JPH11235829A

JPH11235829A - 液体吐出ヘッド、液体吐出装置および液体吐出方法

Info

Publication number: JPH11235829A
Application number: JP34756798A
Authority: JP
Inventors: Yoichi Tanetani; 陽一種谷; Hiroyuki Ishinaga; 博之石永; Hiroyuki Sugiyama; 裕之杉山; Toshio Kashino; 俊雄樫野; Fumi Yoshihira; 文吉平; Kiyomitsu Kudo; 清光工藤; Masahiko Kubota; 雅彦久保田; Masami Ikeda; 雅実池田; Masahiko Ogawa; 正彦小川; Ichiro Saito; 一郎斉藤
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1997-12-05
Filing date: 1998-12-07
Publication date: 1999-08-31
Anticipated expiration: 2018-12-07
Also published as: JP3592108B2

Abstract

(57)【要約】【課題】吐出効率と液体のリフィル性とを向上させ
る。【解決手段】液体を吐出する吐出口１８と、吐出口１
８に連通する液流路１０と、可動部材３１とが設けられ
ている。可動部材３１は、吐出口１８に向かう液流路１
０の下流側に自由端３２を有する。液流路１０内には液
体に気泡４０が発生する気泡発生領域１１が存在し、可
動部材３１はこの気泡発生領域１１に面して配されてい
る。少なくとも可動部材３１が定常状態にあるときに
は、液流路１０の気泡発生領域１１に対応する部分の側
方が、全面的に流路側壁６２に塞がれている。可動部材
３１の可動部分の上方には、液流路１０とそれに隣接す
る液流路とを連通させる上壁なし領域（共通連通空間）
６１が設けられている。

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によって液体を
吐出する液体吐出ヘッドおよび液体吐出ヘッドを用いた
液体吐出装置に関する。また、本発明は、可動部材の変
位と気泡成長を伴う新たな液体吐出方法及びこれを実行
するための液体吐出ヘッドおよび液体吐出装置に関す
る。

【０００２】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、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。ここで、
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。

【０００３】

【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号明細書等の公報に開示されてい
るように、インクを吐出するための吐出口と、この吐出
口に連通するインク流路と、インク流路内に配されたイ
ンクを吐出するためのエネルギー発生手段としての電気
熱変換体が配されている。

【０００４】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ともに、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、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。

【０００５】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。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。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。

【０００６】この流路形状の内、特開昭６３−１９９９
７２号公報等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。特開昭６３−１９９９７２号公報に
開示されているヘッドは、発熱素子が形成する気泡の発
泡領域よりも離れ、かつ、発熱素子に関して吐出口とは
反対側に位置する弁を有する。この弁は、板材等を利用
する製造方法によって流路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内に垂れ下が
る。この発明は、上述したバック波の一部を弁によって
制御することでエネルギー損失を制御するものとして開
示されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この構
成において、吐出すべき液体を保持する流路内部に気泡
が発生した前後の流路内の挙動を検討するとわかるよう
に、弁によるバック波の一部を抑制することは、液体の
吐出にとって必ずしも実用的なものではない。もともと
バック波自体は、液体の吐出に直接的には関係しないも
のである。従って、バック波のうちの一部を抑制したか
らといって、液体の吐出に大きな影響を与えることはな
い。

【０００８】また、インクのリフィルを向上させ、周波
数応答性に優れたヘッドを得るべく、ノズルのヒーター
近傍を副流路に連通させた構造のヘッドも従来提案され
ている。インクのリフィル時、この副流路からもノズル
にインクを供給し、リフィルの時間短縮を図ったもので
ある。しかしながら、このような構造のヘッドでは、発
泡時に発生する吐出力の一部が副流路に逃げてしまうた
め、吐出効率の低下が起ってしまうおそれがあった。

【０００９】本発明は、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における根本
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まで高めることを主たる目
的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明者達の一部は、先
に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。そして、流
路中の可動部材の機構の原理を解析するといった液流路
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解析を行った。

【００１１】これらの解析により、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。この
発明の他の特徴は、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利用するこ
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
との知見に基づき、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にある。これにより、吐出効
率、吐出速度の向上をもたらすことができるものであ
る。

【００１２】本発明は、前述した画期的な吐出原理を一
層優れたものにすることができる新たな吐出方法及び吐
出原理を提供するものである。すなわち、本発明は、可
動部材の自由端の変位と気泡発生領域から得られる気泡
の成長との関係、さらには可動部材の配置や液流路の構
造的要素を勘案することにより、吐出効率と液体のリフ
ィル性との一層の向上を可能ならしめる吐出原理を追求
したものである。

【００１３】本発明の目的の一つは、可動部材の配置や
液流路の構造的要素を勘案することにより、吐出効率と
液体のリフィル性とを向上させた液体吐出ヘッド、液体
吐出装置および液体吐出方法を提供することにある。

【００１４】本発明の他の目的は、可動部材の弁機構に
よって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ともに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速度を向上させ
た液体吐出ヘッド、液体吐出装置および液体吐出方法を
提供することにある。

【００１５】本発明のさらに他の目的は、可動部材の弁
機構が気泡の発生により作動する際、可動部材の所定の
変位位置までの液流路から受ける抵抗を少なくすること
で、可動部材の適正変位位置に速やかに到達させること
により、吐出効率を向上させた液体吐出ヘッド、液体吐
出装置および液体吐出方法を提供することにある。

【００１６】本発明のさらに他の目的は、発熱体上の液
体への蓄熱を大幅に軽減できるとともに、発熱体上の残
留気泡の低減をも図ることにより、良好な液体吐出を行
い得る液体吐出ヘッド、液体吐出装置および液体吐出方
法を提供することにある。

【００１７】本発明のさらに他の目的は、液体吐出ヘッ
ドの各構成部品の材質の違いによる機械的特性の問題を
解決することができる液体吐出ヘッド、液体吐出装置お
よび液体吐出方法を提供することにある。

【００１８】本発明のさらに他の目的は、液体吐出ヘッ
ドの各構成部品の組立上の問題を解決し、さらに素子基
板上への発熱体の高密度配列を達成することにより、液
体吐出ヘッドの小型化を可能にすることができる液体吐
出ヘッド、液体吐出装置および液体吐出方法を提供する
ことにある。

【００１９】本発明の特徴は、液体吐出ヘッドにおい
て、液体を吐出する吐出口と、該吐出口に連通する液流
路と、液体に気泡が発生する気泡発生領域と、該気泡発
生領域に面して配され前記吐出口に向かう前記液流路の
下流側に自由端を具備する可動部材とを有し、少なくと
も前記可動部材が定常状態にあるときには、前記液流路
の前記気泡発生領域に対応する部分の側方が、実質的に
全面的に壁面からなり、前記可動部材が最大変位状態に
あるときには、該可動部材の前記自由端の側方に前記壁
面が存在し、前記可動部材の可動部分の上方には、前記
液流路とそれに隣接する液流路とを連通させる共通連通
空間が設けられているところにある。

【００２０】本発明の他の特徴は、液体吐出方法におい
て、液体を吐出する吐出口と、該吐出口に連通する液流
路と、液体に気泡が発生する気泡発生領域と、該気泡発
生領域に面して配され前記吐出口に向かう前記液流路の
下流側に自由端を具備する可動部材とを有する液体吐出
ヘッドを用い、少なくとも、実質的にすべて壁面からな
る、前記液流路の前記気泡発生領域に対応する部分の側
方部と、前記可動部材が最大変位状態にあるときの該可
動部材の前記自由端の側方部と、前記可動部材とによ
り、前記気泡発生領域における気泡の成長を前記吐出口
の方へ導きながら、液体を吐出する液体吐出工程と、気
泡の収縮開始後に、少なくとも、前記可動部材の可動部
分の上方に配された、前記液流路とそれに隣接する液流
路とを連通させる共通連通空間から、前記吐出口の方へ
液体を供給するところにある。

【００２１】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（または
可動部材）を経て、吐出口へ向かう液体の流れ方向に関
しての表現として表わされている。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、上記流れ方向に関する下流
側、また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。

【００２２】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。

【００２３】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と吐出口に直
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。

【００２４】さらに、本発明でいう「気泡発生領域」と
は、液体に気泡を発生させる手段を有する基板と可動部
材との間に発生する気泡が存在しうる領域を示すもの
で、気泡発生手段が発熱体の場合、製品に使用し得る通
常の駆動条件においては発熱体の面積よりやや広い範囲
となる。また、気泡の膨張に伴う可動部材の変位によっ
て気泡発生領域は拡大し、最終的には気泡の存在した領
域すべてを気泡発生領域と定義することができる。

【００２５】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を、図面を参
照して説明する。

【００２６】（原理説明）以下、本発明に適用可能な吐
出原理について詳細に説明する。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であり、図２はこの
液体吐出ヘッドの部分破断斜視図である。

【００２７】図１の液体吐出ヘッドは、液体を吐出する
ために利用されるエネルギーを発生するエネルギー発生
素子として熱エネルギーを発生する発熱体２（本例にお
いては４０μｍ×１０５μｍの矩形の発熱抵抗体）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。

【００２８】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。

【００２９】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、
後述す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
１０ａとし、気泡発生領域１１を有する第２の液流路１
０ｂの２つの領域に分けて説明する。

【００３０】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。

【００３１】ここで、本発明に適用される基本的な吐出
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。

【００３２】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Ｖ_A、上流側への圧力の伝搬方向を
Ｖ_Bとして示した。

【００３３】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
Ｖ_A方向に圧力伝搬方向の成分を持つものは、Ｖ₁〜Ｖ₄
即ち気泡のほぼ半分の位置より吐出口に近い部分の圧力
伝搬の方向成分であり、液吐出効率、液吐出力、吐出速
度等に直接寄与する重要な部分である。さらにＶ ₁は吐
出方向Ｖ_Aの方向に最も近いため効率よく働き、逆にＶ₄
はＶ_Aに向かう方向成分が比較的少ない。

【００３４】これに対して、図４で示される本発明の場
合には、図３の場合には様々な方向を向いていた気泡の
圧力伝搬方向Ｖ₁〜Ｖ₄を、可動部材３１が下流側（吐出
口側）へ導き、Ｖ_A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、結果的に、液体の移動方向を吐出口
方向へ効率よく向わせるように制御し、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。

【００３５】次に図１に戻って、上述した液体吐出ヘッ
ドの吐出動作について詳しく説明する。

【００３６】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。

【００３７】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。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。

【００３８】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。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。
この際、可動部材の上流側は、上壁なし領域（共通連通
空間）６１によって変位抵抗少なく所定の位置まで変位
し、上述した効果をすみやかに達成するとともに、それ
以降は、液流路１０の上壁６０と側壁６２と協同して液
体の上流側への移動を防止し、リフィル時の効率を高め
ている。

【００３９】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。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、すなわち共通液室１３側から流れ
のＶ_D1、Ｖ_D2、Ｖ_D3のように、また、吐出口側からの流
れＶ_Cのように液体が流れ込んでくる。

【００４０】図１（ｅ）は気泡４０の消滅により、可動
部材３１が初期位置（第１位置）より下降した状態を示
している。このように、第２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
位置）に復帰する。

【００４１】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、以下に本発明に適
用可能な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。

【００４２】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側と気泡発生領域１１の上流側から流れ込む。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）。

【００４３】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。

【００４４】これに対して本構成は可動部材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
退はほぼ止まり、その後残ったＷ2の体積分の液体供給
は主に第２の液流路１０ｂの流れＶ_D3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。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、主に気泡発生領域１１の上流
側（Ｖ_D3）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。

【００４５】さらに、この発明においては、前述のよう
に、上壁なし領域６１からの液供給Ｖ_D1が極めて重要な
効果を上げる。この領域においては、上壁６０および側
壁６２がないため流抵抗が非常に小さく高い供給性能が
得られる。特に、この構造は側壁幅が狭くなる高密度ノ
ズル配列において効率が高い。この領域は、複数の液流
路を仕切る側壁がなく、各液流路が共通に連通する共通
連通空間を形成する。

【００４６】また、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、本構成の高速リフィルにおいては可動部材に
よって吐出口側の液流路１０の領域と、気泡発生領域１
１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。

【００４７】このように本発明に適用される上述した構
成は、上壁のない領域（共通連通空間）６１からの液流
路と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。なお、本発明でいうノズルは、オリフィスから側
壁６２の上流側までの液流路１０を示すもので、側壁６
２を有した上壁なし領域（共通連通空間）６１はノズル
に含まれない。

【００４８】本発明に適用される上述した構成において
はさらに次のような有効な機能を兼ね備えている。それ
は、気泡の発生による圧力の上流側への伝搬（バック
波）を抑制することである。発熱体２上で発生した気泡
の内、共通液室１３側（上流側）の気泡による圧力は、
その多くが、上流側に向かって液体を押し戻す力（バッ
ク波）になっていた。このバック波は、上流側の圧力
と、それによる液移動量、そして液移動に伴う慣性力を
引き起こし、これらは液体の液流路内へのリフィルを低
下させ高速駆動の妨げにもなっていた。本構成において
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。

【００４９】次に、更なる特徴的な構造と効果につい
て、以下に説明する。

【００５０】第２の液流路１０ｂ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）内壁を持つ流路を有している。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、Ｖ_D3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液流路を持つもの
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流路であればよく、
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。

【００５１】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関する機能や
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の液流路１０ａ、第２
液流路１０ｂ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３２と支点３３とを配置
しているためである。

【００５２】補足すれば、本構成の図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。さらに、加えて上記気泡
の上流側をも利用して多くの効果を得ている。また、本
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
与していると考えられる。

【００５３】（実施例１）第１の実施例を図１を参照し
て説明する。本実施例においても、主たる液体の吐出原
理については先の説明と同じである。

【００５４】本実施例においては、図１（ａ）に示すよ
うに、可動部材３１と発熱体２の間の気泡発生領域１１
における気泡の発生に伴う圧力波による液体の流れが隣
接ノズルへおよぶのを防止するために、側壁６２が発熱
体２の後端よりも上流側まで形成されている。また、前
記側壁６２の上流側は共通液室１３まで延在し、その上
方に上壁なし領域６１が形成されている。

【００５５】これにより、図１（ｃ）に示す気泡成長工
程において、可動部材３１の変位によって可動部材３１
と側壁６２とで、上流側および隣接ノズルへの液体の流
れを遮断または抑制し、上流側への液体の移動を抑制す
る。これにより、結果的に気泡４０の消泡工程における
メニスカスの後退量も少なくなる。また、可動部材３１
はノズルの上壁６０またはノズル内の構造物（突起な
ど）にあたって、あるいは可動部材自体の剛性によって
途中で変位が止まり、気泡成長工程における上流側及び
隣接ノズル側への液体の移動を効果的に抑制することが
できる。

【００５６】図１（ｄ）に示す気泡収縮工程において、
気泡発生領域１１の上方からも液体（Ｖ_D1）が供給され
るため、側壁６２によって生じる液体の流体抵抗がほと
んど無くなり極めて短時間にノズルへのリフィルが完了
できる。したがって、ノズルの上壁６０が側壁後端と同
じ位置まで延在している従来のノズルの場合と比較して
飛躍的に供給効率が向上する。

【００５７】このように、本発明による液体吐出ヘッド
によれば、従来のノズルと比較して、上流側への液体の
移動が押さえられる上に、供給性が良いためリフィル周
波数（発泡からメニスカスがオリフィスに復帰するまで
の時間の逆数）が向上する。また、可動部材３１の自由
端３２が発熱体２の下流側まで延びているため、気泡４
０の成長を吐出口側に導くことができ、吐出力が向上す
る。なお、本発明でいうノズルは、オリフィスから側壁
６２の上流側までの液流路１０を示すもので、側壁６２
を有した上壁なし領域（共通連通空間）６１はノズルに
含まれない。

【００５８】（実施例２）第２の実施例を図６を参照し
て説明する。

【００５９】本実施例は、第１の実施例の構成に加え、
図６（ａ）に示すように、可動部材３１の自由端３２を
発熱体２の中央付近まで後退させている。また、側壁６
２の上流側は、共通液室１３内まで延在し、その上方に
上壁なし領域（共通連通空間）６１が形成されている。

【００６０】これにより、図６（ｃ）に示す気泡成長工
程において、可動部材３１の変位によって可動部材３１
と側壁６２とで、上流側および第２の液流路１０ｂから
の隣接ノズルへの液体の流れを遮断または抑制し、上流
側への液体の移動を抑制する。これにより、結果的に気
泡４０の消泡工程におけるメニスカスの後退量も少なく
なる。また、可動部材３１はノズルの上壁６０またはノ
ズル内の構造物（突起など）にあたって、あるいは可動
部材自体の剛性によって途中で変位が止まり、気泡成長
工程における上流側及び隣接ノズル側への液体の移動を
効果的に抑制することができる。

【００６１】図６（ｄ）に示す気泡収縮工程において、
気泡発生領域１１の上方からも液体（Ｖ_D1）が供給され
るため、側壁６２によって生じる液体の流体抵抗がほと
んど無くなり極めて短時間にノズルへのリフィルが完了
できる。したがって、ノズルの上壁が側壁後端と同じ位
置まで延在している従来のノズルの場合と比較して飛躍
的に供給効率が向上する。特に、本実施例においては、
図６（ｄ）に示す気泡収縮状態において、気泡発生領域
１１の上方からの液体の流れが側壁６２および可動部材
３１にあまり影響されない構造となっているので、上流
側の流抵抗が極めて小さく、液体（Ｖ_D1）が供給され易
いため、第１の実施例以上にリフィル周波数が向上す
る。さらに、側壁６２は気泡発生領域１１に主として存
在し、流流路１０では短くなっているため、リフィル特
性はさらに向上する。

【００６２】（実施例３）第３の実施例を図７を参照し
て説明する。

【００６３】本実施例は、第１の実施例と同様、図７
（ａ）に示すように、側壁６２の上流側の高さを可動部
材３１の変位する高さまで高め、その端部は共通液室１
３まで延在し、その上方に上壁なし領域（共通連通空
間）６１が形成されている。また、第２の実施例と同
様、可動部材３１の自由端３２を発熱体２の中央付近ま
で後退させている。

【００６４】これにより、図７（ｃ）に示す気泡成長工
程において、可動部材３１の変位によって可動部材３１
と側壁６２とで、上流側および隣接ノズルへの液体の流
れを遮断または抑制してクロストークを減少し、上流側
への液体の移動を抑制する。更に本実施例では、図７
（ｄ）に示す気泡収縮状態において、気泡発生領域１１
の上方から側壁６２および可動部材３１にあまり影響さ
れずに、液体（Ｖ_D1）が供給され、また、気泡発生領域
１１の下流側に可動部材３１がない為、流抵抗が低く、
第１の実施例以上にリフィル周波数と吐出効率が向上す
る。

【００６５】（実施例４）第４実施例を図８を参照して
説明する。

【００６６】本実施例は、第３の実施例と同様、図８
（ａ）に示すように、側壁６２の上流側の高さを可動部
材３１の変位する高さまで高めているが、側壁６２の後
端上部を斜めにカットし、上流側、隣接側への遮断性
と、リフィル性の両者をより高めている。また、下流側
の上壁６０を吐出口１８に近づく程、高くしている。

【００６７】これにより、図８（ｃ）に示す気泡成長状
態において、可動部材３１の変位によって可動部材３１
と側壁６２とで、上流側および隣接ノズルへの液体の流
れを遮断または抑制してクロストークを減少し、上流側
への液体の移動を抑制すると共に、下流側の流路抵抗が
少ないため、第３の実施例以上に吐出効率が向上する。
また、図８（ｄ）に示す気泡収縮状態において、気泡発
生領域１１の上方から側壁６２および可動部材３１にあ
まり影響されずに、液体（Ｖ_D1）が供給されるため、第
３の実施例以上にリフィル周波数が向上する。

【００６８】また、第２および第３の実施例と同様に可
動部材３１の支点３３が側壁６２より下流側の発熱体近
傍にあるため、可動部材３１の変位の際の上流側への液
体の移動体積が少なく、結果的にメニスカスの後退をさ
らに抑制することができる。また、これら上流側への液
体の移動が少なくなることは、リフィルの際の吐出口方
向への液移動の反作用が少なくなることを示しており、
この効果もよりリフィル特性を向上させることになる。
また、さらに、隣接ノズルへの影響が小さく、ノズル間
クロストークによる吐出不安定要素も低減できる。

【００６９】（実施例５）上述した実施例１〜４におけ
る液体吐出ヘッドの構成部材の材質は、その部材の使用
状況に応じて選択されるが、熱膨張条件をほぼ一致させ
て高密度配列における可動部材および流路・液室構造の
特性効果の信頼性を向上させることは重要である。そこ
で次に、この目的に対応した構成部材を有する液体吐出
ヘッドについて説明する。

【００７０】図９は、本発明の第５の実施例における液
体吐出ヘッドの基本的な構造を説明するための、液流路
方向に沿った断面図である。図９に示すように、この液
体吐出ヘッドは、液体に気泡を発生させるための熱エネ
ルギーを与える複数個（図９では１つのみ示す）の発熱
体２が並列に設けられた素子基板１と、この素子基板１
上に接合された天板５０と、素子基板１および天板５０
の前端面に接合されたオリフィスプレート６３とを有す
る。

【００７１】素子基板１は、シリコン等の基板上に絶縁
および蓄熱を目的としたシリコン酸化膜または窒化シリ
コン膜を成膜し、その上に、発熱体２を構成する電気抵
抗層および配線をパターニングしたものである。この配
線から電気抵抗層に電圧を印加し、電気抵抗層に電流を
流すことで発熱体２が発熱する。

【００７２】天板５０は、各発熱体２に対応した複数の
液流路１０および各液流路１０に液体を供給するための
共通液室１３を構成するためのもので、天井部分から各
発熱体２の間に延びる側壁６２が一体的に設けられてい
る。天板５０はシリコン系の材料で構成され、液流路１
０および共通液室１３のパターンをエッチングで形成し
たり、シリコン基板上にＣＶＤ等の公知の成膜方法によ
り窒化シリコン、酸化シリコンなど、側壁６２となる材
料を推積した後、液流路１０の部分をエッチングして形
成することができる。

【００７３】オリフィスプレート６３には、各液流路１
０に対応しそれぞれ液流路１０を介して共通液室１３に
連通する複数の吐出口１８が形成されている。オリフィ
スプレート６３もシリコン系の材料からなるものであ
り、例えば、吐出口１８を形成したシリコン基板を１０
〜１５０μｍ程度の厚さに削ることにより形成される。
なお、オリフィスプレート６３は本発明には必ずしも必
要な構成ではなく、オリフィスプレート６３を設ける代
わりに、天板５０に液流路１０を形成する際に天板５０
の先端面にオリフィスプレート６３の厚さ相当の壁を残
し、この部分に吐出口１８を形成することで、吐出口付
きの天板とすることもできる。

【００７４】さらに、この液体吐出ヘッドには、液流路
１０を吐出口１８に連通した第１の液流路１０ａと、発
熱体２を有する第２の液流路１０ｂとに分けるように、
発熱体２に対面して配置された片持梁状の可動部材３１
が設けられている。可動部材３１は、窒化シリコンや酸
化シリコンなどのシリコン系の材料で形成された薄膜で
ある。

【００７５】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
ヘ流れる大きな流れの上流側に支点１０ａを持ち、この
支点１０ａに対して下流側に自由端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から所定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。

【００７６】上記したように本実施例による液体吐出ヘ
ッドでは、各構成部品の材料にＳｉＮを使用しているた
め、耐インク性が向上すると共に、線膨張率の違いによ
る機械的特性の問題が解決される。

【００７７】（液体吐出ヘッドの製造方法の例）次に、
液体吐出ヘッドの製造方法の例について説明する。可動
部材、ノズル壁およびオリフィスプレートを別体で作製
し、素子基板上に組み立てることによって液体吐出ヘッ
ドを製造した場合、組立時の困難性および精度上の観点
から高密度化がなかなか困難である。そこで、本実施形
態では、上記各構成要素を成膜工程で作り込むことによ
って、機械的特性の問題（Ｓｉ素子基板とノズル天板の
線膨率の違い等）および組立上の問題（可動部材の接着
工程およびノズル天板の貼り付け工程、特に可動部材が
設けられた状態での貼り付け工程の困難さ）を一気に解
決し、さらに素子基板上への高密度加熱体配列を達成し
て吐出ノズルの高密度化を可能とした。

【００７８】図１０および図１１は、本実施の形態に係
る液体吐出ヘッドの製造方法の一例を示す工程図であ
る。図中（ａ）〜（ｉ）は正面断面図であり、（ａ’）
〜（ｉ’）は側面断面図である。

【００７９】図１０（ａ），（ａ’）に示すように、ま
ず、基板２０８上にＣＶＤ法によって温度３５０℃の条
件でＰＳＧ（Phospho-Silicate Glass）膜２０１を形成
する。このＰＳＧ膜２０１の膜厚は最終的に可動部材の
可動部と発熱体とのギャップに相当し、１〜２０μｍの
間で流路全体のバランス上、もっとも可動部材の効果が
顕著となる値に制御する。

【００８０】図１０（ｂ），（ｂ’）に示すように、次
に、ＰＳＧ膜２０１をパターニングするためのレジスト
をスピンコートなどにより塗布し、露光、現像する。こ
れにより、可動部材の固定部に相当する部分のレジスト
を除去する。これをバッファードフッ酸によるウェット
エッチングによってレジストのない部分のＰＳＧ膜２０
１を除去する。次に酸素プラズマによるプラズマアッシ
ング、あるいはレジスト塗布剤に浸して、残ったレジス
トを除去する。

【００８１】図１０（ｃ），（ｃ’）に示すように、こ
の上にスパッタ法により、１〜１０μｍの厚さにＳｉＮ
膜２０２を形成する。ＳｉＮ膜２０２の組成はＳｉ₃Ｎ₄
が最も良いが、可動部材の効果としてはＳｉ：１に対
し、Ｎが１〜１．５の範囲でも良い。また、このＳｉＮ
膜２０２は半導体プロセスに一般的に使用され、耐アル
カリ性、耐アルカリ性、化学的安定性があり、耐インク
性もある。すなわち、この膜２０２が最終的に可動部材
となるため最適の物性値を得る構造および組成を達成す
る製造方法は限定されない。例えばＳｉＮ膜２０２の形
成方法は、先にあげたスパッタ法にかかわらず、常圧Ｃ
ＶＤ、ＬＰＣＶＤ、バイアスＥＣＲＣＶＤ、マイクロ波
ＣＶＤ、あるいは塗布方法でも製造は可能である。ま
た、ＳｉＮ膜２０２においてもその応力、剛性、ヤング
率等の物理的特性、耐アルカリ性、耐酸性等の化学的特
性を、その用途に応じて向上させるために、段階的に組
成比を変えて多層膜化する。あるいは段階的に不純物を
添加して、多層膜化する。あるいは、単層で不純物を添
加しても良い。

【００８２】図１０（ｄ），（ｄ’）に示すように、さ
らに、このＳｉＮ膜２０２上に次工程で形成する流路壁
のエッチングの際の可動部材へのダメージ防止のため
に、ダメージ防止膜２０３を形成する。すなわち、可動
部材と流路壁がほぼ同一材料である場合、流路壁形成時
のエッチングにおいて可動部材もエッチングされてしま
うため、そのダメージを防止する膜が必要になって来
る。ここではスパッタリング法によってダメージ防止膜
２０３であるＡｌ膜を２μｍの厚さに形成した。

【００８３】図１０（ｅ），（ｅ’）に示すように、次
に、ＳｉＮ膜２０２とその上のダメージ防止膜２０３で
あるＡｌ膜を所定の形状とするため、レジストをスピン
コートなどにより塗布し、パターニングする。そして、
ＣＦ₄ガス等を使用したドライエッチングあるいはリア
クティブイオンエッチング法等によって可動部材の形状
にＡｌ膜２０３とＳｉＮ膜２０２のエッチングを行な
う。

【００８４】図１０（ｆ），（ｆ’）に示すように、次
に、今度は流路壁およびオリフィスプレート材料として
のＳｉＮ膜２０７をＣＶＤ法、特に高速成膜をしたい場
合はマイクロウェーブＣＶＤ法によって２０〜４０μｍ
の厚さに形成する。この膜２０７がパターニング後に流
路壁あるいはオリフィス部分になる。このＳｉＮ膜２０
７は、通常半導体工程で求められるような膜の特性、例
えばピンホール密度や膜のち密さには左右されない。す
なわち、インクに対する流路壁としての耐インク性や機
械的強度を満たすものであれば良く、その分、高速成膜
等によって多少ピンホール密度が多くなっても問題はな
い。また、ここでは、ＳｉＮ膜としたが、先に記述した
ように流路壁の材料として、ＳｉＮ膜に限定されること
はなく、不純物を含んだＳｉＮ膜、組成を変えたＳｉＮ
膜、あるいはダイヤモンド膜、水素化アモルファスカー
ボン膜（ダイヤモンドラインクカーボン膜）、アルミナ
系、ジルコニア系等の無機膜など、機械的特性と耐イン
ク性がある膜であれば良い。

【００８５】図１１（ｇ），（ｇ’）に示すように、次
に、このＳｉＮ膜２０７を所定の形状とするためレジス
トをスピンコートなどにより塗布し、パターニングす
る。そしてＣＦ₄ガス等を使用したドライエッチングあ
るいはリアクティブイオンエッチングを行う。あるいは
さらに高速のエッチング性を重視して、ＩＣＰ（誘導結
合プラズマ）エッチング法が、この厚い膜２０７のエッ
チングに最も適している。そしてこのエッチング後に酸
素プラズマによるプラズマアッシングあるいはレジスト
除去剤に浸して、残ったレジストを除去する。このよう
にして流路壁２０４が形成される。

【００８６】図１１（ｈ），（ｈ’）に示すように、次
に、可動部材上のダメージ防止膜２０３をウェットエッ
チングあるいはドライエッチングにより除去する。ここ
では方法に限定することなく、ダメージ防止膜２０３が
除去出来れば良い。あるいはダメージ防止膜２０３が、
可動部材の特性に悪い影響をおよぼさず耐インク性の高
い、Ｔａのような膜であれば、除去する必要はない。

【００８７】図１１（ｉ），（ｉ’）に示すように、最
後に、バッファードフッ酸によって可動部材の下層のＰ
ＳＧ膜２０１を除去し、これにより所定の形状の可動部
材２０５が形成される。この様にして形成されたものに
対し、オリフィスプレート６３と天板５０とを接合する
ことにより、液体吐出ヘッドが製造される。

【００８８】上述した液体吐出ヘッドの製造方法におい
ては、流路壁と可動部材を同時に基板上に形成したが、
さらにオリフィス部材を同時に形成することも出来る。
すなわち、流路壁２０４を図１１（ｇ），（ｇ’）〜
（ｉ），（ｉ’）の様に形成する代わりに、図１２
（ｇ），（ｇ’）〜（ｉ），（ｉ’）に示す様にオリフ
ィス部材２０６の壁を２〜３０μｍの厚さに同時形成す
る。そして、この壁にエキシマレーザーによるアブレー
ション加工によって穴をあける。すなわち、ＳｉＮの結
合解離エネルギー１０５ｋｃａｌ／ｍｏｌ以上の光子エ
ネルギー１１５ｋｃａｌ／ｍｏｌのエネルギーを持つ、
ＫｒＦエキシマレーザーによって分子結合を直接切断す
ることにより、吐出口１８を形成する。これは非熱加工
であるため、加工部周辺の熱ダレや炭化のない精度の高
い加工が出来る。

【００８９】上記製造方法によって、次のような効果が
得られる。（１）フォトリソグラフィー技術により、可動部材およ
び天板の貼付け精度が高くなる。（２）従来、例えば１２００ｄｐｉになると可動部材の
貼付が困難となっていた吐出ノズルの密度を、高密度化
できる。（３）可動部材の接着が不要となり、接着剤、ボンディ
ングなどによる汚染がない。（４）各構成部品を一体として形成するため、作成時の
ゴミの問題がなくなる。（５）素子基板にキズが発生しない。従来、素子基板に
各構成部品を組み立てる際キズが発生することがあっ
た。（６）オリフィスプレートを同時に作り込む場合、エキ
シマレーザ加工ができる。（７）素子基板上へのドライバートランジスタ（ＬＤＭ
ＯＳ）の同時作り込みにより、発熱体の高密度配列が達
成される。

【００９０】（他の実施の形態）図１３〜図１５は、本
発明に係る液体吐出ヘッドの製造工程を示す図である。
まず、前記したような構成の素子基板７１ａ上に、プラ
ズマＣＶＤ法を用いて厚さ約５μｍのＰＳＧ膜７１ｂを
成膜した（図１３（ａ）参照）後、これをフォトリソグ
ラフィー等の周知の方法を用いてパターニングする。そ
して、μＷ−ＣＶＤ（Microwave Chemical Vapor Depos
ition）法を用いて、厚さ約５μｍのＳｉＮ膜からなる
可動部材７６を形成する。この時、ＰＳＧ膜７１ｂおよ
び可動部材７６は、液流路７７の部分のみ櫛歯状にパタ
ーニングされた状態となる（図１３（ｂ）参照）。

【００９１】一方、シリコンウェハー７３ａの両面に厚
さ約１μｍの熱酸化ＳｉＯ₂膜７３ｂを形成した後、フ
ォトリソグラフィー等の周知の方法を用いて、共通液室
となる部分をパターニングすることにより、天板７３と
なるシリコン基板を形成する。そして、このシリコン基
板上に、流路側壁７９となるＳｉＮ等の層７３ｃを、μ
Ｗ−ＣＶＤ法により約２０μｍの厚さで成膜する（図１
４（ａ）参照）。そして、フォトリソグラフィー等の周
知の方法を用いて、オリフィス部分と液流路部分をパタ
ーニングし、誘電結合プラズマを使ったエッチング装置
を用いてトレンチ構造にエッチングを行う。その後、Ｔ
ＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）を使って、
シリコンウェハー貫通エッチングをして、オリフィスプ
レート一体型であるシリコン天板７３を完成させる（図
１４（ｂ）参照）。図１４（ｃ）は、完成された天板７
３を示す斜視図である。

【００９２】素子基板７１の、天板７３と接合する部分
の耐キャビテーション膜は、フォトリソグラフィー等の
周知の方法を用いてパターニングされる。そして、素子
基板７１と天板７３とを、真空雰囲気中において両部材
の接合部分にＡｒガスなどを照射して表面を活性な状態
にしてから、図１５（ａ），（ｂ）に示すように常温で
接合する。図１５（ａ）は素子基板７１と天板７３とを
接合した状態を示す側面断面図、図１５（ｂ）はその正
面断面図である。この図１５（ｂ）からわかるように、
両者を接合した時点で天板７３には液流路７７、共通液
室７８、供給口８１は形成されているが、オリフィス７
５はまだ形成されていない。そこで、図１５（ｃ）に示
すように、真空雰囲気中においてマスク１００を用いて
イオンビーム加工を行なってオリフィス７５を形成する
（図１５（ｄ）参照）。そして、発熱体と可動部材との
間に初期気泡発生領域を生成させるためのギャップを形
成するために、ＰＳＧ膜７１ａをウェットエッチング法
により除去する。この様にして、液体吐出ヘッドが製造
される。

【００９３】本実施形態では、駆動された発熱体７２が
設けられた液流路に連通する吐出口からのみインクが吐
出する。そして、素子基板７１、天板７３、可動部材７
６が全てシリコンを含む材料から形成されており、これ
らの熱膨張率が実質的に同じであるため、高速印字に伴
って温度が上昇しても、各部材の相対位置精度や密着性
が保たれ、広い温度範囲で安定したインクの吐出が行
え、高効率で品質の高い印字が可能である。また、接着
剤を用いずに基板の接合を行なっているため、接着剤の
液流路７７への垂れ込みによる流路抵抗の変動および吐
出性能劣化が防げる。なお、素子基板７１および天板７
３をシリコンを含む材料、とくに窒化シリコン等の無機
化合物から形成すると、容易な加工での高密度化が可能
である。

【００９４】図１６および図１７には、液体吐出ヘッド
の製造方法の他の例が示してある。ここでは、先の例と
異なる点のみ説明する。図１６（ａ）〜（ｄ）は正面断
面図、図１６（ｅ）および図１７（ａ）〜（ｃ）は側面
断面図である。

【００９５】基体７１ａ上に、厚さ約５μｍのＰＳＧ膜
７１ｂを成膜した（図１６（ａ）参照）後、フォトリソ
グラフィー等の周知の方法を用いてパターニングする。
そして、μＷ−ＣＶＤ法を用いて厚さ約５μｍのＳｉＮ
膜からなる可動部材７６を形成する。ＰＳＧ膜７１ｂお
よび可動部材７６は、液流路７７の部分のみ櫛歯状にパ
ターニングされた状態となる（図１６（ｂ）参照）。そ
の上に、スパッタリング法または蒸着法により、厚さ１
０００Åの金属膜からなるエッチングストップ層（図示
せず。）を成膜する。そして、オリフィス７５および液
流路７７が形成されるＳｉＮ膜７１ｃ層を、μＷ−ＣＶ
Ｄ法を用いて約２０μｍ成膜する（図１６（ｃ）参
照）。そして、フォトリソグラフィー等の周知の方法を
用いてオリフィス部分と液流路部分とをパターニング
し、前記金属膜をエッチングストップ層として、誘電結
合プラズマを使ったエッチング装置を用いてトレンチ構
造にエッチングを行う。こうして素子基板８２を完成さ
せる（図１６（ｄ），（ｅ）参照）。

【００９６】一方、シリコンを含む材料からなる天板８
３には、ＴＭＡＨを使ってシリコンウェハー貫通エッチ
ングにより共通液室８１が形成される。そして、この素
子基板８２と天板８３とが、先の例と同様な常温接合に
より接合される（図１６（ａ）参照）。

【００９７】その後、マスク１００を用いたエキシマレ
ーザ加工（図１６（ｂ）参照）により、オリフィス７５
が形成される。そして、発熱体７２と可動部材７６との
間に初期気泡発生領域となるギャップを形成するため
に、ＰＳＧ膜７１ｂをウェットエッチング法により除去
して、液体吐出ヘッドが完成する（図１６（ｃ）参
照）。このように本例では、天板８３ではなく素子基板
８２側に液流路７７および共通液室８１が設けられてい
る。

【００９８】以上述べた図１５（ｄ）や図１７（ｃ）に
示された様な形態の液体吐出ヘッドは、次の点で非常に
好ましいものである。この液体吐出ヘッドには、発熱体
７２に対面して配置され、素子基板７１に直接固定され
た片持梁状の可動部材７６が設けられている。この可動
部材７６は屈曲部を有し、この屈曲部により可動部材７
６の可動部分７６が基板に対して所定の間隙を有するよ
うになっている。可動部材７６をこのような形状とする
ことによって、可動部材の固定を強固に行うことができ
るとともに、間隙を形成するために台座を用いることが
なくなるため、従来台座が占めていた空間をも液室の一
部とすることができ液室の容積の確保を容易に行うこと
ができる。また、可動部材を上記構成にする場合には、
従来の構成よりも可動部材の強度を必要とするため、本
発明では可動部材７６を窒化シリコンや酸化シリコン等
のシリコン系の材料等で形成された薄膜で構成してい
る。これら材料は従来の可動部材の材料として用いられ
ているニッケルよりも強度に優れているとともに、基板
の表面に設けられる絶縁保護層との密着性に優れている
ため、上記構成において安定した性能を発揮することが
できる。

【００９９】図１８〜２０には、液体吐出ヘッドの製造
方法のさらに他の例を示してある。本例は、先の例と類
似の構成であるが、接合部８４ａと複数の可動部材８４
ｂとが一体化した薄膜８４が用いられている。前記薄膜
の材料としては、ＳｉＮやＳｉＣ等のシリコンを含む材
料でもいいし、熱膨張係数をＳｉに近づけたＮｉ，Ｗ，
Ｔａ，Ｐｔ，Ｍｏ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｃｕ等の
メタルでもかまわない。

【０１００】すなわち、基体８５ａ上にＳｉＮ膜８５ｂ
を成膜した（図１８（ａ）参照）後、フォトリソグラフ
ィー等の周知の方法を用いて発熱素子近傍の前記可動部
材の下方部分のみをパターニングして素子基板８５を形
成する（図１８（ｂ）参照）。一方、天板７３は、シリ
コンウェハー７３ａ両面に厚さ約１μｍの熱酸化ＳｉＯ
₂膜７３ｂを形成した後、フォトリソグラフィー等の周
知の方法を用いて、共通液室となる部分をパターニング
してシリコン基板を形成する。そして、このシリコン基
板上に、流路側壁７９となるＳｉＮ等の層７３ｃをμＷ
−ＣＶＤ法により約２０μｍの厚さで成膜し（図１９
（ａ）参照）、フォトリソグラフィー等の周知の方法を
用いて、オリフィス部分と液流路部分をパターニング
し、誘電結合プラズマを使ったエッチング装置を用いて
トレンチ構造にエッチングを行った。その後、ＴＭＡＨ
を使って、シリコンウェハー貫通エッチングをして、オ
リフィスプレート一体型である天板７３を完成させた
（図１９（ｂ）参照）。図１９（ｃ）は、完成された天
板７３を示す斜視図である。

【０１０１】そして、素子基板８５と天板７３と図２０
（ａ）に示す薄膜８４とを、真空雰囲気中において接合
部分にＡｒガスなどを照射して表面を活性な状態にして
から、図２０（ｂ）の側面断面図および図２０（ｃ）の
正面断面図に示すように、薄膜８４を介して素子基板８
５と天板７３とを積層し常温接合する。図２０（ｄ）に
は、素子基板８５と天板７３とを接合した状態の側面断
面図が示されている。その後、図２０（ｅ）に示すよう
に、真空雰囲気中においてマスク１００を用いてイオン
ビーム加工を行なってオリフィス７５を形成する。こう
して、イオンビームのパワーによって、オリフィス７５
が形成される（図２０（ｆ）参照）。そして、発熱体と
可動部材との間に初期気泡発生領域となるギャップを形
成するために、ＰＳＧ膜８５ｂをウェットエッチング法
により除去する。この様にして、本例の液体吐出ヘッド
が完成する。

【０１０２】（可動部材および分離壁）図２１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。

【０１０３】先の実施例のいくつかにおいては、板状可
動部材３１およびこの可動部材を有する分離壁３０は厚
さ５μｍのニッケルで構成したが、これに限られること
なく可動部材、分離壁を構成する材質としては発泡液と
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。

【０１０４】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。

【０１０５】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（ＬＣ
Ｐ）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。

【０１０６】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。

【０１０７】なお、可動部材３１を形成するためのスリ
ット３５の幅は実施例では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。

【０１０８】本発明における可動部材３１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。

【０１０９】スリットを形成する可動部材３１の自由端
あるいは／且つ側端に対向する部材の厚みが可動部材の
厚みと同等の場合、スリット幅と厚みの関係を製造のバ
ラツキを考慮して以下のような範囲にすることで発泡液
と吐出液の混液を安定的に抑制することができる。設計
上の観点として限られた条件について例示すると、３ｃ
ｐ以下の粘度の発泡液に対して高粘度インク（５ｃｐ、
１０ｃｐ等）を用いる場合、Ｗ／ｔ≦１を満足するよう
にすることで、２液の混合を長期にわたって抑制するこ
とが可能な構成となった。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。

【０１１０】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％ないし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
合を許容するものとする。

【０１１１】なお、上記構成例の実施によると、粘性を
変化させても上限で１５％程度の発泡液の混合であった
が、５ｃｐｓ以下の発泡液の場合、駆動周波数にもよる
が、この混合比率は最大１０％程度であった。特に、吐
出液の粘度を２０ｃｐｓ以下で小さくすればする程、こ
の混液は低減（例えば５％以下）できる。

【０１１２】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説明する。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。

【０１１３】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２
２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。

【０１１４】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。

【０１１５】（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。図２３は本発明の液体吐出ヘッドの縦断面図を示し
たもので、同図（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。

【０１１６】素子基板１上に第２液流路、分離壁３０、
第１液流路、第１液流路を構成する溝を設けた溝付き部
材が配されている。

【０１１７】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１０４（０．２〜１．０μｍ厚）を図
１２（ａ）のようにパターニングしている。この配線電
極１０４から抵抗層１０５に電圧を印加し、抵抗層に電
流を流し発熱させる。配線電極間の抵抗層上には、酸化
シリコンやチッ化シリコン等の保護層１０３を０．１〜
２．０μｍ厚で形成し、さらにそのうえにタンタル等の
耐キャビテーション層１０２（０．１〜０．６μｍ厚）
が成膜されており、インク等の各種の液体から抵抗層１
０５を保護している。

【０１１８】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。

【０１１９】また、液体、液流路構成、抵抗材料の組み
合わせにより、上述の抵抗層１０５に保護層１０３を必
要としない構成でもよくその例を図２３（ｂ）に示す。
このような保護層１０３を必要としない抵抗層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。このように、前述の各実施例における発熱
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。

【０１２０】本実施例においては、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。

【０１２１】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。

【０１２２】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２４に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
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。

【０１２３】（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。本実施例のうち、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。このような液体のうち、記録を行う上で用いられ
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。

【０１２４】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。ただし、吐出液の性質として、吐出液自身または
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。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。

【０１２５】本発明においては、さらに吐出液に用いる
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る。

【０１２６】染料インク（粘度２ｃｐ）の組成（Ｃ−１．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％（液体吐出ヘッド構造）図２５は、本発明の液体吐出ヘ
ッドの全体構成を示した分解斜視図である。アルミ等の
支持体７０上に発熱体２が設けられた素子基板１が配さ
れている。この上に第２の液流路１０ｂを区画する壁お
よび共通液室１３を区画する壁が設けられており、その
上に可動部材３１を有する分離壁３０が設けられてい
る。さらに、この分離壁３０の上に第１の液流路１０ａ
を構成する複数の溝、共通液室１３を区画する壁が設け
られた天板５０が設けられている。

【０１２７】（液体吐出装置）図２６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。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。

【０１２８】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。この記録装置およびこの記録
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。

【０１２９】図２７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。

【０１３０】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。

【０１３１】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。

【０１３２】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。

【０１３３】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、また布帛に記録を行う捺染装
置等をも含むものである。また、これらの液体吐出装置
に用いる吐出液としては、それぞれ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。

【０１３４】

【発明の効果】本発明によれば、気泡発生領域において
発生する気泡の下流側部分の膨張とそれに連動した液体
の移動を吐出口方向に極めて効率よく導くことにより、
吐出効率を向上させることができる。また、気泡の上流
側部分の膨張とそれに連動した液体の上流方向への移動
とを、可動部材と可動部材の変位に沿った側壁と変位方
向の上壁とによって防止または抑制することができる。
さらに、気泡の収縮時及び吐出方向への液体のリフィル
時には、可動部材の復帰に伴う側壁に隣接した上壁のな
い低流抵抗の領域（共通連通空間）からの高速リフィル
が可能となる。また、前記側壁により、隣の液流路への
気泡および吐出圧力の横逃げを防止することができ、吐
出口近傍の液体を効率よく吐出できるため、吐出効率を
向上することができる。

【０１３５】これにより、気泡の安定的成長と液滴の安
定的形成とを達成し、高速液滴による高速、高品位、高
応答性の記録を可能にすることができる。また、成長す
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する
ことができるため、吐出効率を向上させることができ
る。

【０１３６】さらに本発明によれば、気泡の成長により
可動部材が所定の変位位置まで移動する際に可動部材が
液流路から受ける抵抗を少なくして適正な変位位置まで
速やかに到達させることにより、吐出効率を向上させる
ことができる。

【０１３７】本発明によれば、可動部材の支点を共通液
室内に存在させることにより、液体のリフィル性を向上
させることができる。

【０１３８】本発明によれば、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
という利点もある。これにより、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。

【０１３９】本発明において、各構成部品の材料として
シリコン材料をベースとして使用すれば、耐インク性が
向上すると共に、各構成部品の線膨張率の違いによる機
械的特性の問題を解決することができる。

【０１４０】本発明において、各構成要素を成膜工程で
作り込めば、機械的特性の問題および組立上の問題を解
決し、さらに素子基板上への発熱体の高密度配列を達成
して液体吐出ヘッドの小型化を可能にすることができ
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(第１の実施例)
とその駆動の様子を示す模式的側断面図である。

【図２】本発明の液体吐出ヘッドを示す模式的部分破断
斜視図である。

【図３】従来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４】本発明の液体吐出ヘッドにおける気泡からの圧
力伝搬を示す模式的側断面図である。

【図５】本発明の液体吐出ヘッドにおける液体の流れを
説明するための模式的側断面図である。

【図６】本発明の第２の実施例における液体吐出ヘッド
とその駆動の様子を示す模式的側断面図である。

【図７】本発明の第３の実施例における液体吐出ヘッド
とその駆動の様子を示す模式的側断面図である。

【図８】本発明の第４の実施例における液体吐出ヘッド
とその駆動の様子を示す模式的側断面図である。

【図９】本発明の第５の実施例における液体吐出ヘッド
を示す模式的側断面図である。

【図１０】本発明の液体吐出ヘッドの製造方法の例を示
す模式的工程図である。

【図１１】本発明の液体吐出ヘッドの製造方法の例を示
す模式的工程図である。

【図１２】本発明の液体吐出ヘッドの製造方法の他の例
を示す模式的工程図である。

【図１３】本発明の液体吐出ヘッドの素子基板の製造方
法の一例を示す工程図である。

【図１４】本発明の液体吐出ヘッドの天板の製造方法の
一例を示す工程図である。

【図１５】本発明の液体吐出ヘッドの製造方法の一例で
あって、素子基板と天板との接合以降を示す工程図であ
る。

【図１６】本発明の液体吐出ヘッドの製造方法の他の例
を示す工程図である。

【図１７】本発明の液体吐出ヘッドの製造方法の他の例
を示す工程図である。

【図１８】本発明の液体吐出ヘッドの素子基板の製造方
法のさらに他の例を示す工程図である。

【図１９】本発明の液体吐出ヘッドの天板の製造方法の
さらに他の例を示す工程図である。

【図２０】本発明の液体吐出ヘッドの製造方法のさらに
他の例であって、素子基板と天板との接合以降を示す工
程図である。

【図２１】可動部材の他の形状を示す模式的上面図であ
る。

【図２２】発熱体面積とインク吐出量との関係を示すグ
ラフである。

【図２３】本発明の液体吐出ヘッドを示す模式的側断面
図である。

【図２４】駆動パルスの例を示すグラフである。

【図２５】液体吐出ヘッドを示す模式的分解斜視図であ
る。

【図２６】液体吐出装置の要部を示す模式的斜視図であ
る。

【図２７】液体吐出装置のブロック図である。

【符号の説明】

１素子基板２発熱体３面積中心１０液流路１０ａ第１の液流路１０ｂ第２の液流路１１気泡発生領域１３共通液室１８吐出口３０分離壁３１可動部材３２自由端３３支点（支点部分）３４土台（支持部材）３５スリット４０気泡５０天板６０上壁６１上壁なし領域（共通連通空間）６２側壁（流路側壁）６３オリフィスプレート７１素子基板７１ｂＰＳＧ膜７１ｃＳｉＮ膜７２発熱体７３天板７３ｂＳｉＯ₂膜７３ｃ層７５オリフィス７６可動部材７７液流路７８共通液室７９流路側壁８１吐出口８４薄膜８４ａ接合部８５素子基板８５ａ基体８４ｂ可動部材９０液体タンク部１００マスク１０２耐キャビテーション層１０３保護層１０４配線電極１０５電気抵抗層１０６膜１０７基体１１１モータ１１２ギア１１３ギア１１５キャリッジ軸１５０被記録媒体２００液体吐出ヘッド部２０１ＰＳＧ膜２０２ＳｉＮ膜２０３ダメージ防止膜２０４流路壁（流路側壁）２０５可動部材２０６オリフィス部材２０７ＳｉＮ膜２０８基板３００ホストコンピュータ３０１入力インタフェイス３０２ＣＰＵ３０３ＲＯＭ３０４ＲＡＭ３０５モータドライバ３０６駆動モータ３０７ヘッドドライバ

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Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】液体を吐出する吐出口と、該吐出口に連
通する液流路と、液体に気泡が発生する気泡発生領域
と、該気泡発生領域に面して配され前記吐出口に向かう
前記液流路の下流側に自由端を具備する可動部材とを有
し、少なくとも前記可動部材が定常状態にあるときには、前
記液流路の前記気泡発生領域に対応する部分の側方が、
実質的に全面的に壁面からなり、前記可動部材が最大変
位状態にあるときには、該可動部材の前記自由端の側方
に前記壁面が存在し、前記可動部材の可動部分の上方には、前記液流路とそれ
に隣接する液流路とを連通させる共通連通空間が設けら
れている液体吐出ヘッド。
【請求項２】前記可動部材が最大変位状態にあるとき
に、前記液流路の、該可動部材の可動部分より下方に位
置する前記気泡発生領域に対応する部分の側方が、実質
的に全面的に前記流路側壁に塞がれる請求項１に記載の
液体吐出ヘッド。
【請求項３】前記可動部材は気泡を発生するための発
熱体が設けられた基板に対して直接固定されており、前
記可動部材に設けられた屈曲部により前記可動部材の可
動部分が前記基板に対して所定の間隙を形成している請
求項１に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項４】前記可動部材の自由端は、前記気泡発生
領域の中心より前記液流路の下流側に位置する請求項１
に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項５】前記共通連通空間は、前記可動部材が定
常状態にあるときの、該可動部材の自由端の位置より前
記液流路の上流側に位置する請求項１に記載の液体吐出
ヘッド。
【請求項６】前記共通連通空間は、前記可動部材が最
大変位状態にあるときの、該可動部材の自由端の位置よ
り前記液流路の上流側に位置する請求項１に記載の液体
吐出ヘッド。
【請求項７】前記気泡発生領域において膜沸騰による
気泡を生成するために利用される熱エネルギーを発生す
る発熱体が設けられている請求項１に記載の液体吐出ヘ
ッド。
【請求項８】前記発熱体の前記液流路下流側の端部
は、前記共通連通空間よりも、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９】前記発熱体の前記液流路上流側の端部
は、前記流路側壁の前記液流路上流側の端部よりも、上
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１０】前記可動部材の支点は、前記流路側壁
の前記液流路上流側の端部よりも上流側に位置する請求
項１に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項１１】前記共通連通空間は、前記吐出口へ向
かう液体の流れに対して低流体抵抗領域を形成する請求
項１に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項１２】互いに接合されることで前記液流路を
形成する基板および天板と、前記可動部材とは、いずれ
もシリコン系の材料からなる請求項１に記載の液体吐出
ヘッド。
【請求項１３】前記吐出口が形成されているオリフィ
スプレートが、シリコン系の材料からなる請求項１２に
記載の液体吐出ヘッド。
【請求項１４】液体を吐出する吐出口と、該吐出口に
連通する液流路と、液体に気泡が発生する気泡発生領域
と、該気泡発生領域に面して配され前記吐出口に向かう
前記液流路の下流側に自由端を具備する可動部材とを有
する液体吐出ヘッドを用い、少なくとも、実質的にすべて壁面からなる、前記液流路
の前記気泡発生領域に対応する部分の側方部と、前記可
動部材が最大変位状態にあるときの該可動部材の前記自
由端の側方部と、前記可動部材とにより、前記気泡発生
領域における気泡の成長を前記吐出口の方へ導きなが
ら、液体を吐出する液体吐出工程と、気泡の収縮開始後に、少なくとも、前記可動部材の可動
部分の上方に配された、前記液流路とそれに隣接する液
流路とを連通させる共通連通空間から、前記吐出口の方
へ液体を供給する液体供給工程とを含む液体吐出方法。
【請求項１５】請求項１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１６】請求項１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１７】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１５または１６に記載の液体吐出装置。
【請求項１８】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１５または１６
に記載の液体吐出装置。
【請求項１９】前記吐出口が被記録媒体の記録可能領
域の全幅にわたって複数配されている請求項１５または
１６に記載の液体吐出装置。