そして、吐出する液体としては、インクや、記録シートへのインクの滲みを防止するためにインクに先立って記録シートへ付着させる表面処理液などの記録用液体が用いられる。吐出口の配列方向および配列長さを適宜設定することで、シリアルタイプのインクジェット記録装置に用いられるインクジェット記録ヘッドとすることもできる。あるいは、ラインタイプのインクジェット記録装置に用いられるインクジェット記録ヘッドとすることもできる。また、シリアルタイプのインクジェット記録装置に用いられるインクジェット記録ヘッドとする場合、液体吐出ヘッドと、これに供給する記録用液体を収容するタンクとを一体または分離可能に保持するカートリッジ形態とすることもできる。
【００６０】
また、本発明の液体吐出ヘッドを薬剤吸入用のヘッドとして用いる場合は、液体吐出ヘッドを薬剤のディスペンサと連結した構成とする。そして、吐出する液体としては、インスリン、人成長ホルモン、性腺刺激ホルモンなどの蛋白製剤、ニコチン、または麻酔薬などが用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の第１の実施形態である液体吐出ヘッドの吐出部周辺を示す断面図及び正面図である。
【図２】図１の形態のヘッドを駆動させたときの液体吐出の様子を示す断面図である。
【図３】本発明の第２の実施形態である液体吐出ヘッドの吐出部周辺を示す断面図及び正面図である。
【図４】図３の形態のヘッドを駆動させたときの液体吐出の様子を示す断面図である。
【図５】本発明の液体吐出ヘッドの吐出部に設けられる複数の細孔の数および配置例を示す平面図である。
【図６】第１及び第２の実施形態の液体吐出基板の適用に好適な液体吐出ヘッドの斜視図である。
【図７】図６に示した液体吐出ヘッドの分解斜視図である。
【図８】図６に示した液体吐出ヘッドの液体吐出基板を説明するために一部分解した斜視図である。
【図９】特許文献４に開示された従来の液体吐出ヘッドを示す正面図及び断面図である。
【符号の説明】
【００６２】
１    吐出部
１ａ    凹形状部
２    細孔（大孔、小孔など）
３    液流路
４    ヒータ（吐出用エネルギー発生素子）
５    基板
６    吐出部形成部材
７    間隔規定部材
８    液体供給口
９    メニスカス
【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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