(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を吐出する吐出口と、
前記吐出口に連通する液流路と、
前記液流路内の液体に気泡を発生させる気泡発生領域と、
前記液流路内に前記気泡発生領域に面して配され、前記気泡発生領域での気泡の発生に基づく圧力によって定常状態の第１の位置から変位後の位置である第２の位置に変位し、この変位によって前記圧力を前記吐出口が配された下流側へ導き、気泡の収縮による負圧で前記第１の位置に復帰する可動部材とを有し、
前記可動部材は、前記第１の位置から前記第２の位置に変位するときの前記流路内の液体に対する抵抗が、前記第２の位置から前記第１の位置に復帰するときの抵抗よりも小さい液体吐出ヘッド。
【請求項２】
液体を吐出する吐出口と、
前記吐出口に連通した第１の液流路と、
液体に熱を加えることで該液体に気泡を発生させる気泡発生領域を有する第２の液流路と、
前記第１の液流路と前記気泡発生領域との間に配され、前記気泡発生領域での気泡の発生に基づく圧力によって定常状態の第１の位置から変位後の位置である前記第１の液流路側の第２の位置へ変位し、この変位によって前記圧力を前記吐出口が配された下流側へ導き、気泡の収縮による負圧で前記第１の位置に復帰する可動部材とを有し、
前記可動部材は、前記第１の位置から前記第２の位置に変位するときの前記第１の液流路内の液体に対する抵抗が、前記第２の位置から前記第１の位置に復帰するときの抵抗よりも小さい液体吐出ヘッド。
【請求項３】
前記可動部材は前記第１の液流路と第２の液流路との間に配された分離壁の一部として構成されている請求項２に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項４】
前記第１の液流路の複数に第１の液体を供給するための第１の共通液室と、前記第２の液流路の複数に第２の液体を供給するための第２の共通液室とが配されている請求項２に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項５】
前記可動部材に面した位置に発熱体が設けられており、前記可動部材と前記発熱体との間が前記気泡発生領域である請求項１、２、３または４に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項６】
液体を吐出するための複数の吐出口と、
それぞれの吐出口に対応して直接連通する複数の第１の液流路を構成するための複数の溝と、
前記複数の第１の液流路に液体を供給するための第１の共通液室を構成する凹部とを一体的に有する溝付き部材と、
液体に熱を与えることで液体に気泡を発生させるための複数の発熱体が配された素子基板と、
前記溝付き部材と前記素子基板との間に配され、前記発熱体に対応した第２の液流路の壁の一部を構成するとともに、前記発熱体に面した位置に、前記気泡の発生に基づく圧力によって定常状態の第１の位置から変位後の位置である前記第１の液流路側の第２の位置へ変位し、この変位によって前記圧力を前記吐出口が配された下流側へ導き、気泡の収縮による負圧で前記第１の位置に復帰する可動部材とを具備した分離壁とを有し、
前記可動部材は、前記第１の位置から前記第２の位置に変位するときの前記第１の液流路内の液体に対する抵抗が、前記第２の位置から前記第１の位置に復帰するときの抵抗よりも小さい液体吐出ヘッド。
【請求項７】
前記可動部材は、支点と、該支点よりも前記吐出口側に位置する自由端をもつ板状の部材である請求項５または６に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項８】
前記可動部材は、前記発熱体と対向する面からその反対側の面に向かって幅が狭くなっている請求項７に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項９】
前記可動部材の前記発熱体と対向する面は、実質的に平面である請求項７または８に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項１０】
前記可動部材の前記発熱体と対向する面は、前記発熱体の表面と平行である請求項９に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項１１】
前記可動部材は、その幅方向における両端部が中央部よりも前記発熱体側に突出している請求項７または８に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項１２】
前記可動部材は、前記支点から前記自由端に向かって厚みが薄くなっている請求項７ないし１０のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項１３】
前記可動部材は、前記発熱体と対向する面と反対側の面の液体の接触角が、前記発熱体と対向する面の液体の接触角よりも小さい請求項７に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項１４】
前記気泡は前記発熱体が発生する熱によって液体に膜沸騰を生じることで発生する気泡である請求項５または６に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項１５】
前記可動部材の総面積が前記発熱体の総面積より大である請求項１４に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項１６】
前記可動部材の支点が前記発熱体の直上から外れた位置に配されている請求項７に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項１７】
前記可動部材の自由端は前記発熱体が配された液流路を実質的に直交する形状を有する請求項７に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項１８】
前記可動部材の自由端は、前記発熱体の面積中心よりも、前記液流路での前記吐出口へ向かう液体の流れの下流側に位置する請求項７に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項１９】
前記溝付き部材には、前記第１の共通液室に液体を導入するための第１導入路と、前記第２の共通液室に液体を導入するための第２導入路とを有する請求項６に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項２０】
前記溝付き部材には、前記第２導入路が複数設けられている請求項１９に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項２１】
前記第２導入路は、前記分離壁を貫通して前記第２の共通液室に液体を供給する導入路である請求項１９に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項２２】
前記発熱体は電気信号を受けることで熱を発生する発熱抵抗体を有する電気熱変換体である請求項５または６に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項２３】
前記電気熱変換体は前記発熱抵抗体上に、保護膜を配したものである請求項２２に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項２４】
前記素子基板上には前記電気熱変換体に電気信号を伝えるための配線と、前記電気熱変換体に選択的に電気信号を与えるための機能素子が配されている請求項２２に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項２５】
請求項１、２または６に記載の液体吐出ヘッドと、該液体吐出ヘッドに供給される液体を保持する液体容器とを有するヘッドカートリッジ。
【請求項２６】
請求項３または６に記載の液体吐出ヘッドと、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る第２の液体とを保持する液体容器とを有するヘッドカートリッジ。
【請求項２７】
請求項１、２、または６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２８】
請求項１、２または６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。
【請求項２９】
前記液体吐出ヘッドからインクを吐出し、被記録媒体にインクを付着させることで記録を行う請求項２７または２８に記載の液体吐出装置。
【請求項３０】
前記液体吐出ヘッドから複数色の記録液体を吐出し、被記録媒体に前記複数色の記録液体を付着させることでカラー記録を行う請求項２７または２８に記載の液体吐出装置。
【請求項３１】
前記吐出口が被記録媒体の記録可能領域の全幅に渡って、複数配されている請求項２７または２８に記載の液体吐出装置。
【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ヘッド、液体吐出ヘッドを用いたヘッドカートリッジ、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、液体吐出ヘッドを用いたヘッドカートリッジ、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】
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。
【０００５】
【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４，７２３，１２９号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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
この流路形状の内、流路構造として図４２（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。
【００１１】
図４２、（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、かつ、発熱素子２に関して吐出口１８とは反対側に位置する弁５を開示する。
【００１２】
図４２（ｂ）においては、この弁５は、板材等を利用する製造方法によって、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５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。
【００１３】
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液流路１０内部に、気泡が発生した際を検討するとわかるように、弁５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。
【００１４】
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。このバック波が液流路１０内に発生した時点では、図４２（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液流路１０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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、基本的に従来の気泡（特に膜沸騰に伴う気泡）を液流路中に形成して液体を吐出する方式の、根本的な吐出特性を、従来では考えられなかった観点から、従来では予想できない水準に高めることを主たる背景課題とする。
【００１９】
発明者達の一部は、液滴吐出の原理に立ち返り、従来では得られなかった気泡を利用した新規な液滴吐出方法及びそれに用いられるヘッド等を提供すべく鋭意研究を行った。このとき、流路中の可動部材の機構の原理を解析すると言った液流路中の可動部材の動作を起点とする第１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解析を行うことにした。
【００２０】
これらの解析によって、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するに至った。
【００２１】
つぎに、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との知見に至った。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も判明した。このことから、発明者らは気泡の下流側の成長成分を積極的に可動部材の自由端側に移動させるという従来の技術水準に比べ極めて高い技術水準に至った。
【００２２】
さらに、気泡を形成するための発熱領域、例えば電気熱変換体の液体の流れ方向の面積中心を通る中心線から下流側、あるいは、発泡を司る面における面積中心等の気泡下流側の成長にかかわる可動部材や液流路等の構造的要素を勘案することも好ましいということがわかった。
【００２３】
また、一方、可動部材の配置と液供給路の構造を考慮することで、リフィル速度を大幅に向上することができることがわかった。
【００２４】
発明者達の一部及び本出願人は、このように研究で得られた知見および、総合的観点から優れた液体の吐出原理を出願しているが、本発明者達は、この発明を前提に、より好ましい着想をするに至った。
【００２５】
本発明者達が認識した点は、上述した吐出原理をより有効に活用することを狙い、可動部材の形状に着目し、それを改善することによって、より高い吐出効率及び吐出力を達成するという点である。
【００２６】
本発明の主たる目的は以下の通りである。
第１の目的は、発生した気泡が可動部材に作用した際に、可動部材がより効果的に機能すべく、可動部材が変位するときに液体から受ける抵抗を小さくすることで、より高い吐出効率及び吐出力が得られる液体吐出ヘッド等を提供することにある。
【００２７】
本発明の第２の目的は、第１の目的に加えて、吐出効率、吐出力の向上を図りつつ、発熱体上の液体への蓄熱を大幅に軽減できると共に、発熱体上の残留気泡の低減を図ることで、良好な液体の吐出を行いうる液体吐出ヘッド等を提供することにある。
【００２８】
本発明の第３の目的は、さらにバック波による液体供給方向とは逆方向への慣性力が働くのを抑えると同時に、可動部材の弁機能によって、メニスカス後退量を低減させることで、リフィル周波数を高め、印字スピード等を向上させた液体吐出ヘッド等を提供することにある。
【００２９】
本発明の第４の目的は、発熱体上への堆積物を低減すると共に、吐出用液の用途範囲を広げることができ、しかも吐出効率や吐出力が十分に高い液体吐出ヘッド等を提供することにある。
【００３０】
本発明の第５の目的は、吐出する液体の選択自由度を高くできる液体吐出ヘッド等を提供することにある。
【００３１】
本発明の第６の目的は複数の液体を供給するための液体導入路を少ない部品点数で構成することで製造が容易で安価なヘッドおよび装置を提供すること、また小型化が図れた液体吐出ヘッド、装置等を提供することである。
【００３２】
【課題を解決するための手段】
上記のような目的を達成するための本発明の代表的な要件は、次のようなものである。
【００３３】
液体を吐出する吐出口と、
前記吐出口に連通する液流路と、
前記液流路内の液体に気泡を発生させる気泡発生領域と、
前記液流路内に前記気泡発生領域に面して配され、前記気泡発生領域での気泡の発生に基づく圧力によって定常状態の第１の位置から変位後の位置である第２の位置に変位し、この変位によって前記圧力を前記吐出口が配された下流側へ導き、気泡の収縮による負圧で前記第１の位置に復帰する可動部材とを有し、
前記可動部材は、前記第１の位置から前記第２の位置に変位するときの前記流路内の液体に対する抵抗が、前記第２の位置から前記第１の位置に復帰するときの抵抗よりも小さい液体吐出ヘッド。
【００３４】
もしくは、液体を吐出する吐出口と、
前記吐出口に連通した第１の液流路と、
液体に熱を加えることで該液体に気泡を発生させる気泡発生領域を有する第２の液流路と、
前記第１の液流路と前記気泡発生領域との間に配され、前記気泡発生領域での気泡の発生に基づく圧力によって定常状態の第１の位置から変位後の位置である前記第１の液流路側の第２の位置へ変位し、この変位によって前記圧力を前記吐出口が配された下流側へ導き、気泡の収縮による負圧で前記第１の位置に復帰する可動部材とを有し、
前記可動部材は、前記第１の位置から前記第２の位置に変位するときの前記第１の液流路内の液体に対する抵抗が、前記第２の位置から前記第１の位置に復帰するときの抵抗よりも小さい液体吐出ヘッド。
【００３５】
もしくは、液体を吐出するための複数の吐出口と、
それぞれの吐出口に対応して直接連通する複数の第１の液流路を構成するための複数の溝と、
前記複数の第１の液流路に液体を供給するための第１の共通液室を構成する凹部とを一体的に有する溝付き部材と、
液体に熱を与えることで液体に気泡を発生させるための複数の発熱体が配された素子基板と、
前記溝付き部材と前記素子基板との間に配され、前記発熱体に対応した第２の液流路の壁の一部を構成するとともに、前記発熱体に面した位置に、前記気泡の発生に基づく圧力によって定常状態の第１の位置から変位後の位置である前記第１の液流路側の第２の位置へ変位し、この変位によって前記圧力を前記吐出口が配された下流側へ導き、気泡の収縮による負圧で前記第１の位置に復帰する可動部材とを具備した分離壁とを有し、
前記可動部材は、前記第１の位置から前記第２の位置に変位するときの前記第１の液流路内の液体に対する抵抗が、前記第２の位置から前記第１の位置に復帰するときの抵抗よりも小さい液体吐出ヘッド。
【００３６】
もしくは、上述の液体吐出ヘッドと、該液体吐出ヘッドに供給される液体を保持する液体容器とを有するヘッドカートリッジ。
【００３７】
もしくは、上述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。
【００３８】
もしくは、上述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。
【００３９】
本発明の代表的なものにおいては、気泡発生領域に発生した気泡の作用により可動部材が変位されるが、その際、可動部材は液流路中の液体の抵抗を受ける。この液体の抵抗は、可動部材を上記のような形状とすることで軽減される。その結果、可動部材が変位し易くなり、吐出効率及び吐出力がより向上することになる。
【００４０】
加えて、上述したような、極めて新規な吐出原理に基づく本発明の液体吐出ヘッド等によると、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液体吐出ヘッド等に比べて、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。
【００４１】
この発明のさらに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。
【００４２】
具体的には６４個の吐出口を持つ従来のバブルジェット方式のヘッドの大半が不吐出になるような長期放置条件においても、本発明のヘッドでは約半分以下の吐出口が吐出不良になるだけである。また、これらのヘッドを予備吐出で回復した場合、各吐出口に対して従来ヘッドで数千発の予備吐出を行う必要があったが、本発明では１００発程度の予備吐出で回復を行うだけで十分であった。これは、回復時間の短縮や回復による液体の損失を低減でき、ランニングコストも大幅に下げることが可能であることを意味する。
【００４３】
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。
【００４４】
本発明のその他の効果については、各実施例の記載から理解される。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
【発明の実施の形態】
（実施例１）
以下、図面を参照して本発明の第１の実施例を詳細に説明する。
【００５０】
まず本実施例では液体を吐出するための、気泡に基づく圧力の伝搬方向や気泡の成長方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。
【００５１】
図１はこのような本実施例の液体吐出ヘッドを液流路方向で切断した模式断面図を示しており、図２はこの液体吐出ヘッドの部分破断斜視図を示している。また図３は本実施例の液体吐出ヘッドを吐出口方向から見た模式断面図を示している。
【００５２】
本実施例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（本実施例においては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。
【００５３】
この液流路１０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た平板状の可動部材３１が片持梁状に設けられている。可動部材３１は、発熱体２と対向する面が実質的に平面で、発熱体２の表面と平行となっている。さらに可動部材３１は、発熱体２と対向する面からその反対側の面に向かって、幅が徐々に狭くなっている。可動部材３１の一端は液流路１０の壁や素子基板上に感光性樹脂などをパターニングして形成した土台（支持部材）３４等に固定されている。これによって可動部材３１は保持されると共に支点（支点部分）３３を構成している。
【００５４】
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１１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。
【００５５】
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の液体に熱を作用させ、液体に米国特許4,723,129号に記載されているような膜沸騰現象に基づく気泡４０を発生させる。気泡４０の発生に基づく圧力と気泡４０は可動部材３１に優先的に作用し、可動部材３１は図１（ｂ）、（ｃ）もしくは図２で示されるように支点３３を中心に吐出口１８側に大きく開くように変位する。可動部材３１の変位若しくは変位した状態によって気泡４０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。
【００５６】
ここで、本発明の基本的な吐出原理の一つを説明する。本発明において最も重要な原理の１つは、気泡４０に対面するように配された可動部材３１が気泡４０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４０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。
【００５７】
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４と本発明の図５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。
【００５８】
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４０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、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。
【００５９】
これに対して、図５で示される本発明の場合には、可動部材３１が図４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４０の成長方向自体も圧力伝搬方向V1〜V4と同様に下流方向に導かれ、上流より下流で大きく成長する。このように、気泡４０の成長方向自体を可動部材３１によって制御し、気泡４０の圧力伝搬方向を制御することで、吐出効率や吐出力また吐出速度等の根本的な向上を達成することができる。
【００６０】
次に図１に戻って、本実施例の液体吐出ヘッドの吐出動作について詳しく説明する。
【００６１】
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２が熱を発生する前の状態である。ここで重要なことは、可動部材３１が、発熱体２の発熱によって発生した気泡４０に対し、この気泡４０の少なくとも下流側部分に対面する位置に設けられていることである。つまり、気泡４０の下流側が可動部材３１に作用するように、液流路構造上では少なくとも発熱体２の面積中心３（図１（ｂ）参照）より下流（発熱体２の面積中心３を通って液流路１０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。
【００６２】
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４０を発生させた状態である。
【００６３】
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１３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。
【００６４】
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４０は上流より下流に大きく成長すると共に可動部材３１の第１の位置（点線位置）を越えて大きく成長している。このように気泡４０の成長に応じて可動部材３１が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４０の成長方向を吐出口１８に均一的に向かわせることができることも吐出効率を高めると考えられる。可動部材３１は気泡４０や発泡圧を吐出口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。
【００６５】
さらに、可動部材３１は、上述したように発熱体２と対向する面からその反対側の面に向かって幅が徐々に狭くなっているため、気泡４０の発生に基づく圧力で可動部材３１が変位する際、可動部材３１は液流路１０内に存在する液体の抵抗を受けにくくなり、低い圧力でも変位する。従って、可動部材３１の変位に費やされる気泡４０の圧力成分は最小限ですみ、残りの圧力成分のほとんどが、吐出口１８の方向に成長させられる。
【００６６】
一方、可動部材３１の発熱体２と対向する面は実質的に平面であり、また、発熱体２の表面と平行となっているため、気泡４０の発生に基づく圧力を受け易くなっており、このことも可動部材３１を効率的に変位させる要因となっている。気泡４０の発生に基づく圧力を受けやすい構造としては、この他にも、例えば可動部材３１の発熱体２と対向する面になし地仕上げを施したり、凹凸を形成したり、あるいは可動部材３１の少なくとも発熱体２と対向する部位を概略凹状とし、気泡４０の側面も覆うようにすること等が挙げられる。
【００６７】
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。
【００６８】
第２の位置まで変位していた可動部材３１は、気泡４０の収縮による負圧と可動部材自身のばね性による復元力によって、図１（ａ）の初期位置（第１の位置）に速やかに復帰する。また、消泡時には、気泡発生領域１１での気泡４０の収縮体積を補うため、また、吐出された液体の体積分を補うために上流側（Ｂ）、すなわち共通液室側から流れのＶD1、ＶD2のように、また、吐出口１８側から流れのＶｃのように液体が流れ込んでくる。
【００６９】
以上、気泡４０の発生に伴う可動部材３１の動作と液体の吐出動作について説明したが、以下に本発明の液体吐出ヘッドにおける液体のリフィルについて詳しく説明する。
【００７０】
図１を用いて本発明における液供給メカニズムをさらに詳しく説明する。
【００７１】
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１１に、液流路１０の吐出口１８側と供給路１２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１８側から流れ込む液体の量と共通液室１３から流れ込む液体の量は、気泡発生領域１１より吐出口１８に近い部分と共通液室１３に近い部分との流抵抗の大きさに起因する。（流路抵抗と液体の慣性に基づくものである。）
【００７２】
このため、吐出口１８に近い側の流抵抗が小さい場合には、多くの液体が吐出口１８側から消泡位置に流れ込み、メニスカスＭ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１８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。
【００７３】
これに対して本実施例は可動部材３１を設けたため、気泡の体積Ｗを、可動部材３１の第１位置を境に上側をＷ１、気泡発生領域１１側をＷ２とした場合、消泡時に可動部材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供給路１２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４０の体積の半分程度に対応した量がメニスカスＭ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。
【００７４】
さらに、Ｗ２の体積分の液体供給は消泡時の圧力を利用して可動部材３１の発熱体２側の面に沿って、主に供給路１２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。
【００７５】
ここで特徴的なことは、従来のヘッドで消泡時の圧力を用いたリフィルを行った場合、メニスカスの振動が大きくなってしまい画像品位の劣化につながっていたが、本実施例の高速リフィルにおいては可動部材３１によって吐出口１８側の液流路１０の領域と、気泡発生領域１１との吐出口１８側での液体の流通が抑制されるためメニスカスＭの振動を極めて少なくすることができることである。
【００７６】
このように本発明は、供給路１２を介しての気泡発生領域１１への強制リフィルと、上述したメニスカス後退や振動の抑制によって高速リフィルを達成することで、吐出の安定や高速繰り返し吐出、また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。
【００７７】
本発明の構成においてはさらに次のような有効な機能を兼ね備えている。それは、気泡４０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４０の内、共通液室１３側（上流側）の気泡４０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１０内へのリフィルを低下させ高速駆動の妨げにもなっていた。本発明においては、まず可動部材３１によって上流側へのこれらの作用を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。
【００７８】
次に、本実施例の更なる特徴的な構造と効果について、以下に説明する。
【００７９】
本実施例の供給路１２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。このような場合、気泡発生領域１１および発熱体２の表面への液体の供給は、可動部材３１の気泡発生領域１１に近い側の面に沿って、ＶD2のように行われる。このため、発熱体２の表面上に液体が淀むことが抑制され、液体中に溶存していた気体の析出や、消泡できずに残ったいわゆる残留気泡が除去され易く、また、液体への蓄熱が高くなりすぎることもない。従って、より安定した気泡の発生を高速に繰り返し行うことができる。なお、本実施例では実質的に平坦な内壁を持つ供給路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供給路であればよく、発熱体２上に液体の淀みや、液体の供給に大きな乱流を生じない形状であればよい。
【００８０】
また、気泡発生領域１１への液体の供給は、可動部材３１の側部（スリット３５）を介してＶD1から行われるものもある。しかし、気泡発生時の圧力をさらに有効に吐出口１８に導くために図１で示すように気泡発生領域１１の全体を覆う（発熱体面を覆う）ように大きな可動部材３１を用い、可動部材３１が第１の位置へ復帰することで、気泡発生領域１１と液流路１０の吐出口１８に近い領域との液体の流抵抗が大きくなるような形態の場合、前述のＶD1から気泡発生領域１１に向かっての液体の流れが妨げられる。しかし、本発明のヘッド構造においては、気泡発生領域１１に液体を供給するための流れＶD2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。
【００８１】
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３２が相対的に支点３３より下流側にある。このような構成のため、前述した発泡の際に気泡の圧力伝搬方向や成長方向を吐出口１８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。
【００８２】
補足すれば、本実施例図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２の面積中心（中央）を通り液流路１０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２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１８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。
【００８３】
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。
【００８４】
また、本実施例の構成においては可動部材３１の自由端３２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。
【００８５】
（実施例２）
図７は、本発明の液体吐出ヘッドの第２の実施例の模式断面図であり、図８は、図７に示した液体吐出ヘッドを吐出口方向から見た模式断面図である。
【００８６】
本実施例では、実施例１と同様の可動部材３１の幅方向の両端部に、さらに発熱体２に向かって延在する立面部３１ａを一体的に設けたものである。立面部３１ａは、可動部材３１の幅方向において気泡発生領域１１の外側に位置しており、気泡発生領域１１で発生した気泡の側方は立面部３１ａで覆われる。
【００８７】
これにより、可動部材３１が変位する際には、実施例１と同様に液流路１０に存在する液体の抵抗が小さくなることに加え、発泡圧の側方への逃げが防止され、発泡圧をより効果的に可動部材３１の変位に利用している。さらに、可動部材３１の変位に伴う吐出口方向以外への放圧を抑制し、より効果的に発泡圧を吐出口１８に向けることができるため、気泡の圧力をより効率的に吐出に寄与させることができる。
【００８８】
（実施例３）
図９は、本発明の液体吐出ヘッドの第３の実施例の模式断面図である。
【００８９】
本実施例も、実施例１と同様の可動部材３１を用いたものであるが、さらにその厚みが、支点３３から自由端３２に向かって徐々に薄くなっている。これにより、可動部材３１が変位する際の際の、液流路１０に存在する液体による抵抗がさらに小さくなる上に、自由端３２の変位を大きくすることができるので、気泡をより積極的に吐出口１８に向けて成長させることができる。
【００９０】
（実施例４）
図１０に本発明の第４の実施例を示す。この図１０において、Ａは可動部材３１が変位している状態を示し（気泡は図示せず）、Ｂは可動部材３１が初期位置（第１位置）の状態を示し、このＢの状態をもって、気泡発生領域１１を吐出口１８に対して実質的に密閉しているとする。（ここでは図示していないが、Ａ、Ｂ間には流路壁があり流路と流路を分離している。）
図１０における可動部材３１は、実施例１と同様の形状である。また、土台３４を側部に２点設け、その間に液供給路１２を設けている。これにより、可動部材３１の発熱体２側の面に沿って、また、発熱体２の面と実質的に平坦もしくは、なだらかにつながる面を持つ液供給路から液体の供給を成すことができる。
【００９１】
ここで、可動部材３１の初期位置（第１位置）では、可動部材３１は発熱体２の下流側および横方向に配された発熱体下流壁３６と発熱体側壁３７に近接または密着しており、気泡発生領域１１の吐出口１８側に実質的に密閉されている。このため、発泡時の気泡の圧力、特に気泡の下流側の圧力を逃がさず可動部材３１の自由端３２側に集中的に作用させることができる。
【００９２】
また、消泡時には、可動部材３１は第１位置に戻り、発熱体２上への消泡時の液供給は気泡発生領域１１の吐出口１８側が実質的に密閉状態になるため、メニスカスの後退抑制等、先の実施例で説明した種々の効果を得ることができる。また、リフィルに関する効果においても先の実施例と同様の機能、効果を得ることができる。
【００９３】
また、本実施例においては、図２や図１０のように、可動部材３１を支持固定する土台３４を、発熱体２より離れた上流に設けると共に、液流路１０より小さな幅とすることで前述のような供給路１２への液体の供給を行っている。また、土台３４の形状のこれに限らず、リフィルをスムースに行えるものであればよい。
【００９４】
なお、本実施例においては可動部材３１と発熱体２の間隔を１５μｍ程度としたが、気泡の発生に基づく圧力が十分に可動部材３１に伝わる範囲であればよい。
【００９５】
（実施例５）
図１１は、本発明の基本的な概念の一つを示すもので、本発明の実施例５となる。図１１は、一つの液流路１０中に気泡発生領域１１、そこで発生する気泡および可動部材３１との位置関係を示していると共に、本発明の液体吐出ヘッドによる液体吐出方法やリフィル方法をより分かり易くした実施例である。
【００９６】
前述の実施例の多くは、可動部材３１の自由端３２に対して、発生する気泡の圧力を集中して、急峻な可動部材３１の移動と同時に気泡の移動を吐出口１８側に集中させることを達成している。これに対して、本実施例は、発生する気泡の自由度を与えながら、滴吐出に直接作用する気泡の吐出口１８側である気泡の下流側部分を可動部材３１の自由端３２側で規制するものである。
【００９７】
構成上で説明すると、図１１では、前述の図２（実施例１）に比較すると、図２で素子基板１上に設けられた気泡発生領域の下流端に位置するバリヤーとしての凸部（図１の斜線部分）が本実施例では設けられていない。つまり、可動部材３１の自由端領域および両側端領域は、吐出口領域に対して気泡発生領域１１を実質的に密閉せずに開放している。その他可動部材３１の形状等は実施例１と同様である。
【００９８】
本実施例では、気泡の液滴吐出に直接作用する下流側部分のうち、下流側先端部の気泡成長が許容されているので、その圧力成分を吐出に有効に利用している。加えて少なくともこの下流側部分の上方へ向かう圧力（図４のＶ1 、Ｖ2 、Ｖ3 の分力）を可動部材３１の自由端側部分が、この下流側先端部の気泡成長に加えられるように作用するため吐出効率を上述した実施例と同様に向上する。前記実施例に比較して本実施例は、発熱体２の駆動に対する応答性が優れている。
【００９９】
また、本実施例は、構造上簡単であるため製造上の利点がある。
【０１００】
本実施例の可動部材３１の支点部は、可動部材３１の面部に対して小さい幅の１つの土台３４に固定されている。従って、消泡時の気泡発生領域１１への液体供給は、この土台３４の両側を通って供給される（図の矢印参照）。この土台３４は供給性を確保するものであればどのような構造でもよい。
【０１０１】
液体の供給時におけるリフィルは、本実施例の場合には、可動部材３１の存在によって気泡の消泡にともなって上方から気泡発生領域１１へ流れ込む流れが制御されるので、従来の発熱体のみの気泡発生構造に対して優れたものとなる。無論、これによって、メニスカスの後退量を減じることもできる。
【０１０２】
本実施例の変形実施例としては、可動部材３１の自由端３２に対する両側端（一方でも可）のみを気泡発生領域１１に対して実質的に密閉状態とすることは好ましいものとして挙げられる。この構成によれば、可動部材３１の側方へ向かう圧力をも先に説明した気泡の吐出口側端部の成長に変更して利用することができるので、一層吐出効率が向上する。
【０１０３】
（実施例６）
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本実施例で説明する。図１２はこのようなヘッド構造の横断面図である。図１２においては、可動部材３１の自由端３２の位置が発熱体２のさらに下流側に位置するように、可動部材３１が延在している実施例を示している。これによって自由端位置での可動部材３１の変位速度を高くすることができ、可動部材３１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。その他可動部材３１の形状等は実施例１と同様である。
【０１０４】
また、自由端３２が先の実施例に比較して吐出口１８側に近づくことになるので気泡４０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。
【０１０５】
また、気泡４０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。
【０１０６】
（実施例７）
図１３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は本発明の実施例７を示す。
【０１０７】
本実施例の構造は先の実施例と異なり、吐出口１８と直接連通する領域は液室側と連通した流路形状となっておらず、構造の簡略化が図れるものである。
【０１０８】
液供給は全て、可動部材３１の気泡発生領域側の面に沿った供給路１２からのみ行われるもので、可動部材３１の形状、自由端３２や支点３３の吐出口１８に対する位置関係や発熱体２に面する構成は前述の実施例と同様である。
【０１０９】
本実施例は、吐出効率や液供給性等、前述した効果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消泡時の圧力を利用して、強制リフィルを行うものである。
【０１１０】
図１３（ａ）は発熱体２により液体を発泡させた状態を示しており、図１３（ｂ）は、前記発泡が収縮しつつある状態で、このとき可動部材３１の初期位置への復帰とＳ3による液供給が行われる。
【０１１１】
図１３（ｃ）では、可動部材３１が初期位置に復帰する際のわずかなメニスカス後退を、消泡後に吐出口１８付近の毛細管力によって、リフィルしている状態である。
【０１１２】
（実施例８）
以下、図１４〜図１６を参照して本発明の実施例８について説明する。
【０１１３】
本実施例においても主たる液体の吐出原理については先の実施例と同じであるが、本実施例においては液流路を複流路構成にすることで、さらに、熱を加えることで発泡させる液体（発泡液）と、主として吐出される液体（吐出液）とを分けることができるものである。
【０１１４】
図１４は、本実施例の液体吐出ヘッドの流路方向の断面模式図を示しており、図１５はこの液体吐出ヘッドの部分破断斜視図を示している。
【０１１５】
本実施例の液体吐出ヘッドは、液体に気泡を発生させるための熱エネルギーを与える発熱体２が設けられた素子基板１上に、発泡用の第２液流路１６があり、その上に吐出口１８に直接連通した吐出液用の第１液流路１４が配されている。第１液流路１４の上流側は、複数の第１液流路１４に吐出液を供給するための第１共通液室１５に連通しており、第２液流路１６の上流側は、複数の第２液流路１６に発泡液を供給するための第２共通液室１７に連通している。
【０１１６】
第１液流路１４と第２液流路１６との間には、金属等の弾性を有する材料で構成された分離壁３０が配されており、第１液流路１４と第２液流路１６とを区分している。なお、発泡液と吐出液とができる限り混ざり合わない方がよい液体の場合には、この分離壁３０によってできる限り完全に第１液流路１４と第２液流路１６の液体の流通を分離した方がよいが、発泡液と吐出液とがある程度混ざり合っても問題がない場合には、分離壁３０に完全分離の機能を持たせなくてもよい。
【０１１７】
発熱体２の面方向上方への投影空間（以下吐出圧発生領域という。；図１４中のＡの領域とＢの気泡発生領域１１）に位置する部分の分離壁３０は、スリット３５によって、吐出口１８側（液体の流れの下流側）が自由端３２で、共通液室（１５、１７）側に支点３３が位置する片持梁形状の可動部材３１となっている。この可動部材３１は、気泡発生領域１１（Ｂ）に面して配されているため、発泡液の発泡によって第１液流路１４側の吐出口１８側に向けて開口するように動作する（図中矢印方向）。図１５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。
【０１１８】
可動部材３１の支点３３、自由端３２の配置と、発熱体２との配置の関係については先の実施例と同様にしている。さらに、可動部材３１の幅方向の断面形状についても、先の実施例と同様に、発熱体２に対向する面からその反対側の面に向かって徐々に幅が狭くなった形状となっており、可動部材３１が変位した際の、第１液流路１４内の液体に対する抵抗が少なくなるようにしている。
【０１１９】
また、先の実施例で液供給路１２と発熱体２との構造の関係について説明したが、本実施例においても第２液流路１６と発熱体２との構造の関係を同じくしている。
【０１２０】
次に図１６を用いて本実施例の液体吐出ヘッドの動作を説明する。
【０１２１】
ヘッドを駆動させるにあたっては、第１液流路１４に供給される吐出液と第２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液流路１６の気泡発生領域内１１の発泡液に作用することで、先の実施例で説明したのと同様に発泡液に米国特許4,723,129号に記載されているような膜沸騰現象に基づく気泡４０を発生させる。
【０１２２】
本実施例においては、気泡発生領域１１の上流側を除く、３方から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４０の成長を伴って可動部材３１が図１６（ａ）の状態から図１６（ｂ）のように第１液流路１４側に変位する。この可動部材３１の動作によって第１液流路１４と第２液流路１６とが大きく連通し、気泡４０の発生に基づく圧力が第１液流路１４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３１の機械的変位によって液体が吐出口から吐出される。
【０１２３】
次に、気泡４０が収縮するに伴って可動部材３１が図１６（ａ）の位置まで戻ると共に、第１液流路１４では吐出された吐出液体の量に見合う量の吐出液体が上流側から供給される。本実施例においても、この吐出液体の供給は前述の実施例と同様に可動部材３１が閉じる方向であるため、吐出液体のリフィルを可動部材３１で妨げることがない。
【０１２４】
本実施例は、可動部材３１が変位しやすいこと、可動部材３１の変位に伴う発泡圧力の伝搬、気泡４０の成長方向、バック波の防止等に関する主要部分の作用や効果については先の実施例１等と同じであるが、本実施例のような２流路構成をとることによって、さらに次のような長所がある。
【０１２５】
すなわち、上述の実施例の構成によると、吐出液と発泡液とを別液体とし、発泡液の発泡で生じた圧力によって吐出液を吐出することができる。このため従来、熱を加えても発泡が十分に行われにくく吐出力が不十分であったポリエチレングリコール等の高粘度の液体であっても、この液体を第１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（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液流路１６に供給することで良好に吐出させることができる。
【０１２６】
また、発泡液として、熱を受けても発熱体２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。
【０１２７】
さらに、本発明のヘッドの構造においては先の実施例で説明したような効果をも生じるため、さらに高吐出効率、高吐出力で高粘性液体等の液体を吐出することができる。
【０１２８】
また、加熱に弱い液体の場合においてもこの液体を第１液流路１４に吐出液として供給し、第２液流路１６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。
【０１２９】
（その他の実施例）
以上、本発明の液体吐出ヘッドや液体吐出方法の要部の実施例について説明を行ったが、以下にこれらの実施例に好ましく適用できる実施態様例について図面を用いて説明する。但し、以下の説明においては前述の１流路形態の実施例と２流路形態の実施例のいずれかを取り上げて説明する場合があるが特に記載しない限り、両実施例に適用しうるものである。
【０１３０】
〈可動部材の幅方向の断面形状〉
上述した実施例では、可動部材の幅方向の断面形状として、図３に示したような形状や図８に示したような形状を例に挙げたが、その他にも種々の変形例が考えられる。それらの例を図１７に示す。
【０１３１】
図１７（ａ）〜（ｄ）に示した可動部材３１は、それぞれ図３に示した可動部材３１の変形例であり、発熱体と対向する面を平面として、それと反対側の面の形状を変えたものである。図１７（ｅ）〜（ｈ）に示した可動部材３１は、それぞれ図１７（ａ）〜（ｄ）に示した可動部材３１の発熱体と対向する面の形状が、発熱体と反対側の面の形状と同じであり、幅方向の両端部が中央部よりも発熱体側に突出した形状となっている。これにより、図８に示した可動部材３１と同様の効果を得ている。図１７（ｉ）に示した可動部材３１は、図１７（ａ）に示した可動部材３１の幅方向の両端部にさらに立面部を設けたもので、これも図８に示した可動部材３１の変形例である。
【０１３２】
＜液流路の天井形状＞
図１８は本発明の液体吐出ヘッドの流路方向断面図であるが、第１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。本実施例においては可動部材３１の自由端３２位置近傍の流路天井の高さが高くなっており、可動部材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３１の動作範囲は、液流路の構造、可動部材３１の耐久性や発泡力等を考慮して決定すればよいが、吐出口１８の軸方向の角度を含む角度まで動作することが望ましいと考えられる。なお、図９に示したように、支点３３から自由端３２に向かって可動部材３１の厚みを徐々に薄くすることで、可動部材３１の動作角度θをより大きくすることができる。
【０１３３】
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３２の変位高さを高くすることで、より十分な吐出力の伝達が成される。また、この図で示されるように、可動部材３１の自由端３２位置の液流路天井の高さより可動部材３１の支点３３位置の液流路天井の高さの方が低くなっているため、可動部材３１の変位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。
【０１３４】
＜第２液流路と可動部材との配置関係＞
図１９は、上述の可動部材３１と第２液流路１６との配置関係を説明するための図であり、同図（ａ）は分離壁３０、可動部材３１近傍を上方から見た図であり、同図（ｂ）は、分離壁３０を外した第２液流路１６を上方から見た図である。そして、同図（ｃ）は、可動部材６と第２液流路１６との配置関係を、これらの各要素を重ねることで模式的に示した図である。なお、いずれの図も図面下方が吐出口が配されている前面側である。
【０１３５】
本実施例の第２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。
【０１３６】
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。
【０１３７】
しかし、本実施例の場合、吐出される液体の多くを第１液流路内の吐出液とすることができ、発熱体２が設けられた第２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液流路１６の気泡発生領域への発泡液の充填量は少なくて良い。従って、上述の狭窄部１９における間隔を数μｍ〜十数μｍと非常に狭くできるため、第２液流路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３１側に向けることができる。そしてこの圧力を可動部材３１を介して吐出力として利用することができるため、より高い吐出効率、吐出力を達成することができる。ただ、第２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。
【０１３８】
なお、可動部材３１の発熱体２との対向面は実質的に平面であり、さらに、図１９（Ｃ）で示されるように、可動部材３１の側方は第２液流路１６を構成する壁の一部を覆っている。このことで、可動部材３１の第２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３５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。
【０１３９】
なお、図１６（ｂ）や図１８においては、可動部材３１の第１液流路１４側への変位に伴って、第２液流路１６の気泡発生領域１１で発生した気泡４０の一部が第１液流路１４側に延在しているが、この様に気泡４０が延在するような第２液流路１６の高さにすることで、気泡４０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４０が第１液流路１４に延在するようにするためには、第２液流路１６の高さを最大気泡の高さより低くすることが望ましく、この高さを数μｍ〜３０μｍとすることが望ましい。なお、本実施例においてはこの高さを１５μｍとした。
【０１４０】
＜可動部材および分離壁＞
図２０は可動部材３１の他の平面形状を示すもので、３５は、分離壁に設けられたスリットであり、このスリット３５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３１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１９（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３１の形状は第２液流路１６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。
【０１４１】
先の実施例においては、板状の可動部材３１及びこの可動部材３１を有する分離壁は厚さ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３１、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３１として良好に動作するための弾性を有し、スリットの形成や厚み方向の形状の制御が行えるものであればよい。
【０１４２】
可動部材３１の材料としては、耐久性の高い、銀、ニッケル、金、鉄、チタン、アルミニュウム、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。
【０１４３】
分離壁３０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。
【０１４４】
また、分離壁３０の厚さは、分離壁３０としての強度を達成でき、可動部材３１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。
【０１４５】
なお、可動部材３１を形成するためのスリット３５の幅は本実施例では２μｍとしたが、発泡液と吐出液とが異なる液体であり、両液体の混液を防止したい場合は、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し、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。
【０１４６】
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。
【０１４７】
本発明の「実質的な密閉状態」を与えるスリットとしては、このような数μｍオーダであればより確実である。
【０１４８】
上述のように、発泡液と吐出液とに機能分離させた場合、可動部材がこれらの実質的な仕切部材となる。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。従って、このような混液としては、吐出液滴に対して２０％以下となるような発泡液と吐出液との混合を本発明に含むものとする。
【０１４９】
尚、上記構成例の実施では、粘性を変化させても上限で１５％の発泡液の混合であり、５ｃｐ以下の発泡液では、この混合比率は、駆動周波数にもよるが、１０％程度を上限とするものであった。
【０１５０】
特に、吐出液の粘度を２０ｃｐ以下にすればする程、この混液は低減（例えば５％以下）できる。
【０１５１】
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。
【０１５２】
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２１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。
【０１５３】
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。本実施例においては、発泡有効領域を発熱体周囲から約４μｍ以上内側としたが、発熱体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。
【０１５４】
図２２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３１ａ（（ａ）図）、可動部材３１ｂ（（ｂ）図）を配置したときの上部から見た模式図を示す。
【０１５５】
可動部材３１ａ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３１ｂ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３３〜可動先端間の寸法が発熱体２の長さよりも長い）、可動部材３１ａ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３１ａ，３１ｂに対し、それらの耐久性と吐出効率について測定を行った。測定条件は以下の通りである。
【０１５６】
発泡液      ：  エタノール４０％水溶液
吐出用インク：  染料インク
電圧        ：  ２０．２Ｖ
周波数      ：  ３ｋＨｚ
この測定条件で実験を行った結果、可動部材の耐久性に関しては、（ａ）可動部材３１ａの方は、１×１０7パルス印加したところで可動部材３１ａの支点部分に損傷が見られた。（ｂ）可動部材３１ｂ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。
【０１５７】
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。
【０１５８】
図２３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２４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３１の支点３３の位置を決めることが望ましい。
【０１５９】
また、可動部材３１の支点３３が発熱体２の発泡有効領域直上に位置する場合は、可動部材３１の変位による応力に加え、発泡圧力が直接支点３３に加わるため可動部材３１の耐久性が低下してしまう。本発明者の実験によると、発泡有効領域の真上に支点３３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３１の支点３３は、発熱体２の発泡有効領域直上外に配置することで耐久性がそれ程高くない形状や材質の可動部材３１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３３がある場合でも形状や材質を選択すれば、良好に用いることができる。かかる構成において、高吐出効率および耐久性に優れた液体吐出ヘッドが得られる。
【０１６０】
＜素子基板＞
以下に液体に熱を与えるための発熱体が設けられた素子基板の構成について説明する。
【０１６１】
図２５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２５（ａ）は後述する保護膜（耐キャビテーション層）があるヘッド、同図（ｂ）は保護膜がないものである。
【０１６２】
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１４を構成する溝を設けた溝付き部材５０が配されている。
【０１６３】
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２を構成するハフニュウムボライド（ＨｆＢ2）、チッ化タンタル（ＴａＮ）、タンタルアルミ（ＴａＡｌ）等の電気抵抗層１０５（０．０１〜０．２μｍ厚）とアルミニュウム等の配線電極（０．２〜１．０μｍ厚）を図１５のようにパターニングしている。この２つの配線電極１０４から電気抵抗層１０５に電圧を印加し、電気抵抗層１０５に電流を流し発熱させる。配線電極１０４間の電気抵抗層１０５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電気抵抗層１０５を保護している。
【０１６４】
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１０２として用いられる。
【０１６５】
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１０２を必要としない構成でもよく、その例を図２５（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電気抵抗層１０５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。
【０１６６】
このように、前述の各実施例における発熱体２の構成としては、前述の配線電極１０４間の電気抵抗層（発熱部）１０５だけででもよく、また電気抵抗層１０５を保護する保護層１０３を含むものでもよい。
【０１６７】
本実施例においては、発熱体２として電気信号に応じて発熱する電気抵抗層１０５で構成された発熱部を有するものを用いたが、これに限られることなく、吐出液を吐出させるのに十分な気泡を発泡液に生じさせるものであればよい。例えば、発熱部としてレーザ等の光を受けることで発熱するような光熱変換体や高周波を受けることで発熱するような発熱部を有する発熱体でもよい。
【０１６８】
なお、前述の素子基板１には、前述の発熱部を構成する電気抵抗層１０５とこの電気抵抗層１０５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。
【０１６９】
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、前述の電気抵抗層１０５に配線電極１０４を介して図２６で示されるような矩形パルスを印加し、配線電極１０４間の電気抵抗層１０５を急峻に発熱させる。前述の各実施例のヘッドにおいては、それぞれ電圧２４Ｖ、パルス幅７μｓｅｃ、電流１５０ｍＡ、電気信号を６ｋＨｚで加えることで発熱体を駆動させ、前述のような動作によって、吐出口１８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。
【０１７０】
＜２流路構成のヘッド構造＞
以下に、第１、第２の共通液室に異なる液体を良好に分離して導入でき部品点数の削減を図れ、コストダウンを可能とする液体吐出ヘッドの構造例について説明する。
【０１７１】
図２７は、このような液体吐出ヘッドの構造を示す模式図であり、先の実施例と同じ構成要素については同じ符号を用いており、詳しい説明はここでは省略する。
【０１７２】
本実施例においては、溝付き部材５０は、吐出口１８を有するオリフィスプレート５１と、複数の第１液流路１４を構成する複数の溝と、複数の第１液流路１４に共通して連通し、各第１液流路１４に液体（吐出液）を供給するための第１共通液室１５を構成する凹部とから概略構成されている。
【０１７３】
この溝付き部材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。このような溝付き部材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、溝付き部材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液体供給路２１を有している。
【０１７４】
第１の液体（吐出液）は、図２７の矢印Ｃで示すように、第１液体供給路２０を経て、第１共通液室１５、次いで第１液流路１４に供給され、第２の液体（発泡液）は、図２７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。
【０１７５】
本実施形態例では、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。
【０１７６】
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。
【０１７７】
また、第２共通液室１７は、溝付き部材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２８で示す本実施例の分解斜視図のように、素子基板１上にドライフィルムで共通液室枠７１と第２液路壁７２を形成し、分離壁３０を固定した溝付き部材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。
【０１７８】
本実施形態例では、アルミニュ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。
【０１７９】
この素子基板１上には、第２液路壁７２により形成された第２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。
【０１８０】
溝付き部材５０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１５に吐出液を供給するための第１液体供給路（吐出液供給路）２０と、第２共通液室１７に発泡液を供給するための第２液体供給路（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に連通する連通路に繋がっており、この連通路によって吐出液と混合することなく発泡液を第２共通液室１７に供給することができる。
【０１８１】
素子基板１、分離壁３０、溝付き部材５０の配置関係は、素子基板１の発熱体２に対応して可動部材３１が配置されており、この可動部材３１に対応して吐出液流路１４が配されている。また、本実施形態例では、１つの第２液体供給路２１を溝付き部材５０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。さらに第１液体供給路２０と第２液体供給路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き部材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。
【０１８２】
以上説明したように本実施例によれば、第２液流路１６に第２液体を供給する第２液体供給路２１と、第１液流路１４に第１液体を供給する第１液体供給路２０とが同一の溝付き部材５０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。
【０１８３】
また第２液流路１６に連通した第２共通液室１７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３０を突き抜ける方向で第２液流路１６によって行なわれる構造であるため、前記分離壁３０と溝付き部材５０と素子基板１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。
【０１８４】
また、第２液体は、分離壁３０を突き抜けて第２共通液室１７へ供給されるため、第２液流路１６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。
【０１８５】
＜吐出液体、発泡液体＞
先の実施例で説明したように本発明においては、前述のような可動部材を有する構成によって、従来の液体吐出ヘッドよりも高い吐出力や吐出効率でしかも高速に液体を吐出することができる。本実施例の内、発泡液と吐出液とに同じ液体を用いる場合には、発熱体から加えられる熱によって劣化せずに、また加熱によって発熱体上に堆積物を生じにくく、熱によって気化、凝縮の可逆的状態変化を行うことが可能であり、さらに液流路や可動部材や分離壁等を劣化させない液体であれば種々の液体を用いることができる。
【０１８６】
このような液体の内、記録を行う上で用いる液体（記録液体）としては従来のバブルジェット装置で用いられていた組成のインクを用いることができる。
【０１８７】
一方、本発明の２流路構成のヘッドを用い、吐出液と発泡液を別液体とした場合には、発泡液として前述のような性質の液体を用いればよく、具体的には、メタノール、エタノール、ｎ−プロパノール、イソプロパノール、ｎ−ヘキサン、ｎ−ヘプタン、ｎ−オクタン、トルエン、キシレン、二塩化メチレン、トリクレン、フレオンＴＦ、フレオンＢＦ、エチルエーテル、ジオキサン、シクロヘキサン、酢酸メチル、酢酸エチル、アセトン、メチルエチルケトン、水等およびこれらの混合物が挙げられる。
【０１８８】
吐出液としては、発泡性の有無、熱的性質に関係なく様々な液体を用いることができる。また、従来吐出が困難であった発泡性が低い液体、熱によって変質、劣化しやすい液体や高粘度液体等であっても利用できる。
【０１８９】
ただし、吐出液の性質として吐出液自身、又は発泡液との反応によって、吐出や発泡また可動部材の動作等を妨げるような液体でないことが望まれる。
【０１９０】
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を利用することもできる。
【０１９１】
本発明においては、吐出液と発泡液の両方に用いることができる記録液体として以下のような組成のインクを用いて記録を行ったが、吐出力の向上によってインクの吐出速度が高くなったため、液滴の着弾精度が向上し非常に良好な記録画像を得ることができた。
【０１９２】
【外１】
0003839875.tif 000002
【０１９３】
また、発泡液と吐出液に以下で示すような組成の液体を組み合わせて吐出させて記録を行った。その結果、従来のヘッドでは吐出が困難であった十数ｃｐ粘度の液体はもちろん１５０ｃｐという非常に高い粘度の液体でさえも良好に吐出でき、高画質な記録物を得ることができた。
【０１９４】
【外２】
0003839875.tif 000003
【０１９５】
ところで、前述したような従来吐出されにくいとされていた液体の場合には、吐出速度が低いために、吐出方向性のバラツキが助長され記録紙上のドットの着弾精度が悪く、また吐出不安定による吐出量のバラツキが生じこれらのことで、高品位画像が得にくかった。しかし、上述の実施例の構成においては、気泡の発生を発泡液を用いることで充分に、しかも安定して行うことができる。このことで、液滴の着弾精度向上とインク吐出量の安定化を図ることができ記録画像品位を著しく向上することができた。
【０１９６】
〈可動部材の製造〉
次に、本発明の最も大きな特徴である可動部材の製造工程の例について、前述の実施例で示した様々の形状の中からいくつかを選んで説明する。
【０１９７】
まず、図３に示した可動部材３１の製法の一例について図２９（ａ）〜（ｃ）を用いて説明する。
【０１９８】
（ａ）ＳＵＳ基板１１００上に厚さ０．５μｍのレジスト１１０１をパターニングする。パターニングするレジスト１１０１の幅は、スリットとして残す幅を３μｍとしたとき、０．５μｍ厚のレジストの場合、１２μｍとする。
【０１９９】
（ｂ）ＳＵＳ基板１１００に対して電気メッキを行ってＳＵＳ基板１１００上にニッケル層１１０２を５μｍ成長させる。メッキ液としては、スルフォミン酸ニッケルに応力減少剤（ワールドメタル社製：ゼオロール）と、ほう酸、ピット防止剤（ワールドメタル社製：ＮＰ−ＡＰＳ）、塩化ニッケルを使用した。電着時の電界のかけ方としては、アノード側に電極を付け、カソード側に既にレジスト１１０１をパターニングしたＳＵＳ基板１１００を取り付け、メッキ液の温度を５０℃とし、電流密度を５Ａ／ｃｍ2 とした。
【０２００】
この条件下でニッケル層１１０２を成長させると、ニッケル層１１０２は、０．５μｍ成長した時点から厚さ方向以外にレジスト１１０１を覆う方向にも成長する。そして、総厚が５μｍとなったときには、ニッケル層１１０２はレジスト１１０１の両側方をそれぞれ約４．５μｍ覆う。その結果、レジスト１１０１上では３μｍ幅の隙間がレジスト１１０１のパターンに沿って形成され、この隙間の部分でのニッケル層１１０２の厚み方向での曲率半径は４．５μｍとなる。
【０２０１】
（ｃ）メッキを終了したＳＵＳ基板１１００に超音波振動を与え、ニッケル層１１０２の部分をＳＵＳＵ基板１１００から剥離し、図示上方に向かって幅が徐々に狭くなっていく形状の可動部材３１を得る。
【０２０２】
ここで、可動部材３１の図示下面にはレジスト１１０１の跡である段差が生じているが、この段差の高さは０．５μｍであるので、可動部材３１の図示下面は実質的に平面である。
【０２０３】
次に、図１７（ｃ）に示した可動部材３１の製法の一例について図３０（ａ）〜（ｅ）を用いて説明する。
【０２０４】
（ａ）ＳＵＳ基板１１００上に厚さ２．５μｍのレジスト１１０１ａをパターニングする。パターニングするレジスト１１０１ａの幅は、スリットとして残す幅に合わせる。
【０２０５】
（ｂ）ＳＵＳ基板１１００に対して電気メッキを行ってＳＵＳ基板１１００上にニッケル層１１０２ａを２．５μｍ成長させる。メッキ液としては、スルフォミン酸ニッケルに応力減少剤（ワールドメタル社製：ゼオロール）と、ほう酸、ピット防止剤（ワールドメタル社製：ＮＰ−ＡＰＳ）、塩化ニッケルを使用した。電着時の電界のかけ方としては、アノード側に電極を付け、カソード側に既にレジスト１１０１ａ，１１０１ｂをパターニングしたＳＵＳ基板１１００を取り付け、メッキ液の温度を５０℃とし、電流密度を５Ａ／ｃｍ2 とした。
【０２０６】
（ｃ）上述したレジスト１１０１ａに重ねて、再び厚さ２．５μｍのレジスト１１０１ｂをパターニングする。このレジスト１１０ｂの幅は、初めにパターニングしたレジスト１１０１ａの幅よりも大きいものとする。
【０２０７】
（ｄ）上述のニッケル層１１０２ａに対して再び電気メッキを行い、２層目のニッケル層１１０２ｂを２．５μｍ成長させる。メッキの条件は、１層目のニッケル層１１０２ａを形成したときと同じである。
【０２０８】
（ｅ）レジスト１１０１ａ，１１０１ｂを除去した後、ＳＵＳ基板１１００に超音波振動を与え、１層目のニッケル層１１０２ａの部分をＳＵＳ基板１１００から剥離し、２段形状の可動部材３１を得る。
【０２０９】
次に、図１７（ｄ）に示した可動部材３１の製法の一例について図３１（ａ）〜（ｃ）を用いて説明する。
【０２１０】
（ａ）ＳＵＳ基板１１００上に厚さ１５μｍのレジスト１１０１をパターニングする。この際、パターニング後のレジスト１１０１の側面に傾斜がつくように、露光時の焦点をずらす。
【０２１１】
（ｂ）ＳＵＳ基板１１００に対して電気メッキを行ってＳＵＳ基板１１００上にニッケル層１１０２を５μｍ成長させる。メッキ液としては、スルフォミン酸ニッケルに応力減少剤（ワールドメタル社製：ゼオロール）と、ほう酸、ピット防止剤（ワールドメタル社製：ＮＰ−ＡＰＳ）、塩化ニッケルを使用した。電着時の電界のかけ方としては、アノード側に電極を付け、カソード側に既にレジスト１１０１をパターニングしたＳＵＳ基板１１００を取り付け、メッキ液の温度を５０℃とし、電流密度を５Ａ／ｃｍ2 とした。
【０２１２】
（ｃ）上記のようなメッキを終了したＳＵＳ基板１１００に超音波振動を与え、ニッケル層１１０２の部分をＳＵＳ基板１１００から剥離する。これを上下反転すると、台形状の可動部材３１が得られる。
【０２１３】
次に、図１７（ｈ）に示した可動部材３１の製法の一例について図３２（ａ）〜（ｃ）を用いて説明する。
【０２１４】
（ａ）ＳＵＳ基板１１００上にレジスト１１０１ａをパターニングする。
【０２１５】
（ｂ）レジスト１１０１をパターニングしたＳＵＳ基板１１００をエッチング液（塩化第２鉄または塩化第２銅の水溶液）に浸漬し、レジスト１１０１ａから露出している部分を５μｍエッチングする。その後、レジスト１１０１ａを剥離する。
【０２１６】
（ｃ）ＳＵＳ基板１１００のエッチングされた面全体に、再びレジスト１１０１ｂを塗布する。
【０２１７】
（ｄ）上記工程で塗布したレジスト１１０１ｂを、ＳＵＳ基板１１００のエッチングされた部位の底部のみにレジスト１１０ｂが残るように、露光によりパターニングする。
【０２１８】
（ｅ）上述のようにしたＳＵＳ基板１１００を母材として、ＳＵＳ基板１１００に対して電気メッキを行ってＳＵＳ基板１１００上にニッケル層１１０２を５μｍ成長させる。メッキ液としては、スルフォミン酸ニッケルに応力減少剤（ワールドメタル社製：ゼオロール）と、ほう酸、ピット防止剤（ワールドメタル社製：ＮＰ−ＡＰＳ）、塩化ニッケルを使用した。電着時の電界のかけ方としては、アノード側に電極を付け、カソード側に既にレジスト１１０１ｂをパターニングしたＳＵＳ基板１１００を取り付け、メッキ液の温度を５０℃とし、電流密度を５Ａ／ｃｍ2 とした。
【０２１９】
（ｆ）上記のようなメッキを終了したＳＵＳ基板１１００に超音波振動を与え、ニッケル層１１０２の部分をＳＵＳ基板１１００から剥離し、幅方向の両端に立面部が一体的に設けられた可動部材３１が得られる。
【０２２０】
＜液体吐出ヘッドの製造＞
次に、本発明の液体吐出ヘッドの製造工程について説明する。
【０２２１】
図２で示したような液体吐出ヘッドの場合には、素子基板１上に可動部材３１を設けるための土台３４をドライフィルム等をパターニングすることで形成し、この土台３４に、例えば前述のようにして形成した可動部材３１を接着、もしくは溶着固定した。その後、各液流路１０を構成する複数の溝と吐出口１８と共通液室１３を構成する凹部を有する溝付き部材を、溝と可動部材３１が対応するような状態で素子基板１に接合することで形成した。
【０２２２】
次に、図１４や図２８で示されるような２流路構成の液体吐出ヘッドの製造工程について説明する。
【０２２３】
大まかには、素子基板１上に第２液流路１６の壁を形成し、その上に、可動部材３１を有する分離壁３０を取り付け、さらにその上に第１液流路１４を構成する溝等が設けられた溝付き部材５０を取り付ける。もしくは、第２液流路１６の壁を形成した後、この壁の上に分離壁３０を取り付けた溝付き部材５０を接合することでヘッドの製造を行った。
【０２２４】
さらに第２液流路１６の作製方法について詳しく説明する。
【０２２５】
図３３（ａ）〜（ｅ）は、本発明の液体吐出ヘッドの製造方法の一例を説明するための概略断面図である。
【０２２６】
本例においては、（ａ）に示すように、素子基板（シリコンウエハ）１上に半導体製造工程で用いるのと同様の製造装置を用いてハフニュウムボライドやチッ化タンタル等からなる発熱体２を有する電気熱変換用素子を形成した後、次工程における感光性樹脂との密着性の向上を目的として素子基板１の表面に洗浄を施した。さらに、密着性を向上させるには、素子基板１の表面に紫外線−オゾン等による表面改質を行った後、例えばシランカップリング剤（日本ユニカ製：Ａ１８９）をエチルアルコールで１重量％に希釈した液を上記改質表面上にスピンコートすることで達成される。
【０２２７】
次に、表面洗浄を行い、密着性を向上した素子基板１上に、（ｂ）に示すように、紫外線感光性樹脂フィルム（東京応化製：ドライフィルム  オーディルＳＹ−３１８）ＤＦをラミネートした。
【０２２８】
次に、（ｃ）に示すように、ドライフィルムＤＦ上にフォトマスクＰＭを配し、このフォトマスクＰＭを介してドライフィルムＤＦのうち、第２流路壁として残す部分に紫外線を照射した。この露光工程は、キヤノン（株）製：ＭＰＡ−６００を用いて行い、約６００ｍＪ／ｃｍ2の露光量で行った。
【０２２９】
次に、（ｄ）に示すように、ドライフィルムＤＦを、キシレンとブチルセルソルブアセテートとの混合液からなる現像液（東京応化製：ＢＭＲＣ−３）で現像し、未露光部分を溶解させ、露光して硬化した部分を第２液流路１６の壁部分として形成した。さらに、素子基板１表面に残った残渣を酸素プラズマアッシング装置（アルカンテック社製：ＭＡＳ−８００）で約９０秒間処理して取り除き、引き続き、１５０℃で２時間、さらに紫外線照射１００ｍＪ／ｃｍ2を行って露光部分を完全に硬化させた。
【０２３０】
以上の方法により、上記シリコン基板から分割、作製される複数のヒータボード（素子基板）に対し、一様に第２液流路１６を精度よく形成することができる。シリコン基板を、厚さ０．０５ｍｍのダイヤモンドブレードを取り付けたダイシングマシン（東京精密製：ＡＷＤ−４０００）で各々のヒータボード１に切断、分離した。分離されたヒータボード１を接着剤（東レ製：ＳＥ４４００）でアルミベースプレート（支持体）７０上に固定した（図３６）。次いで、予めアルミベースプレート７０上に接合しておいたプリント配線基板７３（図３６）と、ヒータボード１とを直径０．０５ｍｍのアルミワイヤ（図示略）で接続した。
【０２３１】
次に、このようにして得られたヒータボード１に、図３３（ｅ）に示すように、上述の方法で溝付き部材５０と分離壁３０との接合体を位置決め接合した。すなわち、分離壁３０を有する溝付き部材５０とヒータボード１とを位置決めし、押さえバネ７８（図３６）により係合、固定した後、インク・発泡液用供給部材８０（図３６）をアルミベースプレート７０上に接合固定し、アルミワイヤ間、溝付き部材５０とヒータボード１とインク・発泡液用供給部材８０との隙間をシリコーンシーラント（東芝シリコーン製：ＴＳＥ３９９）で封止して完成させた。
【０２３２】
以上の製法で第２液流路１６を形成することにより、各ヒータボード１の各発熱体２に対して位置ズレのない精度の良い流路を得ることができる。特に、溝付き部材５０と分離壁３０とをあらかじめ先の工程で接合しておくことで、第１液流路１４と可動部材３１の位置精度を高めることができる。
【０２３３】
そして、これらの高精度製造技術によって、吐出安定化が図られ印字品位が向上する。また、ウエハ上に一括で形成することが可能なため、多量に低コストで製造することが可能である。
【０２３４】
なお、本例では、第２液流路１６を形成するために紫外線硬化型のドライフィルムを用いたが、紫外域、特に２４８ｎｍ付近に吸収帯域をもつ樹脂を用い、ラミネート後、硬化させ、エキシマレーザで第２液流路１６となる部分の樹脂を直接除去することによっても得ることが可能である。
【０２３５】
図３４（ａ）〜（ｄ）は、本発明の液体吐出ヘッドの製造方法の他の例を説明するための概略断面図である。
【０２３６】
本例においては、（ａ）に示すように、ＳＵＳ基板１１００上に厚さ１５μｍのレジスト１０１を第２液流路の形状でパターニングした。
【０２３７】
次に、（ｂ）に示すように、ＳＵＳ基板１１００に対して電気メッキを行ってＳＵＳ基板１１００上にニッケル層１１０２を同じく１５μｍ成長させた。メッキ液としては、スルフォミン酸ニッケルに応力減少剤（ワールドメタル社製：ゼロオール）とほう酸、ピット防止剤（ワールドメタル社製：ＮＰ−ＡＰＳ）、塩化ニッケルを使用した。電着時の電界のかけ方としては、アノード側に電極を付け、カソード側に既にパターニングしたＳＵＳ基板１１００を取り付け、メッキ液の温度を５０℃とし、電流密度を５Ａ／ｃｍ2とした。
【０２３８】
次に、（ｃ）に示すように、上記のようなメッキを終了したＳＵＳ基板１１００に超音波振動を与え、ニッケル層１１０２の部分をＳＵＳ基板１１００から剥離し、所望の第２の液流路を得た。
【０２３９】
一方、電気熱変換用素子を配設したヒータボードを、半導体と同様の製造装置を用いてシリコンウエハに形成した。このウエハを先の実施例と同様に、ダイシングマシンで各々のヒータボードに分離した。このヒータボード１を、予めプリント配線基板７３が接合されたアルミベースプレート７０に接合し、プリント配線基板７３とアルミワイヤ（図示略）とを接続することで電気的配線を形成した。このような状態のヒータボード１上に、図３４（ｄ）に示すように、先の工程で得た第２液流路１６を位置決め固定した。この固定に際しては、後工程で、図３３を用いて説明した例と同様に分離壁を固定した溝付き部材と押さえバネによって係合・密着されるため、溝付き部材接合時に位置ズレが発生しない程度に固定されていれば十分である。
【０２４０】
本例では、上記位置決め固定に紫外線硬化型接着剤（グレースジャパン製：アミコンＵＶ−３００）を塗布し、紫外線照射装置を用い、露光量を１００ｍＪ／ｃｍ2として約３秒間で固定を完了した。
【０２４１】
本例の製法によれば、発熱体２に対して位置ズレのない精度の高い第２液流路１６を得ることができることに加え、ニッケルで流路壁を形成しているため、アルカリ性の液体に強く、信頼性の高いヘッドを提供することが可能となる。
【０２４２】
図３５（ａ）〜（ｄ）は、本発明の液体吐出ヘッドの製造方法のさらに他の例を説明するための概略断面図である。
【０２４３】
本例においては、（ａ）に示すように、アライメント穴１１００ａあるいはマークを有する厚さ１５μｍのＳＵＳ基板１１００の両面にレジスト１１０３を塗布した。ここで、レジスト１１０３としては、東京応化製のＰＭＥＲＰ−ＡＲ９００を使用した。
【０２４４】
この後、（ｂ）に示すように、ＳＵＳ基板１１００のアライメント穴１１００ａに合わせて、露光装置（キヤノン（株）製：ＭＰＡ−６００）を用いて露光し、第２液流路を形成すべき部分のレジスト１１０３を除去した。露光は８００ｍＪ／ｃｍ2の露光量で行った。
【０２４５】
次に、（ｃ）に示すように、両面のレジスト１１０３がパターニングされたＳＵＳ基板１１００を、エッチング液（塩化第２鉄または塩化第２銅の水溶液）に浸漬し、レジスト１１０３から露出している部分をエッチングした後、レジスト１１０３を剥離した。
【０２４６】
次に、（ｄ）に示すように、先の製造方法の例と同様に、ヒータボード１上に、エッチングされたＳＵＳ基板１１００を位置決め固定して第２液流路１６を有する液体吐出ヘッドを組み立てた。
【０２４７】
本例の製法によれば、発熱体２に対し位置ズレのない精度の高い第２液流路１６を得ることができることに加え、ＳＵＳで流路を形成しているため、酸やアルカリ性の液体に強く信頼性の高い液体吐出ヘッドを提供することができる。
【０２４８】
以上説明したように、本例の製造方法によれば、素子基板状に予め第２液流路の壁を配設することによって、発熱体と第２液流路とが高精度に位置決めすることが可能となる。また、切断、分離前の基板上の多数の素子基板に対して第２液流路を同時に形成することができるので、多量に、かつ、低コストの液体吐出ヘッドを提供することができる。
【０２４９】
また、本例の製造方法によって得られた液体吐出ヘッドは、発熱体と第２液流路とが高精度に位置決めされているので、電気熱変換体の発熱による発泡の圧力を効率よく受けることができ、吐出効率に優れたものとなる。
【０２５０】
＜液体吐出ヘッドカートリッジ＞
次に、上記実施形態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。
【０２５１】
図３６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９０とから概略構成されている。
【０２５２】
液体吐出ヘッド部２００は、素子基板１、分離壁３０、溝付き部材５０、押さえバネ７８、液体供給部材８０、アルミベースプレート（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と溝付き部材５０との接合によって、吐出される吐出液体が流通する吐出流路（不図示）が形成される。
【０２５３】
押さえバネ７８は、溝付き部材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、溝付き部材５０と、後述する支持体７０とを良好に一体化させている。
【０２５４】
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プリント配線基板７３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７４が配置されている。
【０２５５】
液体容器９０は、液体吐出ヘッド部２００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、液体吐出ヘッド部２００と液体容器９０との接続を行う接続部材を配置するための位置決め部９４と、接続部材を固定するための固定軸９５が設けられている。吐出液体の供給は、液体容器９０の吐出液体供給路９２から接続部材の供給路８４を介して液体供給部材８０の吐出液体供給路８１に供給され、各部材の液供給路８３，７９，２０を介して第１の共通液室に供給される。発泡液も同様に、液体容器９０の発泡液体供給路９３から接続部材の供給路を介して液体供給部材８０の発泡液供給路８２に供給され、各部材の液供給路８４，７９，２１を介して第２液室に供給される。
【０２５６】
以上の液体吐出ヘッドカートリッジにおいては、発泡液と吐出液が異なる液体である場合も、供給を行いうる供給形態および液体容器９０で説明したが、吐出液体と発泡液体とが同じである場合には、発泡液と吐出液の供給経路および容器を分けなくてもよい。
【０２５７】
なお、この液体容器９０には、各液体の消費後に液体を再充填して使用してもよい。このためには液体容器９０に液体注入口を設けておくことが望ましい。又、液体吐出ヘッド部２００と液体容器９０とは一体であってもよく、分離可能としてもよい。
【０２５８】
＜液体吐出装置＞
図３７は、前述の液体吐出ヘッドを搭載した液体吐出装置の概略構成を示している。本実施例では特に吐出液体としてインクを用いたインク吐出記録装置ＩＪＲＡを用いて説明する。液体吐出装置のキャリッジＨＣは、インクを収容する液体容器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（矢印ａ，ｂ方向）に往復移動する。
【０２５９】
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部２００から被記録媒体１５０に対して記録液体が吐出される。
【０２６０】
また、本実施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ＨＣに伝えるためのギア１１２，１１３、及びキャリッジ軸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。
【０２６１】
図３８は、本発明の液体吐出ヘッドを適用したインク吐出記録装置を動作させるための装置全体のブロック図である。
【０２６２】
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出力インタフェイス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。
【０２６３】
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ヘッド２００を移動する駆動用モータ３０６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。
【０２６４】
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。
【０２６５】
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。
【０２６６】
またこれらの液体吐出装置に用いる吐出液としては、夫々の被記録媒体や記録条件に合わせた液体を用いればよい。
【０２６７】
＜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。
【０２６８】
図３９は、前述した本発明の液体吐出ヘッド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。本実施例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２０１ａ〜２０１ｄ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。
【０２６９】
これらのヘッド２０１ａ〜２０１ｄ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〜２０１ｄの駆動が成される。
【０２７０】
各ヘッド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。なお、符号２０４ｅは発泡液が蓄えられた発泡液容器であり、この発泡液容器２０４ｅから各ヘッド２０１ａ〜２０１ｄに発泡液が供給される構成になっている。
【０２７１】
また、各ヘッド２０１ａ〜２０１ｄ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２０１ａ〜２０１ｄの吐出口を覆うことでヘッド２０１ａ〜２０１ｄの保守を成すことができる。
【０２７２】
符号２０６は、先の各実施例で説明したような各種、非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、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。
【０２７３】
本実施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。
【０２７４】
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、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。
【０２７５】
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。
【０２７６】
なお、本実施例では、ヘッド２０１ａ〜２０１ｄ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。
【０２７７】
＜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４０は、このようなヘッドキットを示した模式図である。このヘッドキット５００は、インクを吐出するインク吐出部５１１を有する本発明のヘッド５１０と、このヘッド５１０と不可分もしくは分離可能な液体容器であるインク容器５２０と、このインク容器５２０にインクを充填するためのインクを保持したインク充填手段５３０とを、キット容器５０１内に納めたものである。
【０２７８】
インクを消費し終わった場合には、インク容器５２０の大気連通口５２１やヘッド５１０との接続部や、もしくはインク容器５２０の壁に開けた穴などに、インク充填手段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５２０内に充填すればよい。
【０２７９】
このように、本発明のヘッド５１０と、インク容器５２０やインク充填手段５３０等を一つのキット容器５０１内に納めてキットにすることで、インクが消費されてしまっても前述のようにすぐに、また容易にインクをインク容器５２０内に充填することができ、記録の開始を迅速に行うことができる。
【０２８０】
なお、本実施例のヘッドキット５００では、インク充填手段５３０が含まれるもので説明を行ったが、ヘッドキットとしては、インク充填手段を持たず、インクが充填された分離可能タイプのインク容器と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。
【０２８１】
また、この図４０では、インク容器５２０に対してインクを充填するインク充填手段５３０のみを示しているが、インク容器５２０の他に発泡液を発泡液容器に充填するための発泡液充填手段をキット容器内に納めた形態のものであってもよい。
【０２８２】
本発明は、上述したような発熱体の面に沿う方向に設けられた液流路の一端に吐出口を有する、いわゆるエッジシュータタイプの液体吐出ヘッドに限定されることなく、例えば図４１に示すような発熱体２の面に対向する位置に吐出口１８を有する、いわゆるサイドシュータタイプの液体吐出ヘッドにも適用可能である。
【０２８３】
図４１に示したサイドシュータタイプの液体吐出ヘッドは、各吐出口１８ごとに、液体に気泡を発生させるための熱エネルギーを与える発熱体２が設けられた素子基板１上に、発泡液用の第２液流路１６が形成され、その上に溝付き部材５０に設けられた吐出口１８に直接連通した吐出液用の第１液流路１４が形成され、第１液流路１４と第２液流路１６とは、金属等の弾性を有する材料で構成された分離壁３０により区分されている点で、上述のエッジシュータタイプの液体吐出ヘッドと同様である。
【０２８４】
サイドシュータタイプの液体吐出ヘッドは、上記第１液流路１４上に配された溝付き部材（オリフィスプレート）５０のうち、発熱体２の直上の部分に吐出口１８が設けられている点に特徴がある。この吐出口１８と発熱体２との間の分離壁３０には、観音開きに開口しそれぞれ発熱体２と対向する面からその反対側の面に向かって幅が小さくなっている一対の可動部材３１が設けられている。両可動部材３１は支点３３で支持される片持梁形状のもので、両方の自由端３２同士は、非吐出時においては、吐出口１８の中央部分の直下に位置するスリット３５によりわずかに離間して対向している。吐出時においては、両可動部材３１は、図４１中の矢印で示すように、気泡発生領域１１における発泡液の発泡によって第１液流路１４側に開口し、発泡液の収縮によって閉口する。この領域Ｃには、吐出液を貯留する吐出液タンク（不図示）から吐出液がリフィルされて吐出可能状態となり、次の発泡液の発泡に備えることができる。
【０２８５】
第１液流路１４は、他の吐出口１８の第１液流路１４とともに、第１共通液室１５を介して吐出液タンクに連絡しており、第２液流路１６も、他の吐出口１８の第２液流路１６とともに、第２共通液室１７を介して、発泡液を貯留する発泡液タンク（不図示）に連絡している。
【０２８６】
このような構成を有するサイドシュータタイプの液体吐出ヘッドにおいても、エッジシュータタイプの液体吐出ヘッドとほぼ同様に、吐出液のリフィルを向上させつつ、高吐出効率、高吐出圧で液体を吐出することができるという優れた効果を得ることができる。
【０２８７】
また、製造方法については、溝付き部材５０に設けられる吐出口１８の位置が異なることと共通液室１５，１７の位置及び構造が異なること以外は、エッジシュータタイプの液体吐出ヘッドと実質的に同じである。すなわち、可動部材３１を有する分離壁３０と第２液流路１６を構成する流路壁との関係は両者とも同じである。
【０２８８】
さらに、上述した各実施例では、可動部材の形状によって、変位する際の液体に対する抵抗を小さくした例を示したが、発熱体と対向する面と反対側の面の液体の接触角を、発熱体と対向する面のそれよりも小さくするような処理を可動部材に行うことでも、変位する際の液体に対する抵抗を小さくすることもできる。
【０２８９】
【発明の効果】
上述したような、定常状態の第１の位置から変位後の位置である第２の位置へ変位するときの流路内の液体に対する抵抗を小さくした可動部材を用い、気泡の発生に基づく圧力により可動部材を変位させて液体を吐出口側に導く本発明の液体吐出ヘッドによると、可動部材が変位し易くなり、吐出効率及び吐出力をより向上することができる。さらに、可動部材の発熱体との対向面を平面としたり、あるいは幅方向の両端部を中央部よりも発熱体側に突出させた形状とすることで、可動部材は気泡の圧力成分を受けやすく、あるいは逃し難くなり、気泡の発生に基づく圧力をより効果的に可動部材の変位に利用することができる。
【０２９０】
また、本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。これに伴い、回復時間の短縮や回復による液体の損失を低減でき、ランニングコストも大幅に下げることが可能である。
【０２９１】
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。
【０２９２】
また、２流路構成のヘッドにおいて発泡液として、発泡しやすい液体や、発熱体上への堆積物（こげ等）が生じにくい液体を用いることで、吐出液の選択の自由度が高くなり、発泡が生じにくい高粘性液体、発熱体上に堆積物を生じやすい液体等、従来のバブルジェット吐出方法で吐出することが困難であった液体についても良好に吐出することができた。
【０２９３】
さらに熱に弱い液体等も、この液体に熱による悪影響を与えず吐出することができた。
【０２９４】
また、本発明の液体吐出ヘッドを記録用の液体吐出記録ヘッドとして用いることで、さらに高画質な記録を達成することができた。
【０２９５】
また、本発明の液体吐出ヘッドを用い、液体の吐出効率等がさらに向上した液体吐出装置や記録システム等を提供することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の液体吐出ヘッドの一例を示す模式断面図である。
【図２】図１に示した液体吐出ヘッドの部分破断斜視図である。
【図３】図１に示した液体吐出ヘッドを吐出口方向から見た模式断面図である。
【図４】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５】本発明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６】図１に示した液体吐出ヘッドの液体の流れを説明するための模式図である。
【図７】本発明の第２の実施例における液体吐出ヘッドの模式断面図である。
【図８】図７に示した液体吐出ヘッドを吐出口方向から見た模式断面図である。
【図９】本発明の第３の実施例における液体吐出ヘッドの模式断面図である。
【図１０】本発明の第４の実施例における液体吐出ヘッドの部分破断斜視図である。
【図１１】本発明の第５の実施例における液体吐出ヘッドの部分破断斜視図である。
【図１２】本発明の第６の実施例における液体吐出ヘッドの断面図である。
【図１３】本発明の第７の実施例における液体吐出ヘッドの模式断面図である。
【図１４】本発明の第８の実施例における液体吐出ヘッド（２流路）の断面図である。
【図１５】図１４に示した液体吐出ヘッドの部分破断斜視図である。
【図１６】可動部材の動作を説明するための図である。
【図１７】可動部材の種々の変形例（ａ）〜（ｉ）を示す断面図である。
【図１８】第１液流路の天井形状の他の例を説明するための図である。
【図１９】第２液流路と可動部材との配置関係を説明するための図である。
【図２０】可動部材の他の形状を説明するための図である。
【図２１】発熱体面積とインク吐出量の関係を示すグラフである。
【図２２】可動部材と発熱体との配置関係を示す図である。
【図２３】発熱体のエッジと支点までの距離と可動部材の変位量の関係を示すグラフである。
【図２４】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２５】本発明の液体吐出ヘッドの縦断面図である。
【図２６】駆動パルスの形状を示す模式図である。
【図２７】本発明の液体吐出ヘッドの供給路を説明するための断面図である。
【図２８】本発明のヘッドの分解斜視図である。
【図２９】図３に示す可動部材の製造方法を説明するための工程図である。
【図３０】図１７の（ｃ）に示す可動部材の製造方法を説明するための工程図である。
【図３１】図１７の（ｄ）に示す可動部材の製造方法を説明するための工程図である。
【図３２】図１７の（ｈ）に示す可動部材の製造方法を説明するための工程図である。
【図３３】本発明の液体吐出ヘッドの製造方法を説明するための工程図である。
【図３４】本発明の液体吐出ヘッドの製造方法を説明するための工程図である。
【図３５】本発明の液体吐出ヘッドの製造方法を説明するための工程図である。
【図３６】液体吐出ヘッドカートリッジの分解斜視図である。
【図３７】液体吐出装置の概略構成図である。
【図３８】装置ブロック図である。
【図３９】液体吐出記録システムを示す図である。
【図４０】ヘッドキットの模式図である。
【図４１】本発明を適用したサイドシュータタイプの液体吐出ヘッドの一例の断面図である。
【図４２】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
３１ａ    立面部
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
５０  溝付き部材
７０  支持体
７８  押えバネ
８０  供給部材
【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】
0003839875.tif 000011
【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】
0003839875.tif 000016
【図１４】
0003839875.tif 000017
【図１５】
0003839875.tif 000018
【図１６】
0003839875.tif 000019
【図１７】
0003839875.tif 000020
【図１８】
0003839875.tif 000021
【図１９】
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【図２０】
0003839875.tif 000023
【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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