JPH1024561A

JPH1024561A - 液体吐出ヘッドの保存方法、液体吐出装置

Info

Publication number: JPH1024561A
Application number: JP8179585A
Authority: JP
Inventors: Masaya Uetsuki; 雅哉植月; Hidehiko Kanda; 英彦神田; Osamu Iwasaki; 督岩崎; Hiroshi Tajika; 博司田鹿; Toshio Kashino; 俊雄樫野; Yoshie Nakada; 佳恵中田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1996-07-09
Filing date: 1996-07-09
Publication date: 1998-01-27
Also published as: US6095639A; EP0819529A2; EP0819529A3

Abstract

(57)【要約】【課題】長期間放置した後であっても再度良好な吐出
を行いうる液体吐出ヘッドの保存方法もしくは液体吐出
装置を提供することである。【解決手段】液体吐出ヘッドの保存方法は、第１の液
体が供給される第１の液流路と、第２の液体が供給され
る第２の液流路と、可動部材とを有する液体吐出ヘッド
の保存方法であって、前記第１の液体および前記第２の
液体のそれぞれは相対的な固化特性に差があって、相対
的に固化し易い液体が吐出口および可動部材の周囲の少
なくとも一方に存在する領域を相対的に固化しづらい液
体で置換することを特徴とする。

Description

【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変位
する可動部材を有する液体吐出ヘッドの保存方法、およ
び上記液体吐出ヘッドを搭載することが可能であり、ま
た前記保存方法を実施するための手段を備えた液体吐出
装置に関する。

【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の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２９
（ａ），（ｂ）に示すものが、特開昭６３−１９９９７
２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２９（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２９（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】ところで、図２９（ａ）および（ｂ）に示
すような吐出口に連通する液流路（ノズル）に発熱体が
設けられた形態（１層ノズル）のヘッドでは以下のよう
な解決すべき課題を有する。すなわち、ノズルが長期間
にわたり使用されずに放置された場合、ノズル内のイン
クが乾燥し、インクの固形成分がノズル内壁等に固着し
てしまうことがある。ノズル内部がインクの固形成分の
固着によって詰まった状態となると、通常の吸引回復動
作のみではインクをノズル内部に再充填することが困難
である。そのため、従来は、例えば加熱および吸引の繰
り返し（固着物の強制溶解）、ノズル洗浄液による固着
回復、超音波振動などによる固着物の強制破壊等の固着
回復動作を通常の吸引回復動作に併用させて行ってい
る。しかし、これらの回復動作はすべて固着が発生した
後の対処方法である。

【００１３】また、上記従来の構成において、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。

【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。このバック波が流路
３内に発生した時点では、図２９（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。

【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、米国特許第４，４
８０，２５９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従来方式の、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て、液滴吐出の
原理に立ち返り、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既に出願した。

【００１９】この出願は、気泡自体が吐出量に与えるエ
ネルギーを考慮すると気泡の下流側の成長成分を考慮す
ることが吐出特性を格段に向上でき、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や可動部材の配置と
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発明である。

【００２０】ところで、この先行出願の液体吐出ヘッド
の保存時の状態に着目したところ、液流路内の液体を固
着しにくいものに強制置換することによって、事前に固
着を防ぐことができるという知見に至った。

【００２１】上述のようにして得られた知見から本発明
は、長期的に実質的な保存状態において、例えば発泡液
（発泡に最適な液体組成）と記録液（記録に最適なイン
ク組成）との成分組成の異なったものを用いて記録を行
う２流路形態の記録ヘッドにおいて、記録の画質を向上
しようとすると、記録液に工夫が必要となる。本件で用
いられる上述の新規吐出原理を用いた２流路形態の新規
ヘッドは、発泡液には発泡に最適な液体を採用し、記録
液には、例えば、普通紙の記録濃度と切れを向上させる
場合には顔料インク（耐水性、濃度向上、文字品位向上
を図るためのインク）を用いるなど記録液に最適なイン
クを採用可能であり、記録液体の発泡性や焦げの生じ易
さを気にせず、良好な吐出を行うことができる。

【００２２】しかし、従来技術の欄で述べたように、１
層ノズルであれば、ヘッドを長期保存した場合などに固
着などが発生しても従来の固着回復方法を用いれば、何
とか回復可能であったけれども、本件のような２層ノズ
ルの系においては、特に固着の起きやすい記録液層の有
効な固着回復手段が存在しなかたった。

【００２３】例えば、記録液層に固着が発生した場合、
ヒーターによる加熱を行っても、断熱層を隔てて熱が伝
わるので、なかなか固着した溶剤が溶解しなかったり、
また上層のノズルが固着物でふさがっている場合に、吸
引などで記録液を吸引しようとしても、下層の発泡液が
吸引されてしまい上層である記録層にはインクが流れ込
まず（すなわち、流路抵抗の関係で、抵抗の低い側が解
放されているために起きる現象）、固着物を除去するの
が困難となる。

【００２４】このように、２層のノズル構成になると、
片方の層に固着が生じた場合、上記従来の固着回復動作
を行っても、さらに回復が困難となるばかりか、加熱が
行えなく、記録に最適で保存に向かない記録液の層が固
着すると、回復動作のみではインクを記録液のノズルの
内部に再充填することが困難であるという解決すべき課
題があった。

【００２５】したがって、本発明は上記課題を解決し、
以下の目的を達成する。

【００２６】本発明の第１の目的は、発泡液と記録液と
を同一ヘッドの中で２層に分けて供給する形態のヘッド
を、長期間放置した後であっても再度良好な吐出を行い
うる液体吐出ヘッドの保存方法もしくは液体吐出装置を
提供することである。

【００２７】本発明の第２の目的は、発泡液と記録液と
をヘッドの中で２層に分けて供給する形態のヘッドでの
記録液の固着を防止する方法を提供することである。

【００２８】本発明の第３の目的は、発泡液と記録液と
をヘッドの中で２層に分けて供給する形態のヘッドでの
インク吸引排出回数を減らし、インク消費量を低減する
方法を提供することである。

【００２９】本発明の第４の目的は、ヘッドの製造後の
ヘッドの出荷時や販売時といった流通過程においても、
ヘッドの液流路内が固着しづらく、ヘッドの使用開始が
良好に行える方法を提供することである。

【００３０】

【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要件は、次のようなもので
ある。

【００３１】吐出口に連通し第１の液体が供給される第
１の液流路と、液体に熱を与えることで該液体に気泡を
発生させる気泡領域を有し、かつ前記第１の液体と異な
る第２の液体が供給される第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、かつ吐出口
側に自由端を有し、さらに前記第１の液流路側に変位さ
せて前記圧力を前記第１の流路の吐出口側に導く可動部
材とを有する液体吐出ヘッドの保存方法であって、前記
第１の液体および前記第２の液体のそれぞれは相対的な
固化特性に差があって、相対的に固化し易い液体が吐出
口および可動部材の周囲の少なくとも一方に存在する領
域を相対的に固化しづらい液体で置換することを特徴と
する液体吐出ヘッドの保存方法。

【００３２】吐出口に連通し第１の液体が供給される第
１の液流路と、液体に熱を与えることで該液体に気泡を
発生させる気泡領域を有し、かつ前記第１の液体と異な
る第２の液体が供給される第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、かつ吐出口
側に自由端を有し、さらに前記第１の液流路側に変位さ
せて前記圧力を前記第１の流路の吐出口側に導く可動部
材とを有する液体吐出ヘッドを用いる液体吐出装置であ
って、前記第１の液体および前記第２の液体のそれぞれ
は相対的な固化特性に差があって、相対的に固化し易い
液体が吐出口および可動部材の周囲の少なくとも一方に
存在する領域を、相対的に固化し難い液体で置換するた
めの置換手段が設けられたことを特徴とする液体吐出装
置。

【００３３】特に、本発明においては、目詰まり等を生
じた後に回復処理を行うような対処方法ではなく、前も
って目詰まり自体を防止するものであるため、２流路構
成のヘッドを長期間保存した場合でも、基本的にはヘッ
ド内部での固着がほとんど発生しない、または発生した
としても軽度であり、従来の回復方法で十分回復可能に
できる。

【００３４】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。

【００３５】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。

【００３６】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。

【００３７】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。

【００３８】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。

【００３９】さらに、本発明でいう「固化特性」とは、
大気中、大気に接した状態あるいは液体中で、溶質や分
散していた粒子が凝集あるいは固着するし易さの特性の
ことであり、固着した後の復帰し易さの特性をも含むも
のである。また、さらに置換の対象となる「領域」と
は、固化特性によるヘッドへの影響を考慮すべき部分で
あり、その考慮すべき最小領域は吐出口近傍または／か
つ可動部材の周囲（特にはスリット域）の領域である。
そして、この領域を含む部位に置換が成されることを本
発明として含むものである。

【００４０】

【発明の実施の形態】

＜液体吐出ヘッドの動作原理＞まずはじめに、本図面を
参照して発明に適用される液体吐出ヘッドの動作原理に
ついて詳細に説明する。なお、ここ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。なお、説明を容易にするために、液体吐
出ヘッドの構成は、同一の液体が第１液流路および第２
の液流路に供給されている構成とする。

【００４１】図１は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。

【００４２】この液体吐出ヘッドは、液体を吐出するた
めの吐出エネルギー発生素子として、液体に熱エネルギ
ーを作用させる発熱体２（ここでは４０μｍ×１０５μ
ｍ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。

【００４３】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）３４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。

【００４４】この可動部材３１は、液体の吐出動作によ
って共通液室１３から可動部材３１を経て吐出口１８側
へ流れる大きな流れの上流側に支点（支点部分；固定
端）３３を持ち、この支点３３に対して下流側に自由端
（自由端部分）３２を持つように、発熱体２に面した位
置に発熱体２を覆うような状態で発熱体から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。

【００４５】発熱体２を発熱させることで可動部材３１
と発熱体２との間の気泡発生領域１１の液体に熱を作用
し、液体にＵＳＰ４，７２３，１２９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）もしくは図２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。

【００４６】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。

【００４７】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３と本発明の図４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Ｖ
Ｂとして示した。

【００４８】図３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〜Ｖ
４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。

【００４９】これに対して、図４で示される本発明の場
合には、可動部材３１が図３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。

【００５０】次に図１に戻って、上記液体吐出ヘッドの
吐出動作について詳しく説明する。

【００５１】図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。

【００５２】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。

【００５３】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。

【００５４】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４
０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。

【００５５】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。

【００５６】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。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。

【００５７】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。

【００５８】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）。

【００５９】このため、吐出口に近い側の流抵抗が小さ
い場合には、多くの液体が吐出口側から消泡位置に流れ
込みメニスカスの後退量が大きくなることになる。特
に、吐出効率を高めるために吐出口に近い側の流抵抗を
小さくして吐出効率を高めようとするほど、消泡時のメ
ニスカスＭの後退が大きくなり、リフィル時間が長くな
って高速印字を妨げることとなっていた。

【００６０】これに対して本実施形態例は可動部材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。

【００６１】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。

【００６２】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、本実施形態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。

【００６３】このように本発明は、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。

【００６４】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。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。

【００６５】次に、本実施形態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。

【００６６】本実施形態例の第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、本実施形態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。

【００６７】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、本発明の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。

【００６８】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５で示されるように、自由端
が相対的に支点より下流側にある。このような構成のた
め、前述した発泡の際に気泡の圧力伝搬方向や成長方向
を吐出口側に導く等の機能や効果を効率よく実現できる
のである。さらに、この位置関係は吐出に対する機能や
効果のみならず、液体の供給の際にも液流路１０を流れ
る液体に対する流抵抗を小さくしでき高速にリフィルで
きるという効果を達成している。これは図５に示すよう
に、吐出によって後退したメニスカスＭが毛管力により
吐出口１８へ復帰する際や、消泡に対しての液供給が行
われる場合に、液流路１０（第１液流路１４、第２液流
路１６を含む）内を流れる流れＳ１、Ｓ２、Ｓ３に対
し、逆らわないように自由端と支点３３とを配置してい
るためである。

【００６９】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。

【００７０】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。

【００７１】また、上記構成においては可動部材３１の
自由端が瞬間的な機械的変位を行っていることも、液体
の吐出に対して有効に寄与している考えられる。

【００７２】＜実施形態例１＞以下、本発明にもとづく
液体吐出ヘッドの保存方法の一例を図面を参照して説明
する。

【００７３】まずはじめに、本実施形態例に適用される
液体吐出ヘッドの構成について説明する。本実施形態例
の液体吐出ヘッドの動作原理は上記した動作原理と基本
的には同じである。しかし、本実施形態例においては液
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。

【００７４】図６は、本実施形態例に適用される液体吐
出ヘッドの流路方向の断面模式図を示しており、図７は
この液体吐出ヘッドの部分破断斜視図を示している。

【００７５】本実施形態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。

【００７６】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液流路に発泡
液を供給するための第２共通液室に連通している。

【００７７】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液流路と第２の液流路とを区分している。な
お、発泡液と吐出液とができる限り混ざり合わない方が
よい液体の場合には、この分離壁によってできる限り完
全に第１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、分離壁に完全分離の機
能を持たせなくてもよい。

【００７８】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６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７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。

【００７９】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、先の実施形態
例と同様にしている。

【００８０】また、先の実施形態例で液供給路１２と発
熱体２との構造の関係について説明したが、本実施形態
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。

【００８１】次に図８を用いて本実施形態例の液体吐出
ヘッドの動作を説明する。

【００８２】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の液流路１６に供給
される発泡液として同じ水系のインクを用いて動作させ
た。

【００８３】発熱体２が発生した熱が、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、先の実施形態
例で説明したのと同様に発泡液に米国特許第４，７２
３，１２９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。

【００８４】本実施形態例においては、気泡発生領域の
上流側を除く、３方向からの発泡圧の逃げがないため、
この気泡発生にともなう圧力が吐出圧発生部に配された
可動部材６側に集中して伝搬し、気泡の成長をともなっ
て可動部材６が図８（ａ）の状態から図８（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。

【００８５】次に、気泡が収縮するに伴って可動部材３
１が図８（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。本実施形態例においても、この吐
出液体の供給は前述の実施形態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。

【００８６】本実施形態例は、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の第１実施形態
例等と同じであるが、本実施形態例のような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。

【００８７】すなわち、上述の実施形態例の構成による
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の液流路に供給し、
発泡液に発泡が良好に行われる液体（エタノール：水＝
４：６の混合液１〜２ｃＰ程度等）や低沸点の液体を第
２の液流路に供給することで良好に吐出させることがで
きる。

【００８８】また、発泡液として、熱を受けても発熱体
の表面にコゲ等の堆積物を生じない液体を選択すること
で、発泡を安定化し、良好な吐出を行うことができる。

【００８９】さらに、本発明のヘッドの構造においては
先の実施形態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。

【００９０】また、加熱に弱い液体の場合においてもこ
の液体を第１の液流路に吐出液として供給し、第２の液
流路で熱的に変質しにくく良好に発泡を生じる液体を供
給すれば、加熱に弱い液体に熱的な害を与えることな
く、しかも上述のように高吐出効率、高吐出力で吐出す
ることができる。

【００９１】ところで、上記液体吐出ヘッドでは吐出液
（第１の液体）と発泡液（第２の液体）とをそれぞれ異
なる液体としている。しかし、液体の種類によっては液
体吐出ヘッドを長期未使用な状態（長期保存状態）にし
ておくと液流路内に液体の固形成分が固着してしまう場
合がある。そこで、本実施形態では、液体の種類によっ
て異なる長期保存時の保存性能の差を利用して固着が生
じないようにする。すなわち、第１の液体と第２の液体
との物理的性質（粘度、沸点、耐水性、表面張力等）を
検討し、両者のうち固着し難く、かつ固着した際の回復
が容易な方の液体で他方の液体を置換する。これによっ
て長期放置後の液体ヘッドの復帰を容易にする。

【００９２】以下、上記構成からなる液体吐出ヘッドの
保存方法を、図９を参照しながら説明する。なお、図９
に示す液体吐出ヘッドは、吐出口１８が吐出口閉鎖部材
によって閉鎖されている点以外は図１０に示す液体吐出
ヘッドと同一である。また、この実施形態例では、第１
の液体よりも第２の液体のほうが、固着し難く、かつ固
着した際の回復が容易なものとする。

【００９３】まず、液体吐出ヘッドの吐出口１８をゴム
等の弾性部材で構成される吐出口閉鎖部材１００で閉鎖
する。この状態で第２液流路に供給されている第２の液
体を図中矢印Ｆ方向に圧送する。ここで用いられる圧送
手段は、例えば既知のポンプ手段（不図示）である。第
２の液流路１６に圧送された第２の液体は、可動部材３
１を押し上げて第１の液流路１４内に入る。図に示すよ
うに、吐出口１８が閉鎖されているため、第２の液体は
第１の液流路内の第１の液体を押し退けながら第１の液
流路内に置換していく。このことで第１の液流路内の第
１の液体が置換される。

【００９４】このとき、吐出口１８近傍には第１の液体
が残存する。しかし、その残存量が少なく、また第２の
液体がすぐ近くにあるため、増粘や固着が起こりにく
い。また増粘や固着が起きても通常の吐出回復動作によ
って初期状態に復帰させることが可能である。

【００９５】液体の置換は、少なくとも可動部材３１の
支点付近の液体までが置換されていることが望ましく、
さらに第１の液流路１４と共通液室１５との連通部まで
置換されていることがさらに望ましい。

【００９６】放置後、初期状態に復帰するには、吐出口
閉鎖部材を移動させ、吐出口１８を解放状態にし、従来
の回復（キャップによる吸引回復や加圧回復）や予備吐
出等を行うことで、第１の液流路内に置換していた液体
を吐出口を排出し、初期状態に復帰すればよい。

【００９７】本実施形態例のように、増粘や固着を起こ
し易く、初期状態に復帰しやすい側の液体をもう一方
の、液体で置換することで、固着そのものを防止もしく
は緩和することができると共に、初期状態への回復時に
第１の液流路内に入り込んだ第２の液体を排出するにつ
れ、入れ替わって第１の液体が供給されるようになるた
め、初期状態への復帰も容易になすことができる。

【００９８】なお、本実施形態例では、吐出口面を閉鎖
部材で閉鎖した例を示した。しかし、吐出口でのメニス
カス保持力を利用して徐々に置換を行える液体の場合に
は、必ずしも吐出口面を閉鎖する必要はない。

【００９９】また、本実施例では、増粘や固着を起こし
やすい液体をもう一方の液体で置換する例で説明した。
しかし、このような液体の組合せだけではなく、例えば
一度液流路から液体が無くなってしまった場合（インク
落ちした場合）に初期状態に復帰しにくいような、耐水
性が高い液体を耐水性が低い液体で置換したり、表面張
力が低い液体を表面張力が高い液体で置換しても良い。

【０１００】＜実施形態例２＞本実施形態の液体吐出ヘ
ッドの保存方法を、図１０を参照しながら説明する。な
お、図１０に示す液体吐出ヘッドは、実施形態例１に示
す液体吐出ヘッドと同一である。しかし、第２の液体よ
りも第１の液体のほうが、固着し難く、かつ固着した際
の回復が容易なものとする。

【０１０１】まず、液体吐出ヘッドの吐出口１８をゴム
等の弾性部材で構成される吐出口閉鎖部材１００で閉鎖
する。この状態で第１液流路１４に供給されている第１
の液体を図中矢印Ｇ方向に圧送する。第１の液流路１４
に圧送された第１の液体は、可動部材３１を押し下げて
第２の液流路１６内に入る。図に示すように、吐出口１
８が閉鎖されているため、第１の液体は第２の液流路１
６内の第２の液体を押し退けながら第２の液流路内に置
換していく。このことで第２の液流路内の第２の液体が
置換される。

【０１０２】液体の置換は、少なくとも可動部材３１の
支点付近の液体までが置換されていることが望ましい。

【０１０３】放置後、初期状態に復帰するには、吐出口
閉鎖部材を移動させ、吐出口１８を解放状態にし、従来
の回復（キャップによる吸引回復や加圧回復）や予備吐
出等を行うことで、第２の液流路内に置換していた液体
を吐出口から排出し、初期状態に復帰すればよい。

【０１０４】＜実施形態例３＞本実施形態の液体吐出ヘ
ッドの保存方法を、図１１および図１２を参照しながら
説明する。なお、図１１に示す液体吐出ヘッドは、実施
形態例１に示す液体吐出ヘッドと同一である。しかし、
共通液室１５に連通した吸引路１０１が形成されてい
る。また、この実施形態例では、第１の液体よりも第２
の液体のほうが、固着し難く、かつ固着した際の回復が
容易なものとする。また、図１２は本実施形態例に適用
される圧送手段の構成を示す模式図である。圧送手段
は、第１の液流路１４および共通液室１５の上流側に設
けられたバルブ１０２と第２の液流路１６の上流側に設
けられたポンプ１０３とを有する。

【０１０５】まず、液体吐出ヘッドの吐出口１８をゴム
等の弾性部材で構成される吐出口閉鎖部材１００で閉鎖
するとともに、第１の液流路への液体供給をバルブ１０
３によって遮断する。この状態で第１液流路１４に供給
されている第１の液体を吸引路１０１から吸引する。こ
の際、吸引口１８が吐出口閉鎖部材１００によって閉鎖
されているため、この吸引動作によって第２液流路１６
から第１流路１４へ第２の液体が流入する。これによっ
て、第１流路１４の液体が第２の液体によって置換され
る。なお、この吸引動作を行う際に、実施形態例１で説
明したような第２の液体の圧送を併用することによっ
て、上記置換に要する時間を短縮化させることも可能で
ある。すなわち、第２の液体を第２の液流路１６の上流
に設けられたポンプ１０３によって圧送する。

【０１０６】放置後、初期状態に復帰するには、吐出口
閉鎖部材を移動させ、吐出口１８を解放状態にし、従来
の回復（キャップによる吸引回復や加圧回復）や予備吐
出等を行うことで、第１の液流路内に置換していた液体
を吐出口を排出し、初期状態に復帰すればよい。

【０１０７】本実施形態例のように、増粘や固着を起こ
し易く、初期状態に復帰しやすい側の液体をもう一方
の、液体で置換することで、固着そのものを防止もしく
は緩和することができると共に、初期状態への回復時に
第１の液流路内に入り込んだ第２の液体を排出するにつ
れ、入れ替わって第１の液体が供給されるようになるた
め、初期状態への復帰も容易になすことができる。

【０１０８】この実施形態例ではバルブを閉めて吸引す
る例を説明した。しかし、このようなバルブを設けてい
なくても、吸引力の強さや第２の液体の圧送力によって
は十分に液体を置換しうる。ただし、排出液体を減らす
ためには、バルブを閉じた方がよい。

【０１０９】ところで、本実施形態例では第１の液流路
側の液体を吸引する吸引路を設けることで、第１の液体
を第２の液体で置換した。しかし、これに限らず第２の
液流路側を吸引できるような吸引路を設け、同様に第２
の液体を第１の液体で置換しても良い。

【０１１０】＜実施形態例４＞上記実施例１ないし３で
は、液流路の液体置換時に吐出口１８を閉鎖するための
手段（吐出口閉鎖部材）を用いた。しかし、この実施形
態例では図１３に示すように、吐出口１８に加えて、第
２の液流路に連通する回復口が形成されて液体吐出ヘッ
ドを用い、かつ吐出口とこの回復口とを同時に覆うキャ
ップ部材を用いて液体の置換を行う。

【０１１１】この実施形態例に適用される液体吐出ヘッ
ドは、第１の液流路１４に連通した吐出口１８と、第２
の液流路１６に連通した回復口９０とを有する。回復口
９０は液体吐出ヘッドの動作時に回復口９０から液体が
吐出しないように隣接する第２の液流路との間に設けら
れているけれども、ここでは説明を容易にするため同一
断面上に図示する。また、この実施形態例では、第１の
液体よりも第２の液体のほうが、固着し難く、かつ固着
した際の回復が容易なものとする。

【０１１２】まず、液体吐出ヘッドの吐出口１８および
回復口９０をゴム等の弾性部材で構成されるキャップ１
２０で覆う。これによって吐出口１８および回復口９０
があたかも一本の液路となり、第１の液流路１４と第２
の液流路１６との間が可動部材３１の変位にかかわりな
く連通することになる。この状態で第２液流路１６に供
給されている第２の液体を図中矢印Ｊ方向に圧送する。
ここで用いられる圧送手段は、例えば既知のポンプ手段
（不図示）である。第２の液流路１６に圧送された第２
の液体は、可動部材３１を押し上げて第１の液流路１４
内に入る部分と上記回復口９０を通過してキャップ部材
１２０の凹部を経由して吐出口１８から第１の液流路１
４に流れる。第２の液体は第１の液流路内の第１の液体
を押し退けながら第１の液流路内に置換していく。この
ことで第１の液流路内の第１の液体が置換される。

【０１１３】液体の置換は、可動部材３１の支点付近の
液体までが置換されていることが望ましく、さらに第１
の液流路１４と共通液室１５との連通部まで置換されて
いることがさらに望ましい。

【０１１４】放置後、初期状態に復帰するには、キャッ
プ１２０を移動させ、吐出口１８を解放状態にし、従来
の回復（キャップによる吸引回復や加圧回復）や予備吐
出等を行うことで、第１の液流路内に置換していた液体
を吐出口を排出し、初期状態に復帰すればよい。

【０１１５】本実施形態例のように、増粘や固着を起こ
し易く、初期状態に復帰しやすい側の液体をもう一方
の、液体で置換することで、固着そのものを防止もしく
は緩和することができると共に、初期状態への回復時に
第１の液流路内に入り込んだ第２の液体を排出するにつ
れ、入れ替わって第１の液体が供給されるようになるた
め、初期状態への復帰も容易になすことができる。

【０１１６】なお、本実施形態例では、吐出口面を閉鎖
部材で閉鎖した例を示した。しかし、吐出口でのメニス
カス保磁力を利用して徐々に置換を行える液体の場合に
は、必ずしも吐出口面を閉鎖する必要はない。

【０１１７】また、本実施例では、増粘や固着を起こし
やすい液体をもう一方の液体で置換する例で説明した。
しかし、このような液体の組合せだけではなく、例えば
一度液流路から液体が無くなってしまった場合（インク
落ちした場合）に初期状態に復帰しにくいような、耐水
性が高い液体を耐水性が低い液体で置換したり、表面張
力が低い液体を表面張力が高い液体で置換しても良い。

【０１１８】＜液流路の天井形状＞図１４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１
３（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。本実施形態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。

【０１１９】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。

【０１２０】＜第２液流路と可動部材との配置関係＞図
１５は、上述の可動部材３１と第２の液流路１６との配
置関係を説明するための図であり、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。

【０１２１】本実施形態例の第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。

【０１２２】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。

【０１２３】しかし、本実施形態例の場合、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、
発熱体が設けられた第２液流路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液流路の気泡発生領域
１１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。

【０１２４】なお、図１５（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、前述した吐出液
と発泡液との分離性をさらに高めることができる。ま
た、気泡のスリットからの逃げの抑制ができるため、さ
らに吐出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。

【０１２５】なお、図１４においては、可動部材６の第
１の液流路１４側への変位に伴って第２の液流路４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、本実施形態例においてはこの高さを１
５μｍとした。

【０１２６】＜可動部材および分離壁＞図１５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１５
（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。

【０１２７】先の実施形態例においては、板状可動部材
３１をおよびこの可動部材を有する分離壁５は厚さ５μ
ｍのニッケルで構成したが、これに限られることなく可
動部材、分離壁を構成する材質としては発泡液と吐出液
に対して耐溶剤性があり、可動部材として良好に動作す
るための弾性を有し、微細なスリットが形成できるもの
であればよい。

【０１２８】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。

【０１２９】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。

【０１３０】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。

【０１３１】＜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。

【０１３２】図１６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１６（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３
０、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、シリコン等の気体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１１のよ
うにパターニングされている。この２つの配線電極１０
４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（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保護層を必要としない構成でもよく
その例を図１６（ｂ）に示す。このような保護層を必要
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、前述の各実施形態例における
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】本実施形態例においては、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１７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。前述の各実施
形態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】＜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。

【０１４２】図１８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、先の実施形態例と同じ構成要素
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】本実施形態例においては、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３に液体（吐
出液）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（吐出液）は、図１８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１８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。

【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２３で示す本実施形態例の
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。

【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共通液室に吐出液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１
７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の共通液室１
５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
て吐出液流路１４が配されている。また、本実施形態例
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。さらに吐出液供
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。

【０１５３】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。

【０１５４】以上説明したように本実施形態例によれ
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。

【０１５５】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。

【０１５６】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。

【０１５７】＜吐出液体、発泡液体＞先の実施形態例で
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。本実施形態例の内、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。

【０１５８】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。

【０１５９】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。

【０１６０】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。

【０１６１】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。

【０１６２】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。

【０１６３】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。

【０１６４】染料インク（粘度２ｃｐｓ）の組成（Ｃ．Ｉ．フードブラック２）染料３重量％ジエチレングリコール１０重量％チオジグリコール５重量％エタノール５重量％水７７重量％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ｃｐｓ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。

【０１６５】発泡液１の組成エタノール４０重量％水６０重量％発泡液２の組成水１００重量％発泡液３の組成イソプロピルアルコール１０重量％水９０重量％吐出液１顔料インク（粘度約１５ｃｐｓ）の組成カーボンブラック５重量％スチレン−アクリル酸−アクリル酸エチル共重合体１重量％（酸価１４０、重量平均分子量８０００）モノエタノールアミン０．２５重量％グリセリン６９重量％チオジグリコール５重量％エタノール３重量％水１６．７５重量％吐出液２（粘度５５ｃｐｓ）の組成ポリエチレングリコール２００１００重量％吐出液３（粘度１５０ｃｐｓ）の組成ポリエチレングリコール６００１００重量％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
述の実施形態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。

【０１６６】＜液体吐出装置＞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。本実施例では特に吐出液体としてインクを用いたイ
ンク吐出記録装置を用いて説明する液体吐出装置のキャ
リッジＨＣは、リードスクリュー８５に沿って往復移動
可能であり、インクを収容する液体タンク部９０と液体
吐出ヘッド部２００と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。

【０１６７】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記録液
体が吐出される。図２０において、符号８６は液体吐出
ヘッドの前面をキャップするキャップ部材であり、８７
はこのキャップ内を吸引する吸引手段である。液体吐出
ヘッドは、これらの手段により吸引回復処理を受けるこ
とで目詰まり等の防止がなされる。

【０１６８】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
１１５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。

【０１６９】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。

【０１７０】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。

【０１７１】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。

【０１７２】本発明の装置においては、所定時間以上の
放置時間が計時された場合、または保存用のモードが選
択され得た場合、ＣＰＵ３０２からポンプドライバ３０
８に信号が出力され、この信号に基づいてポンプ３０９
が駆動される。このポンプの駆動によって前述の各実施
例のような置換動作がなされる。なお、この置換時に吐
出口のキャッピングが必要な場合にはこの置換に先立っ
てＣＰＵ３０２で不図示のキャップを動作させ吐出口を
キャッピングさせればよい。

【０１７３】以下にこのような装置を用いた具体的な置
換制御について説明する。なお、以下の説明において
は、気泡発生領域を有する第２液流路内に供給される液
体を、吐出口に直接連通した第１の液流路内に置換導入
する例、また吐出口を閉鎖し、第２液流路の液体を圧送
する場合の例で説明するが、これに限らず、前述の各実
施例で説明した置換方法を用いることができる。

【０１７４】＜電源オフ時保存シーケンス＞図２２は、
装置の電源をオフした場合の駆動シーケンスに関するフ
ローチャートである。ステップＳ１０１で電源のＯＦＦ
が指示されると、ステップＳ１０２で置換シーケンスが
なされる。置換シーケンス終了後、装置の電源がＯＦＦ
される。

【０１７５】次に図２３を用いて置換シーケンスのフロ
ーを説明する。まず、ステップＳ１０２１で吐出口を吐
出口閉鎖部材で閉じ、次にヘッドに液体を供給するため
のタンクに液体が逆流することを防止するために第２液
流路のタンク側を遮断する。ただし、タンク側への逆流
防止構造等が取られている場合には、あえて遮断する必
要はない。次に、ステップＳ１０２３でポンプ等を動作
させ第２液流路内に液体を圧送する。このことで、可動
部材の位置を介して第１液流路側に発泡液が置換され
る。なお、この時の圧送圧力や時間を調整することが置
換される液体の量が調整できる。ステップＳ１０２４で
吐出口を開放し、ステップＳ１０２５で吐出口面をワイ
ピングする。ここで置換シーケンスを終わりにしてもよ
いが、吐出口を閉鎖した際やワイピングした際に吐出口
近傍にインクが残存する虞がある場合には、ステップＳ
１０２６でヘッドを駆動し５発程度の予備吐出を行えば
よい。

【０１７６】＜タイマー計時保存シーケンス＞図２４
は、非記録状態での放置時間をタイマーで計時し、その
計時値に基づいて置換シーケンスを実行するためのシー
ケンスフローである。

【０１７７】印字終了（Ｓ１０４）後からの時間を計測
し（Ｓ１０５）、所定時間Ｔ１が経過したか否かをステ
ップＳ１０６で判断し、経過している場合には置換シー
ケンスＡ（Ｓ１０７）を行う。さらに印字終了後の時間
がＴ２を経過したか否かをステップＳ１０８で判定し、
経過した場合にはさらにＳ１０９で置換シーケンスＢを
行う。

【０１７８】なお、置換シーケンスＡ，Ｂは図２３で説
明したシーケンスを用いればよい。ただし、液体の置換
量は置換シーケンスＡより置換シーケンスＢを大きくす
ることが、放置時間の長さの関係から望ましい。

【０１７９】＜ユーザー保存シーケンス＞図２５はユー
ザーが長期間装置を使用しない場合などに行う保存シー
ケンスである。ステップＳ１１１でユーザーのパネル操
作やドライバ操作により、長期シーケンスのモードが指
定される。この指定に基づいて、図２３で説明した置換
シーケンスが実行される。

【０１８０】＜復帰シーケンス＞続いて図２６は、置換
シーケンスによって長期保存状態にされたヘッドを再度
復帰させるための復帰シーケンスである。

【０１８１】長期保存後記録装置をオンする（もしくは
ヘッドを装置に搭載する）Ｓ１１２、ヘッドの吐出口面
をキャッピングし吐出口から液体を吸引排出するいわゆ
る吸引回復を行う（Ｓ１１３）。これによって、第１液
流路内に置換によって供給されていた発泡液を吐出口か
ら排出する。次に吐出口面をワイピングし（Ｓ１１
４）、吐出口面に付着した液体を除去する。そして、記
録開始の準備のため、数千から一万程度の予備吐出を行
う。

【０１８２】＜物流時の保存シーケンスと回復シーケン
ス＞物流時の保存シーケンスと回復シーケンスとを図２
７にもとづいて説明する。

【０１８３】ヘッドを製造して出荷する前に、上述の置
換シーケンスを行いヘッドを長期保存可能状態にする
（Ｓ１１６）。このような保存状態のままヘッドの輸送
や販売が行われ（Ｓ１１７）、装置に装着された時に装
置自体が装着の状態を認識（Ｓ１１８）、もしくはユー
ザーが復帰のモードを選択することによって、前述のよ
うな復帰シーケンスを行う。この復帰シーケンスで記録
準備終了となる（Ｓ１２０）。なお、出荷時や物流時に
おいてはヘッドとインクタンクとが接続された状態でも
良く、装着されていない状態であってもよい。

【０１８４】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。

【０１８５】また上述の記録装置として、各種の紙やＯ
ＨＰ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。

【０１８６】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。

【０１８７】＜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。

【０１８８】図２８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。

【０１８９】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の駆動が成され
る。

【０１９０】各ヘッドには、吐出液として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。

【０１９１】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２０３
ａ〜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。

【０１９２】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。

【０１９３】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。

【０１９４】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。

【０１９５】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。

【０１９６】なお、本実施例では、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。

【０１９７】

【発明の効果】上述したような、可動部材を用いる新規
な吐出原理に基づく本発明の液体吐出方法、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吐
出方法、ヘッド等に比べて吐出効率を向上できる。

【０１９８】また、本発明の特徴的な構成によれば、高
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。

【０１９９】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。

【０２００】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
熱体上に体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。

【０２０１】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。

【０２０２】また、発泡液と記録液とを同一ヘッドの中
で２層に分けて供給する形態のヘッドを、長期間放置し
た後であっても再度良好な吐出を行いうる液体吐出ヘッ
ドの保存方法もしくは液体吐出装置を提供することが可
能となった。

【０２０３】また、発泡液と記録液とをヘッドの中で２
層に分けて供給する形態のヘッドでの記録液の固着を防
止することが可能となった。

【０２０４】さらに、発泡液と記録液とをヘッドの中で
２層に分けて供給する形態のヘッドでのインク吸引排出
回数を減らし、インク消費量を低減することが可能とな
った。

【０２０５】また、ヘッド内のインクを置換した状態
で、出荷販売時等の流通を行うため、可動部材の変位を
阻害する原因の発生自体を防止でき、ヘッドの使用開始
を常に良好に成すことができる。

【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】本発明の液体吐出ヘッドの部分破断斜視図であ
る。

【図３】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４】本発明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】本発明の液体の流れを説明するための模式図で
ある。

【図６】本発明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７】本発明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８】可動部材の動作を説明するための図である。

【図９】本発明にもとづく液体吐出ヘッドの保存方法の
一例を説明するための液体吐出ヘッドの側面断面図であ
る。

【図１０】本発明にもとづく液体吐出ヘッドの保存方法
の一例を説明するための液体吐出ヘッドの側面断面図で
ある。

【図１１】本発明にもとづく液体吐出ヘッドの保存方法
の一例を説明するための液体吐出ヘッドの側面断面図で
ある。

【図１２】本発明にもとづく液体吐出ヘッドの保存方法
に適用される圧送手段の一例を説明するための模式的側
面断面図である。

【図１３】本発明にもとづく液体吐出ヘッドの保存方法
の一例を説明するための液体吐出ヘッドの側面断面図で
ある。

【図１４】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１５】可動部材と液流路の構造を説明するための図
である。

【図１６】本発明の液体吐出ヘッドの縦断面図である。

【図１７】駆動パルスの形状を示す模式図である。

【図１８】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１９】本発明のヘッド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】電源オフ時保存シーケンスを説明するための
フローチャートである。

【図２３】置換シーケンスを説明するためのフローチャ
ートある。

【図２４】タイマー計時保存シーケンスを説明するため
のフローチャートである。

【図２５】ユーザー保存シーケンスを説明するためのフ
ローチャートである。

【図２６】復帰シーケンスを説明するためのフローチャ
ートである。

【図２７】物流時の保存シーケンスと回復シーケンスを
説明するためのフローチャートである。

【図２８】液体吐出記録システムを示す図である。

【図２９】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

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者田鹿博司東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者樫野俊雄東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者中田佳恵東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】吐出口に連通し第１の液体が供給される
第１の液流路と、液体に熱を与えることで該液体に気泡を発生させる気泡
領域を有し、かつ前記第１の液体と異なる第２の液体が
供給される第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、
かつ吐出口側に自由端を有し、さらに前記第１の液流路
側に変位させて前記圧力を前記第１の流路の吐出口側に
導く可動部材とを有する液体吐出ヘッドの保存方法であ
って、前記第１の液体および前記第２の液体のそれぞれは相対
的な固化特性に差があって、相対的に固化し易い液体が
吐出口および可動部材の周囲の少なくとも一方に存在す
る領域を相対的に固化しづらい液体で置換することを特
徴とする液体吐出ヘッドの保存方法。
【請求項２】前記置換は、前記吐出口または前記可動
部材が配された前記第１の液流路と前記第２の液流路と
の連通部を介してなされることを特徴とする請求項１に
記載の液体吐出ヘッドの保存方法。
【請求項３】前記第１の液体および前記第２の液体の
前記固化特性の差として互いに粘度の異なる液体が供給
され、また前記置換は、前記第１の液体および前記第２
の液体のいずれかのうち耐水性が相対的に高い方の液体
が供給される液流路に対して、粘度が相対的に低い方の
液体が供給されることでなされることを特徴とする請求
項１に記載の液体吐出ヘッドの保存方法。
【請求項４】前記第１の液体および前記第２の液体の
前記固化特性の差として、互いに耐水性が異なる液体が
供給され、また、前記置換は、前記第１の液体および前記第２の液体のい
ずれかのうち耐水性が相対的に高い方の液体が供給され
る液流路に対して、耐水性が相対的に低い方の液体が供
給されることでなされることを特徴とする請求項１に記
載の液体吐出ヘッドの保存方法。
【請求項５】前記置換は、前記第１の液流路内の前記
第１の液体または前記第２の液流路内の前記第２の液体
を、他方の液流路に向けて加圧供給することでなされる
ことを特徴とする請求項１または２に記載の液体吐出ヘ
ッドの保存方法。
【請求項６】前記置換を行う際に、前記吐出口を閉鎖
することを特徴とする請求項５に記載の液体吐出ヘッド
の保存方法。
【請求項７】前記液体吐出ヘッドへの電源供給をオフ
する指示がなされた後に前記置換が実施され、さらに前
記置換が終了した後に前記指示によって前記液体吐出ヘ
ッドへの電源供給がオフされることを特徴とする請求項
１に記載の液体吐出ヘッドの保存方法。
【請求項８】前記置換は、前記液体吐出ヘッドの記録
動作が終了してから所定の時間が経過した後になされる
ことを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッドの保
存方法。
【請求項９】前記可動部材に面した位置に発熱体が設
けられており、該可動部材と該発熱体との間が前記気泡
発生領域であることを特徴とする請求項１ないし８のい
ずれか一項に記載の液体吐出ヘッドの保存方法。
【請求項１０】前記可動部材の自由端は、前記発熱体
の面積中心より下流に位置することを特徴とする請求項
９に記載の液体吐出ヘッドの保存方法。
【請求項１１】前記第２の液流路は、前記発熱体より
上流側に実質的に平坦、もしくはなだらかな内壁を有
し、該内壁に沿って液体を前記発熱体上に供給する供給
路であることを特徴とする請求項９または１０に記載の
液体吐出ヘッドの保存方法。
【請求項１２】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
ことを特徴とする請求項９ないし１１のいずれか一項に
記載の液体吐出ヘッドの保存方法。
【請求項１３】前記可動部材は板状であることを特徴
とする請求項９ないし１２のいずれか一項に記載の液体
吐出ヘッドの保存方法。
【請求項１４】前記発熱体の全面が前記可動部材に面
していることを特徴とする請求項１３に記載の液体吐出
ヘッドの保存方法。
【請求項１５】前記可動部材の前記自由端は前記発熱
体より吐出口側に配されていることを特徴とする請求項
１３に記載の液体吐出ヘッドの保存方法。
【請求項１６】前記可動部材は前記第１の液流路と前
記第２の液流路との間に配された分離壁の一部として構
成されていることを特徴とする請求項１ないし１５のい
ずれか一項に記載の液体吐出ヘッドの保存方法。
【請求項１７】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
が配されていることを特徴とする請求項１ないし１６の
いずれか一項に記載の液体吐出ヘッドの保存方法。
【請求項１８】吐出口に連通し第１の液体が供給され
る第１の液流路と、液体に熱を与えることで該液体に気泡を発生させる気泡
領域を有し、かつ前記第１の液体と異なる第２の液体が
供給される第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、
かつ吐出口側に自由端を有し、さらに前記第１の液流路
側に変位させて前記圧力を前記第１の流路の吐出口側に
導く可動部材とを有する液体吐出ヘッドを用いる液体吐
出装置であって、前記第１の液体および前記第２の液体のそれぞれは相対
的な固化特性に差があって、相対的に固化し易い液体が
吐出口および可動部材の周囲の少なくとも一方に存在す
る領域を、相対的に固化し難い液体で置換するための置
換手段が設けられたことを特徴とする液体吐出装置。
【請求項１９】さらに、前記置換の状態を検出する検
出手段が設けられたことを特徴とする請求項１８に記載
の液体吐出装置。
【請求項２０】前記置換手段は、前記吐出口を閉鎖
し、前記第１の液体または前記第２の液体のいずれか一
方の液体を加圧する手段であることを特徴とする請求項
１８または１９に記載の液体吐出装置。
【請求項２１】前記第２の液流路は、前記気泡発生領
域の下流側に回復路を有することを特徴とする請求項１
８ないし２０のいずれか一項に記載の液体吐出装置。
【請求項２２】前記可動部材に面した位置に発熱体が
設けられており、該可動部材と該発熱体との間が前記気
泡発生領域であることを特徴とする請求項１８ないし２
１のいずれか一項に記載の液体吐出装置。
【請求項２３】前記可動部材の自由端は、前記発熱体
の面積中心より下流に位置することを特徴とする請求項
２２に記載の液体吐出装置。
【請求項２４】前記第２の液流路は、前記発熱体より
上流側に実質的に平坦、もしくはなだらかな内壁を有
し、該内壁に沿って液体を前記発熱体上に供給する供給
路であることを特徴とする請求項２２または２３に記載
の液体吐出装置。
【請求項２５】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
ことを特徴とする請求項２２ないし２４のいずれか一項
に記載の液体吐出装置。
【請求項２６】前記可動部材は板状であることを特徴
とする請求項２２ないし２５のいずれか一項に記載の液
体吐出装置。
【請求項２７】前記発熱体の全面が前記可動部材に面
していることを特徴とする請求項２６に記載の液体吐出
装置。
【請求項２８】前記可動部材の前記自由端は前記発熱
体より吐出口側に配されていることを特徴とする請求項
２６に記載の液体吐出装置。
【請求項２９】前記可動部材は前記第１の液流路と前
記第２の液流路との間に配された分離壁の一部として構
成されていることを特徴とする請求項１８ないし２８の
いずれか一項に記載の液体吐出装置。
【請求項３０】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
が配されていることを特徴とする請求項１８ないし２９
のいずれか一項に記載の液体吐出装置。
【請求項３１】前記液体吐出ヘッドからインクを吐出
し、記録紙にインクを付着させることで記録を行うこと
を特徴とする請求項１８ないし３０のいずれか一項に記
載の液体吐出装置。
【請求項３２】前記液体吐出ヘッドから記録液体を吐
出し、布帛に記録液体を付着させることで記録を行うこ
とを特徴とする請求項１８ないし３０のいずれか一項に
記載の液体吐出装置。
【請求項３３】請求項１８ないし３２のいずれか一項
に記載の液体吐出装置と、記録後の被記録媒体に対して、前記液体の定着を促す後
処理装置と、を備えることを特徴とする記録装置。
【請求項３４】請求項１８ないし３２のいずれか一項
に記載の液体吐出装置と、記録前の被記録媒体に対して、前記液体の定着を増すた
めの前処理装置と、を備えることを特徴とする記録装置。