(57)【要約】【課題】発泡液がヒータ近傍で滞留したり、加熱されて温度が上昇した状態の発泡液が発泡室に繰り返し出入りすることを防止することで、発泡液の良好な状態を維持し、所望の吐出を得る事ができる液体吐出ヘッドを提供すること。【解決手段】発泡室への発泡液の入口となる上流側連結部と発泡液の出口となる下流側連結部に、弁部材を設けて発泡室への発泡液の流入と流出とを規制する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１液体を吐出する吐出口と、前記吐出口と連通する第一流路と、該第一流路と分離された第二流路と、を備え、
前記第二流路には、前記第２液体が流入する流入部と前記第２液体が流出する流出部とを備えた発泡室が設けられ、
該発泡室における前記第２液体の発泡作用によって、前記第一流路に流れている前記第１液体が前記吐出口から吐出する液体吐出ヘッドにおいて、
前記流入部と前記流出部の少なくとも一方には弁部材が設けられていることを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項２】
前記流入部と前記流出部とのそれぞれに弁部材が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項３】
前記流入部に設けられた弁部材によって前記発泡室からの前記第２液体の流出を防ぎ、前記流出部に設けられた弁部材によって前記発泡室への前記第２液体の流入を防ぐことを特徴とする請求項２に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項４】
前記弁部材は金属箔であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
【請求項５】
前記弁部材は蒸着によって形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
【請求項６】
前記弁部材は感光性樹脂で形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱エネルギ等による気泡の発生に伴ってインクを吐出して記録を行う液体吐出ヘッドに関し、更に詳しくは、気泡の発生を利用して変位する可動分離膜を備えた液体吐出ヘッドに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
微細なインク等の液滴を液体吐出ヘッド（以下、記録ヘッドともいう）から吐出して記録媒体に付着させて記録を行うインクジェット記録方式の記録装置は、ランニングコストが低く、記録時の静粛性に優れているため広く用いられている。また、このインクジェット記録方式の記録装置は、複数色のインクを用いることによって比較的容易にカラーでの記録を行えるというメリットもある。また、インクジェット記録方式において、液滴を吐出するための圧力発生素子としてヒータを用いた、いわゆるバブルジェット（登録商標）記録方法は、ヒータを高密度に配列するのが比較的容易で、そのため高解像度の記録を行うのに有利な方式である。
【０００３】
その一方で、従来のバブルジェット（登録商標）記録方法においては、ヒータがインクに接した状態で加熱を繰り返すため、ヒータの表面にインクの焦げによる堆積物が発生するおそれがあった。この場合、堆積物の量が多くなると、吐出時にインクに充分な熱を供給することができなくなり良好な吐出が行われないおそれがあった。また、吐出すべき液体（インク等）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は、ヒータによる直接加熱によって気泡を形成する方法では、良好な吐出が行われないおそれもあった。
【０００４】
このような問題に対して、特許文献１のように、発泡液と吐出液とを分離する可動分離膜を介して、発泡液を熱エネルギによって発泡させて可動分離膜を変形させ、吐出液を吐出する方法が提案されている。この方法における可動分離膜と発泡液との構成は、可動分離膜がノズルの一部に設けられているものである。それに対して、記録ヘッド全体を上下に分離する大きな膜を用いる構成が特許文献２に開示されている。この大きな可動分離膜は、液路を形成する２つの板材によって挟持されることによって、２つの液路内の液体が互いに混合されないことを目的として設けられたものである。
【０００５】
また、特許文献３のように、可動分離膜の変形を効率よく吐出液の吐出に利用するために、可動分離膜の形状や可動域を規制するものもある。
【０００６】
【特許文献１】特開昭５５−８１１７２号公報
【特許文献２】特開昭５９−２６２７０号公報
【特許文献３】特開２０００−００９７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来の吐出液（インク等）しか用いないインクジェット記録ヘッドにおいては、液滴が熱量を持って記録媒体へ吐出されるため、吐出することが記録ヘッド外への排熱作用としても機能していた。しかしながら、分離膜を用いた液体吐出方式においては、加熱を受けた発泡液が記録ヘッド内部の流路を循環する。このように、積極的な排熱作用がないため、連続吐出時において、発泡液および記録ヘッドの温度の上昇が問題となることがある。
【０００８】
図７は、可動分離膜８００（図８参照）を変形させ、吐出液を吐出する従来の記録ヘッドの発泡室７００を示した図である。図７ように、従来の記録ヘッドにおける発泡室７００では、発泡室７００と供給口７０９とを連結する上流側連結部７０１と、発泡室７００と排出口７１０とを連結する下流側連結部７０２とは、対称な形状になっていた。
【０００９】
図８（ａ）は、発泡時の発泡室７００を側面から見た断面図であり、図８（ｂ）は、消泡時の発泡室７００を側面から見た断面図である。
【００１０】
このように単に連結部を対象に設けただけでは、連結部で、流入抵抗と流出抵抗とに差が無く上流部と下流部どちらも同じ形状であるため、図８（ａ）のように発泡時に発泡室７００から流出する発泡液の量は上流部と下流部で等しくなる。また、同様に、図８（ｂ）のように消泡時に発泡室に流入する発泡液の量も上流側と下流側で等しくなる。発泡液室７００の近傍には発泡液の供給口７０９と排出口７１０が設けられているが、流れがヒータ７０８を中心として対称となるため、供給口７０９から発泡室７００を経て排出口７１０へと向かう一方向の流れが生じない。そのため発泡室７００の周辺の発泡液が発泡室７００に流入、流出を繰り返し、何度も加熱を受けていた。
【００１１】
このように、ヒータ近傍の発泡液が滞留したり、温度上昇した発泡液が発泡室に繰り返し出入りすることによって、何度も加熱を受けて過剰に昇温してしまうと、正常な発泡が阻害されたり、発泡液が変質するおそれがある。しかし、これまで提案された分離膜を用いた吐出方法において、この問題に言及しているものは無かった。
【００１２】
よって本発明は、発泡液がヒータ近傍で滞留したり、加熱されて温度が上昇した状態の発泡液が発泡室に繰り返し出入りすることを防止することで、発泡液の良好な状態を維持し、所望の吐出を得る事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】
【００１３】
そのため本発明の液体吐出ヘッドは、第１の液体を吐出する吐出口と、前記吐出口と連通する第１の流路と、該第１に流路と分離された第２の流路と、を備え、前記第２の流路には、前記第２の液体が流入する流入部と前記第２の液体が流出する流出部とを備えた発泡室が設けられ、該発泡室における前記第２の液体の発泡作用によって、前記第１の流路に流れている前記第１の液体が前記吐出口から吐出する液体吐出ヘッドにおいて、前記流入部と前記流出部の少なくとも一方には弁部材が設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、液体吐出時に発泡液が発泡する発泡室の流入部と流出部の少なくとも一方に弁部材を設ける。これによって、発泡液がヒータ近傍で滞留したり、加熱されて温度が上昇した状態の発泡液が発泡室に繰り返し出入りすることを防止することができ、発泡液の良好な状態を維持し、所望の吐出を得る事ができる液体吐出ヘッドを実現することができた。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
（第１の実施形態）
以下、図面を参照して本発明の第１の実施形態を説明する。
【００１６】
図１は、本実施形態の液体吐出ヘッド１０００を分解して示した分解斜視図である。気泡発生素子（以下、ヒータともいう）、ノズル、吐出口を備えた吐出エレメント１０１と電気配線基板１０２がセラミックプレート１００の上に配置された構成になっている。吐出エレメント１０１内の共通液室は流路形成部材１１０の内部に設けられた流路に接続され、さらに、流路形成部材１１０のインク供給口と不図示のインクタンクが接続されており、このインクタンクから吐出エレメント１０１にインクが供給される。
【００１７】
図２（ａ）は、本実施形態における液体吐出ヘッド吐出チップ２００を示した上面概略図であり、図２（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ’における断面図である。本実施形態の液体吐出ヘッド１０００（図１参照）は、発泡液と吐出液とを分離する可動分離膜を有し、発泡液の発泡に伴う可動分離膜の変位を利用して吐出液を吐出する。
【００１８】
吐出チップ２００は、ノズルプレート２０１、第一流路壁２０２、可動分離膜２０３、第二流路壁２０４、ヒーターボード２０５から構成される。ノズルプレート２０１、第一流路壁２０２、可動分離膜２０３で囲まれ、吐出口と連通した第一流路２０６には、記録媒体に付着させて記録を行うための記録液（第１液体）が充填されている。ヒーターボード２０５、第二流路壁２０４、可動分離膜２０３で囲まれた第二流路２０７には、ヒータ２０８の加熱によって発泡させる発泡液（第２液体）が充填されている。発泡液は、ヒーターボード２０５を貫通して設けられた供給口２０９と排出口２１０を通って循環される。
【００１９】
図３（ａ）から（ｆ）は、本実施形態の液体吐出ヘッド１０００の吐出原理を示す概略図である。図３（ａ）において、第一流路には吐出液が、第二流路内には発泡液が満たされている。この状態でヒータ２０８にエネルギを印加すると、ヒータ２０８が急激に加熱され、ヒータ２０８に接している発泡液には膜沸騰による気泡３００が発生する（図２（ｂ））。この気泡３００の発生に伴う圧力は、圧力波となって第二流路２０７内の発泡液を伝播し、可動分離膜２０３に作用してこれを変位させる。可動分離膜２０３の変位に伴って第一流路２０６内の吐出液が移動し（図２（ｃ））、吐出口３０３から吐出が開始される。初期の高圧力により気泡３００が急速に成長すると、可動分離膜２０３は更に変形して第一流路２０６内の吐出液を押し出して液柱３０１を形成する（図２（ｄ））。その後気泡３００が収縮過程に入ると、可動分離膜２０３は逆方向へ変位を開始し（図２（ｅ））、やがて初期の位置に復帰する。この時、吐出液は第一流路２０６内に引き込まれる方向に移動するため、液柱３０１は千切れて、主滴３０２とサテライト３０４を形成し（図２（ｆ））、これら主滴３０２とサテライト３０４は不図示の記録媒体へ向かって飛翔する。
【００２０】
図４は、本実施形態の液体吐出ヘッド１０００における第二流路２０７の一部の発泡室を表わした図である。本実施形態では、上流側連結部４０１に、発泡室４００への流入時は抵抗が少なく流出時には抵抗が大きくなる弁部材４０３を、下流側連結部４０２に、発泡室４００への流入時は抵抗が大きく流出時には抵抗が小さくなる弁部材４０３をそれぞれ設けた。
【００２１】
図５（ａ）は、発泡時の発泡室４００を側面から見た断面図であり、図５（ｂ）は、消泡時の発泡室４００を側面から見た断面図である。これらの弁部材４０３は、エレクトロフォーミングなどで形成した金属箔によって形成されており、２つの弁部材４０３の自由端の向きを一致させてある。上流側連結部４０１においては、消泡時に発泡室４００へ入る方向の流路抵抗より、発泡時に発泡室４００から出る方向の流路抵抗が大きくなるように弁部材４０３を配置してある。また、下流側連結部４０２においては、発泡時に発泡室４００から出る方向の流路抵抗より、消泡時に発泡室４００へ入る方向の流路抵抗が大きくなるように弁部材４０３を配置してある。上流側と下流側それぞれで流入量と流出量に差があるため、全体の流れとしては供給口２０９から排出口２１０へと向かう流れが生じる。これにより、消泡時に発泡液が供給口２０９から発泡室４００に入り、発泡作用によって押し出され、排出口２１０から出るという発泡液の循環が生じる。
【００２２】
なお、弁部材４０３はＳｉＮを蒸着して形成するほか、Ｎｉなどをエレクトロフォーミングにより別部材として形成したものを実装することにより形成可能である。
【００２３】
このように、発泡室への発泡液の入口となる上流側連結部と発泡液の出口となる下流側連結部に、弁部材を設けて発泡室への発泡液の流入と流出とを規制する。これによって、供給口から排出口への発泡液の循環を生じさせることで、発泡液がヒータ近傍で滞留したり、加熱されて温度が上昇した状態の発泡液が発泡室に繰り返し出入りすることを防止することができた。そして、発泡液の良好な状態を維持し、所望の吐出を得る事ができる液体吐出ヘッドを実現することができた。
【００２４】
（第２の実施形態）
以下、図を参照して本発明の第２の実施形態を説明する。本実施形態の基本的な構成は第１の実施形態と同様であるために、説明を省略し、以下では特徴的な構成についてのみ説明する。
【００２５】
本実施形態では弁部材を感光性樹脂の薄膜によって形成した。本実施形態の弁部材はテンティング法によって製作することができる。テンティング法はプリント基板を製作する際に用いられる一般的な方法であり、プリント基板を製作する場合には、基板に開けられた穴を覆うようにフィルム状に加工された感光性樹脂を貼ってパターニングを行う。本実施形態においてはこのテンティング法を応用して弁部材を形成する。本実施形態においてはこのテンティング法を応用して、連結部内に弁部材を形成した。
【００２６】
図６（ａ）、（ｂ）は、テンティング法による弁部材６０４の制作方法を説明するための図である。図６（ａ）のように、台座６０１と台座６０２との間を直線的に覆うようにフィルム状感光性樹脂６０３を張る。その後、図６（ｂ）のように露光・現像を行うことにより、台座６０１の表面から自由端が直線的に伸びる弁部材６０４を形成することができる。通常、感光性樹脂は現像後にキュアを行って硬化させる。ただし、後の工程においてキュアに相当する熱を加える工程がある場合には、必ずしも現像後のキュアは必要ではない。
【００２７】
本実施形態のような弁部材の形成方法は、フォトリソグラフィ技術を用いて弁部材の形成位置にて感光性樹脂を所望の形状に硬化させるので、位置精度良く流路内に設置することが出来る。また、この方法で弁部材を形成する場合は弁部材の製法や弁部材設置時のアライメント精度に起因する形状の制約を受けないため、高い自由度をもって弁部材を設計することが可能になる。
【００２８】
このように、感光性樹脂の薄膜によって形成した弁部材を用いることでも、供給口から排出口への発泡液の循環を生じさせることで、発泡液がヒータ近傍で滞留したり、加熱されて温度が上昇した状態の発泡液が発泡室に繰り返し出入りすることを防止できた。そして、発泡液の良好な状態を維持し、所望の吐出を得る事ができる液体吐出ヘッドを実現することができた。
【００２９】
なお、上記各実施形態において、弁部材は上流側連結部と下流側連結部の両方に設けたが、どちらか一方だけに設けても目的とする効果を得ることはできる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本実施形態の液体吐出ヘッドを分解して示した分解斜視図である。
【図２】（ａ）は、本実施形態における液体吐出ヘッド吐出チップを示した上面概略図であり、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ’における断面図である。
【図３】（ａ）から（ｆ）は、本実施形態の液体吐出ヘッドの吐出原理を示す概略図である。
【図４】本実施形態の液体吐出ヘッドにおける第二流路の一部の発泡室を表わした図である。
【図５】（ａ）は、発泡時の発泡室を側面から見た断面図であり、（ｂ）は、消泡時の発泡室を側面から見た断面図である。
【図６】（ａ）、（ｂ）は、テンティング法による弁部材の制作方法を説明するための図である。
【図７】可動分離膜を変形させ、吐出液を吐出する従来の記録ヘッドの発泡室を示した図である。
【図８】（ａ）は、発泡時の発泡室を側面から見た断面図であり、（ｂ）は、消泡時の発泡室を側面から見た断面図である。
【符号の説明】
【００３１】
２００  吐出チップ
２０１  ノズルプレート
２０２  第一流路壁
２０３  可動分離膜
２０４  第二流路壁
２０５  ヒーターボード
２０６  第一流路
２０７  第二流路
２０９  供給口
２１０  排出口
３００  気泡
４００  発泡室
４０１  上流側連結部
４０２  下流側連結部
４０３  弁部材
６０４  弁部材
１０００  液体吐出ヘッド
【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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