JP6860305B2 - 液体吐出ヘッド及び液体吐出装置 - Google Patents

Description

本発明は、インク等の液体を吐出する液体吐出ヘッド及び液体吐出装置に関する。

液体吐出ヘッド、例えばインクジェット記録ヘッドが液体を吐出する方法として、液体に熱を加えて膜沸騰させ、その発泡力を利用するサーマルインクジェット方式がある。サーマルインクジェット方式の液体吐出ヘッドは、液体を吐出する吐出口と、吐出口に連通する圧力室と、圧力室に液体を供給する流路と、流路に液体を供給する供給口とが形成された記録素子基板を有する。圧力室内には発熱抵抗素子（ヒータ）が形成されており、発熱抵抗素子が発生させた吐出エネルギ（熱）によって液体が吐出口から吐出される。

このような液体吐出ヘッドで液体を吐出すると、吐出された液体は、主滴と主滴の後方に繋がって延びている細長い尾引きとを含む柱状となる。この尾引きは、飛翔中に液体の表面張力により主滴から切り離されて、サテライトと呼ばれる微小な液滴となることが多い。サテライトが記録媒体上で主滴とずれた位置に着弾すると、記録品位の低下をもたらす。

このようなサテライトの発生を低減する方法として、特許文献１や特許文献２には、吐出口を円形以外の形状にすることが提案されている。これは、吐出口内に吐出液滴に対する抵抗の高い領域と低い領域とを作ることであり、両領域の抵抗の差を大きくすることでサテライトをより低減することが可能である。

特許第４８１８２７６号公報 米国特許出願公開第２０１３／００２１４１１号明細書

特許文献１，２に記載されているような構造では、吐出口内の液体が蒸発して液体の粘度が上昇したり、液体の固形成分が吐出口の周囲に固着したりすることで、特に抵抗の高い領域の抵抗がさらに増大し、液体を吐出しづらくなることがある。液体を吐出しづらくなると、吐出時の液滴の速度の低下や不吐出を生じ、記録媒体の所望の位置に液滴が正確に着弾しなくなり、記録品質が低下するという問題が生じる。そのため、抵抗の高い領域の抵抗をある程度までしか高くできず、サテライトの低減効果には限界がある。

そこで本発明は、サテライトの発生を低減でき、かつ良好な液体吐出が可能な液体吐出ヘッド及び液体吐出装置を提供することを目的とする。

本発明の液体吐出ヘッドは、液体を吐出する吐出口と、吐出口に連通している圧力室と、圧力室の内部に配置されているエネルギ発生素子と、圧力室に液体を供給する供給路と、圧力室から液体を回収する回収路と、を有する。吐出口には、吐出口の内周縁から中央部に向かって突出する複数の突起が設けられており、突起同士が最も近接する位置における突起同士の間の間隔が５μｍ以下であり、供給路及び回収路は、供給路から圧力室を通って回収路へ至る液体の循環流を形成できるように、圧力室にそれぞれ接続されており、突起は、圧力室を通る液体の循環流の方向に平行に延びていることを特徴とする。

本発明によると、サテライトの発生を低減でき、かつ良好な液体吐出が可能になる。

本発明の第１の実施形態の液体吐出ヘッドの記録素子基板と吐出口を示す図である。 第１の実施形態の液体吐出ヘッドの液体吐出工程を示す断面図である。 吐出口の突起の最短間隔と、スルーまでの時間との関係を示すグラフである。 第１の実施形態の変形例の記録素子基板の要部の平面図である。 第１の実施形態の変形例の記録素子基板の要部の平面図である。 第２の実施形態の液体吐出ヘッドの記録素子基板と吐出口と突起の平面図である。 第１の実施形態の液体吐出ヘッドの吐出口周辺の流路構造を示す図である。 図７に示す流路構造の内部を流れる液体の流れを示す模式図である。 本発明の液体吐出装置の第１の実施例の要部を示す斜視図である。 図９に示す液体吐出装置の液体の循環経路を示す模式図である。 図９に示す液体吐出装置の液体吐出ヘッドの斜視図である。 図１１に示す液体吐出ヘッドの分解斜視図である。 図１１に示す液体吐出ヘッドの流路の接続関係を示す透視図と断面図である。 図１１に示す液体吐出ヘッドの吐出モジュールの斜視図と分解斜視図である。 図１１に示す液体吐出ヘッドの記録素子基板を示す平面図と裏面図である。 図１５（ａ）のＩ−Ｉ線に沿って切断した断面を示す斜視図である。 図１１に示す液体吐出ヘッドの隣り合う記録素子基板の接合部を示す平面図である。 本発明の液体吐出装置の第２の実施例の要部を示す斜視図である。 図１８に示す液体吐出装置の液体吐出ヘッドの斜視図である。 図１９に示す液体吐出ヘッドの分解斜視図である。 図１９に示す液体吐出ヘッドの第１及び第２の流路部材を示す図である。 図１９に示す液体吐出ヘッドの流路の接続関係を示す透視図と断面図である。 図１９に示す液体吐出ヘッドの吐出モジュールの斜視図と分解斜視図である。 図１９に示す液体吐出ヘッドの記録素子基板を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。ただし、以下の記載は本発明の範囲を限定するものではない。以下の実施形態では、発熱抵抗素子により気泡を発生させて液体を吐出するサーマルインクジェット方式が採用されているが、ピエゾ方式やその他の各種の液体吐出方式が採用された液体吐出ヘッドにも本発明を適用することができる。

［第１の実施形態の液体吐出ヘッド］
図１は、本発明の第１の実施形態の液体吐出ヘッドを説明するための図である。図１（ａ）は、第１の実施形態の液体吐出ヘッドの要部である記録素子基板１０の外観を示す斜視図である。図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。図１（ｃ）は記録素子基板１０を吐出口１３側から見て一部を透視した平面図である。図１（ｄ）は、吐出口１３の拡大平面図である。

液体吐出ヘッドの記録素子基板１０は、基板１１と、基板１１に積層されている吐出口形成部材１２とを有し、吐出口１３と液体吐出路（ノズル）２５と圧力室２３と流路２４とエネルギ発生素子（記録素子）１５が形成されている。液体吐出路２５は、圧力室２３及び記録素子１５と対向する位置で吐出口形成部材１２を貫通する貫通孔である。液体吐出路２５の外側端部、すなわち基板１１に積層される面と反対側の端部は開口しており、この開口端が液体（インク）を吐出する吐出口１３である。すなわち、吐出口１３は液体吐出路２５の一方の開口端であって、吐出口形成部材１２の記録媒体と対向する面に位置する開口である。

圧力室２３は、吐出口１３及び液体吐出路２５と連通する空間であり、基板１１と吐出口形成部材１２との間に形成されている。記録素子１５の一例は発熱抵抗素子であり、基板１１上であって圧力室２３内の位置に、吐出口１３に面して設けられている。すなわち、記録素子１５は、吐出口１３側から見て、圧力室２３内であって吐出口１３と重なる位置に設けられている。流路２４は、圧力室２３と連通する空間であり、基板１１と吐出口形成部材１２との間に形成されている。１つの圧力室２３に対して２つの流路２４が連通しており、基板１１には、流路２４を介して圧力室２３とそれぞれ連通する供給路１７ａ及び回収路１７ｂが設けられている。各圧力室２３の両側の流路２４の出入口には、ノズルフィルタ７が設けられている。圧力室２３及び流路２４は、隔壁２２によって、隣接する圧力室２３及び流路２４から分離されている。この構成では、供給路１７ａから流入した液体は、流路２４を介して圧力室２３に供給される。圧力室２３内の液体に記録素子１５から吐出エネルギ（熱）が与えられると、液体の一部が吐出口１３から外部に吐出する。液体の残りの部分（吐出口１３から吐出しない部分）や、記録素子１５から吐出エネルギを与えられない時の圧力室２３内の液体は、圧力室２３及び液体吐出路２５の内部を通り、流路２４を介して回収路１７ｂに流れて循環可能である。

図１（ｄ）に示す本実施形態の吐出口１３は真円ではなく、吐出口１３の内周縁から内側（中央部）に向かって突出する突起１３ａが設けられている。この突起１３ａの技術的意義について以下に説明する。

本発明の突起１３ａが設けられた背景について、図２を参照して説明する。図２（ａ）〜２（ｅ）は、本発明の記録素子基板１０を用いて液体を吐出した状態を説明するための図である。図２（ａ）は、記録素子基板１０において、流路２４及び圧力室２３に液体が満たされている時に記録素子１５を駆動した状態を示している。記録素子１５を駆動すると、熱エネルギが生じて圧力室２３内の液体が加熱される。液体が加熱されると発泡し、記録素子１５の上方に気泡４が発生する。加熱発泡が続行して気泡４の体積が大きくなると、図２（ｂ）に示すように、圧力室２３内の液体が液体吐出路２５を通って吐出口１３から外に向かう方向に押し出される。さらに気泡４が大きくなると、図２（ｃ）に示すように、気泡４が液体吐出路２５の内部にまで入り込んで、吐出液滴５と流路２４内の液体６とが気泡４で分断された状態になる。その後、気泡４は最大体積まで成長してから縮小し始める。この気泡４の収縮に伴い、図２（ｄ）に示すように、吐出液滴５の吐出方向後端部が記録素子１５の中央部分に集まる。このとき、気泡４の収縮に伴い、吐出液滴５の先端部と後方部との間には、インクが吐出する方向に関して、矢印で示すような逆方向の速度差が生じる（図２（ｄ）の矢印で示している）。これにより、吐出液滴５の吐出方向後端部には、細長い尾引き５ａが形成される。その後、図２（ｅ）に示すように、吐出液滴５は、圧力室２３及び液体吐出路２５の内部の液体６から分離（スルー）して吐出口１３の外へ飛翔する。このスルーするタイミングが遅いほど、尾引き５ａはより長くなり、前述した速度差と液体の表面張力から主滴とサテライトとにさらに分離しやすくなり、サテライトの影響で記録品位の低下を招く虞がある。

従って、スルーのタイミングを早くして尾引き５ａを短くし、サテライトによる記録品位の低下を軽減することが望まれている。そこで、本発明では、図１（ｄ）に示すように、吐出口１３の内周縁から内側に向かってそれぞれ突出する複数（例えば２つ）の突起１３ａが形成され、突起同士が最も近接する位置における間隔（最短間隔）Ｄは５μｍ以下である。このように吐出口１３に突起１３ａを形成し、その最短間隔Ｄを短くすることにより、気泡４の収縮に伴って記録素子１５の中央部に向かって移動した吐出液滴５の吐出方向後端部が細く絞られ、尾引き５ａが細くなる。その結果、スルーのタイミングが早くなって尾引き５ａが短くなるため、主滴からサテライトが分離する可能性が低くなる。仮に主滴から分離したサテライトが生じても、尾引き５ａが短いためサテライトは小さく、かつサテライトの数は少なくなる。

図３には、突起１３ａを有する吐出口１３における最短間隔Ｄと、記録素子１５を駆動開始してからスルーするまでの時間との関係を求めた結果を示している。この関係を求めるための条件は以下の通りである。液体の粘度は３ｃＰ、表面張力は６０ｍＮ／ｍである。図１（ｄ）に示す吐出口１３の直径φは２０μｍ、突起１３ａの幅Ｗｎは２μｍ、突起１３ａの根元（吐出部の内周縁との接続部分）の曲率半径Ｒは１μｍである。図１（ｂ）に示す圧力室２３の高さＨは５μｍ、液体吐出路２５の高さＰは４．５μｍである。吐出液滴５の体積は約２ｐｌであり、主滴の吐出速度は約１２ｍ／ｓである。突起１３ａの最短間隔Ｄが異なる吐出口１３を有する複数の液体吐出ヘッドを用いて、前述した条件の下で記録素子１５を駆動して液体吐出を行った場合の、スルーのタイミングを計算した。その結果、図３に示すように、突起１３ａの最短間隔Ｄが小さいほどスルーするまでの時間が短いことがわかった。特に突起１３ａの最短間隔Ｄが５μｍ以下であると、スルーするまでの時間が特に短い。それにより、サテライトによる記録品位の低下を抑制できる。

図３には、前述した条件に基づく計算を行った結果を示しているが、異なる条件でも実質的に同様な傾向が見られる。例えば、液体の粘度が２０ｃＰ以下で、表面張力が２０〜７０ｍＮ／ｍである場合にも、スルーするまでの時間は突起１３ａの最短間隔Ｄによって左右され、突起１３ａの最短間隔Ｄが５μｍ以下の場合に、スルーするまでの時間が特に短い。このように、吐出口１３に、吐出口１３の中央に向かって突き出た複数の突起１３ａを設け、突起１３ａ同士の最短間隔Ｄを５μｍ以下として、液体が圧力室２３と液体吐出路２５の内部を通って循環する構成にすると、サテライトの発生を抑制できる。その結果、記録品位の向上が実現できる。

この吐出口１３の構成を言い換えると、吐出口１３は一部が絞られた形状を有しており、絞られた部分の最短径（最短間隔）Ｄが５μｍ以下である。図１（ｄ）に示す例では、最短径Ｄは吐出口１３の中心を通っているが、後述する図５（ｂ），５（ｃ）に示す例のように、最短径Ｄが吐出口１３の中心を通っていなくてもよい。

使用する液体の粘度が低いと（例えば１５ｃＰ以下であると）良好な吐出を行いやすい。ただし、常温での粘度が高い液体を用いる場合には、液体吐出ヘッドに温度調節手段（図示せず）を設けておき、圧力室２３内の液体の温度を上昇させて粘度を下げ、良好な液体吐出を行いやすくすることができる。なお、吐出口１３の直径φが３０μｍ以下の時に、突起１３ａの最短間隔Ｄを小さくすることがサテライトの発生の抑制のために特に有効である。

突起１３ａの最短間隔Ｄが小さいほどサテライトの発生を抑制する効果が高いが、最短間隔Ｄをあまりにも小さくし過ぎると、吐出液滴５の主滴が複数に分裂してしまい、記録媒体の所望の位置に着弾しないことがある。そのため、１つの吐出口１３から吐出される吐出液滴５の液柱が分裂せずに１つだけ形成されるような最短間隔Ｄに設定することが望ましい。

また、突起１３ａの最短間隔Ｄを小さくすると、吐出液滴５に対する抵抗が大きくなるため、吐出速度の大幅な低下や不吐出などの問題が生じることが懸念される。特に、吐出口１３から液体が蒸発することや、吐出口１３の近傍に液体が固着することによって、液体の粘度が大きく上昇して抵抗が著しく大きくなってしまう場合に、前述した問題が懸念される。そこで、このような問題が生じることなく突起１３ａの最短間隔Ｄを小さくできるようにするために、圧力室２３及び液体吐出路２５の内部を常時通過する液体の循環流を形成して、液体の粘度の経時的な低下を抑えることが好ましい。それによって、粘度がある程度高い液体を用いても、それ以上の粘度の低下が抑制されるので、突起１３ａの最短間隔Ｄを５μｍ以下まで短くして良好な液体吐出を行うことが容易に実現可能である。液体を循環させるための具体的な構成例については後述する。

吐出液滴５に対する抵抗をより小さくするために、液体吐出路２５の吐出方向の長さＰは小さい方が良く、特に６μｍ以下であることが望ましい。また、吐出液滴５に対して記録素子１５から効率良く吐出エネルギを与えるためには、記録素子１５と吐出口１３との間の間隔（Ｐ＋Ｈ）は短い方が良く、特に１２μｍ以下であることが望ましい。このような寸法関係であると、スルー時の吐出液滴５の吐出速度をより速くすることができ、記録媒体による空気の流れ等の外乱に対してより強い（よりロバストな）構成になる。

吐出口１３の突起１３ａは、吐出液滴が意図しない方向へ曲がることを抑制するために、図１（ｃ），１（ｄ）に示すように、流路２４及び圧力室２３を通る液体の流れに平行な２つの突起１３ａの先端部同士が対向する形状および位置であることが望ましい。ただし、例えば図４に示すような様々な変形例を採用することも可能である。すなわち、図４（ａ）に示すように、流路２４及び圧力室２３を通る液体の流れに対して垂直に延びるように形成された２つの突起１３ａの先端部同士が対向する形状および位置である（突起１３ａの中心線同士が同一線上にある）構成であってもよい。また、図４（ｂ）に示すように、流路２４及び圧力室２３を通る液体の流れに対して垂直に延びるように形成された２つの突起１３ａの先端部同士が対向せず、互いに僅かにずれた位置にある（突起１３ａの中心線同士が同一線上にない）構成であってもよい。さらに、図４（ｃ）に示すように、流路２４及び圧力室２３を通る液体の流れに対して斜めに傾斜して延びるように形成された２つの突起１３ａを有する構成であってもよい。図４（ａ）〜４（ｃ）のいずれの構成であっても、図示されている突起１３ａの最小間隔（突起１３ａ同士が最も近接する位置における突起１３ａ同士の間の間隔）Ｄが５μｍ以下であることが好ましい。

このように突起１３ａの形状及び位置は限定されないが、液滴の吐出方向を安定させるために、突起１３ａを含む吐出口１３が線対称な形状であることが望ましい。すなわち、図５（ａ）〜５（ｃ）に示すように、吐出口１３が、流路２４及び圧力室２３を通過する液体の流れ１７の方向を対称軸８として線対称な形状であることが望ましい。これは、液体の流れ１７が液体吐出路２５の内部のできるだけ広い領域を通過して循環する方が、液体の粘度上昇を抑制する効果がより高く、液体の流れ１７の方向を中心として線対称な形状にすることで、その効果が得られやすいからである。

本発明は、図４（ａ）〜４（ｃ），５（ａ）に示すように１つの吐出口１３に２つの突起１３ａが設けられた構成に限られず、図５（ｂ），５（ｃ）に示すように、１つの吐出口１３に３つ以上の突起１３ａが設けられた構成であってもよい。その場合にも、前述したように突起１３ａを含む吐出口１３が、流路２４及び圧力室２３を通る液体の流れ１７の方向を対称軸８として線対称な形状であることが望ましい。

［第２の実施形態の液体吐出ヘッド］
図６に本発明の液体吐出ヘッドの第２の実施形態の要部を示しており、図６（ａ）は第２の実施形態の吐出口１３近傍の平面図、図６（ｂ）は吐出口１３の拡大図、図６（ｃ）は図６（ｂ）のＧ部分の拡大図である。図６（ｃ）には、対比のために、第１の実施形態の突起１３ａの形状を破線で示している。

図６に示す第２の実施形態では、サテライトの発生をより抑制するために、吐出口１３の突起１３ａを、根元部の突起幅Ｗｎが太く、先端側の突起幅Ｗｎが細い先細の形状に形成している。突起１３ａがこのような先細の形状であると、流路２４及び圧力室２３を通る液体の流れが吐出口１３の中央部に入り込みやすくなり、抵抗が比較的高い吐出口１３の中央部における液体の粘度の上昇が抑制され、液体がより吐出しやすくなる。例えば、根元の突起幅Ｗｎが４μｍで先端の突起幅Ｗｎが２μｍである突起１３ａを形成し、その他の寸法が第１の実施形態と同様である構成によって、前述した効果を良好に実現することができる。

［液体吐出ヘッドの流路の寸法の関係］
液体の循環流の効率を高めるために、液体吐出ヘッドの流路の各部の寸法が以下の関係を満たすことが望ましい。
Ｈ^-0.34×Ｐ^-0.66×Ｗ＞１．７
Ｈは圧力室２３の高さ（圧力室２３の高さが一定でない場合には、液体の流れの方向において吐出口１３よりも上流側の高さ）であり、Ｐは液体吐出路２５の液体吐出方向の長さであり、Ｗは流路２４内の液体の流れの方向に沿う吐出口１３の径である。この関係を満たす構成であると、循環流が液体吐出路２５の内部に十分に入り込み、その後入り込んだ循環流が流路へと再び戻るため、吐出口１３の近傍の液体まで粘度上昇の抑制が可能であり、良好な液体吐出がより実現しやすくなる。このことは、もともと粘度が高い液体を用いる場合に特に有効である。

図７に示す例では、Ｈが３〜３０μｍ、Ｐが３〜３０μｍ、Ｗが６〜３０μｍである。使用される液体の一例は、不揮発性溶媒濃度が３０％、色材濃度が３％で、粘度が０．００２〜０．００３Ｐａ・ｓに調整されたインクである。さらに、図８（ａ）には、より詳細な例として、液体吐出ヘッドの流路２４及び圧力室２３内を流れる液体の流れ１７（図７参照）が定常状態になったときの吐出口１３、液体吐出路２５、及び流路２４における液体の流れ１７の様子を示している。図７，８（ａ）において、矢印の長さおよび大きさは液体の流れの速度を示すものではない。図８（ａ）には、圧力室２３及び流路２４の高さＨが１４μｍ、液体吐出路２５の液体吐出方向の長さＰが１０μｍ、吐出口の流れ方向の長さ（直径）Ｗが１７μｍである液体吐出ヘッドを示している。そして、図８（ａ）には、液体供給路１８から流路２４に、１．２６×１０^-4ｍｌ／ｍｉｎの流量で液体が流入した際の流れを示している。

図７，８（ａ）に示す例では、前述した寸法Ｈ，Ｐ，Ｗが、Ｈ^-0.34×Ｐ^-0.66×Ｗ＞１．７の関係を満たす。それにより、図８に示すように、流路２４内を流れる液体の流れ１７が、液体吐出路２５の内部に入り込み、液体吐出路２５の液体吐出方向の長さＰの少なくとも半分の位置まで達した後に、再び流路２４に戻る流れが形成される。流路２４に戻った液体は回収路１９を介して、後述する共通回収流路へ流れる。すなわち、液体の流れ１７の少なくとも一部が、圧力室２３から吐出口１３に向かう方向における液体吐出路２５の１／２以上の位置まで達した後、流路２４に戻る。このように液体吐出路２５内の多くの領域において液体が流れ続けることにより、液体の増粘を抑制することができる。このような液体吐出ヘッド内の液体の流れが生成されることによって、流路２４の内部の液体だけでなく、液体吐出路２５の内部の液体も、流路２４へと流れ出ることが可能になり、液体の増粘や色材濃度の上昇を抑制することができる。図８（ｂ）にＰ／ＨとＷ／Ｐとの関係を示すグラフを示す。各寸法Ｈ、Ｐ、Ｗが図８（ｂ）に示すしきい線よりも大きい領域で、上述のような、液体吐出路２５の内部の液体が、流路２４へと流れ出ることが可能な流れとなる。図８（ｂ）のしきい線よりも小さい領域では、液体吐出路２５の内部に入り込んだ循環流が液体吐出路２５内で渦を巻いてしまい、流路へと戻る循環流が少なくなるため、吐出口１３近傍の液体の粘度上昇を抑制する効果が小さくなってしまう。ここで、図８（ｂ）のしきい線は、
（Ｗ／Ｐ）＝１．７ｘ（Ｐ／Ｈ）^-0.34
という式で表され、上記しきい線よりも大きいということは、
（Ｗ／Ｐ）＞１．７ｘ（Ｐ／Ｈ）^-0.34
となり、この式を変形すると前述したＨ^-0.34×Ｐ^-0.66×Ｗ＞１．７という関係式となる。

［液体吐出装置］
以上説明した構成を有する液体吐出ヘッドを含む本発明の液体吐出装置について以下に説明する。以下に例示する液体吐出装置は、前述したようにインク等の液体を容器（タンク）と液体吐出ヘッドの間で循環させる形態のインクジェット記録装置である。ただし、その他の形態の液体吐出装置、例えば、液体吐出ヘッドの上流側と下流側とにそれぞれタンクを設け、一方のタンクから他方のタンクへ液体を流すことで、圧力室を通って液体を常に流動させるような形態の液体吐出装置に本発明を採用してもよい。

以下に例示する液体吐出装置の液体吐出ヘッドは、記録媒体の幅に対応する長さを有する、所謂ライン型ヘッドであるが、記録媒体に対してスキャンを行いながら記録を行う、所謂シリアル型の液体吐出ヘッドにも本発明を適用できる。シリアル型の液体吐出ヘッドの例としては、例えばブラックインク用の記録素子基板とカラーインク用の記録素子基板とをそれぞれ有する構成が挙げられる。しかし、各色ごとに複数の記録素子基板が吐出口列方向において吐出口列にオーバーラップするように配置された構成をそれぞれ有する、記録媒体の幅よりも短い短尺の液体吐出ヘッドが記録媒体に対してスキャンさせられる構成であってもよい。

本発明の液体吐出装置の一実施例である、液体のインクを吐出して記録を行うインクジェット記録装置１０００（以下「記録装置」とも称する）の概略構成を図９に示す。記録装置１０００は、記録媒体２を搬送する搬送部１と、長手方向が記録媒体２の搬送方向と略直交するように配置された長尺のライン型の液体吐出ヘッド３とを備えたライン型の記録装置である。ライン型の記録装置は、複数の記録媒体（カット紙）２を連続もしくは間欠的に搬送しながら１パスで連続記録を行う場合もあり、記録媒体２として連続したロール紙を搬送しながら記録を行う場合もある。液体吐出ヘッド３はＣＭＹＫ（シアン、マゼンタ、イエロー、ブラック）の４色の液体インクによるフルカラー印刷が可能である。液体吐出ヘッド３は、後述するように液体を液体吐出ヘッドへ供給する供給路を含む液体供給手段と、液体を貯留するメインタンクと、バッファタンク（図１０参照）とが、流体的に接続（流体の流通が可能になるように接続）されている。また、液体吐出ヘッド３には、液体吐出ヘッド３へ電力及び吐出制御信号を伝送する電気制御部が電気的に接続されている。吐出ヘッド３内における液体経路及び電気信号経路については後述する。

（第１の循環経路）
図１０（ａ）は、本実施例の記録装置に採用される循環経路の一形態である第１の循環経路を示す模式図である。この図１０（ａ）は、液体吐出ヘッド３が、第１循環ポンプ（高圧側）１００１、第１循環ポンプ（低圧側）１００２、及びバッファタンク１００３等に、流体的に接続された状態を示している。なお、図１０では、説明を簡略化するためにＣＭＹＫインクのうちの１色のインクが流動する循環経路のみを示しているが、実際には４色分の循環経路が、液体吐出ヘッド３及び記録装置本体に設けられている。メインタンク１００６に接続されているサブタンクであるバッファタンク１００３は、タンクの内部と外部とを連通させる大気連通口（不図示）を有し、インク中の気泡を外部に排出することが可能である。バッファタンク１００３は補充ポンプ１００５にも接続されている。補充ポンプ１００５は、液体吐出ヘッド３でインクが消費された際に、消費されたインクに相当する量のインクをメインタンク１００６からバッファタンク１００３へ移送する。インクは、例えば記録や吸引回復等のために液体吐出ヘッド３の吐出口から吐出（排出）されることによって、液体吐出ヘッド３で消費される。

２つの第１循環ポンプ１００１，１００２は、液体吐出ヘッド３の液体接続部１１１からインクを吸引してバッファタンク１００３へ流す働きをする。第１循環ポンプとしては定量的な送液能力を有する容積型ポンプ、具体的には、チューブポンプ、ギアポンプ、ダイヤフラムポンプ、シリンジポンプ等が好ましい。しかし、その他のポンプであっても、例えば一般的な定流量弁やリリーフ弁をポンプ出口に配して一定流量を確保する形態にすることにより、好適に用いることができる。液体吐出ヘッド３の駆動時には、第１循環ポンプ（高圧側）１００１と第１循環ポンプ（低圧側）１００２とによって、共通供給経路２１１及び共通回収流路２１２内をある一定の量のインクがそれぞれ流れる。その流量は、液体吐出ヘッド３内の記録素子基板１０同士の間の温度差が記録画質に影響しない程度の大きさに設定することが好ましい。もっとも、流量の設定値が大き過ぎると、液体吐出ヘッド３内の流路の圧力損失の影響により、記録素子基板１０同士の間の負圧差が大きくなり過ぎて画像の濃度ムラが生じてしまう。このため、記録素子基板１０同士の間の温度差と負圧差を考慮しながら流量を設定することが好ましい。

負圧制御ユニット２３０は、第２循環ポンプ１００４と、液体吐出ヘッド３の液体吐出ユニット３００との間の経路内に設けられている。このため、負圧制御ユニット２３０は、記録を行うデューティの差によって循環流量が変動した場合にも、負圧制御ユニット２３０よりも下流側（液体吐出ユニット３００側）の圧力を、予め設定した一定の圧力に維持するように働く機能を有する。負圧制御ユニット２３０を構成する２つの圧力調整機構としては、それ自体よりも下流の圧力を、所望の設圧を中心として一定の範囲内の変動に収まるように制御できるものであれば、どのような機構を用いてもよい。圧力調整機構の一例としては、所謂「減圧レギュレーター」と同様の機構を採用することができる。減圧レギュレーターを用いる場合には、図１０（ａ）に示すように、第２循環ポンプ１００４によって、液体供給ユニット２２０を介して負圧制御ユニット２３０の上流側を加圧する構成にすることが好ましい。このような構成では、バッファタンク１００３の液体吐出ヘッド３に対する水頭圧の影響を抑制できるので、記録装置１０００におけるバッファタンク１００３のレイアウトの自由度を高めることができる。第２循環ポンプ１００４としては、液体吐出ヘッド３の駆動時のインク循環流量の範囲内において、一定圧以上の揚程圧を有するものであればよく、ターボ型ポンプや容積型ポンプなどを使用できる。具体的には、ダイヤフラムポンプ等が使用可能である。また、第２循環ポンプ１００４の代わりに、例えば負圧制御ユニット２３０に対してある一定の水頭差をもって配置された水頭タンクを使用することも可能である。液体供給ユニット２２０には、液体接続部１１１と負圧制御ユニット２３０との間に、フィルタ２２１が配置されている。

図１０（ａ）に示すように、負圧制御ユニット２３０は、互いに異なる制御圧が設定された２つの圧力調整機構を備えている。２つの負圧調整機構は、相対的に高圧に設定される機構（高圧設定側機構２３０Ｈ）と、相対的に低圧に設定される機構（低圧設定側機構２３０Ｌ）である。これらの負圧調整機構はそれぞれ、液体供給ユニット２２０内を経由して、液体吐出ユニット３００内の共通供給経路２１１及び共通回収流路２１２に接続されている。液体吐出ユニット３００には、共通供給経路２１１と、共通回収流路２１２と、各記録素子基板１０にそれぞれ連通する複数の個別供給流路２１３ａ及び個別回収流路２１３ｂと、が設けられている。個別供給流路２１３ａ及び個別回収流路２１３ｂは、共通供給経路２１１及び共通回収流路２１２と連通している。従って、インクの一部が共通供給流路２１１から記録素子基板１０の内部流路を通過して共通回収流路２１２へ向かう流れ（図１０（ａ）の矢印）が発生する。共通供給流路２１１には圧力調整機構２３０Ｈが、共通回収流路２１２には圧力調整機構２３０Ｌがそれぞれ接続されているため、２つの共通流路の間に差圧が生じているからである。

このようにして、液体吐出ユニット３００では、共通供給流路２１１及び共通回収流路２１２内をそれぞれ通過するようにインクを流しつつ、一部のインクが各記録素子基板１０内を通過するような流れが発生する。このため、各記録素子基板１０で発生する熱を、共通供給流路２１１及び共通回収流路２１２を通って流れるインクによって記録素子基板１０の外部へ排出することができる。また、このような構成により、液体吐出ヘッド３による記録を行っている際に、記録を行っていない圧力室２３においてもインクの流れを生じさせることができるので、その部位におけるインクの増粘を抑制できる。また増粘したインクやインク中の異物が存在する場合には、それらを共通回収流路２１２へ排出することができる。このため、本実施例の液体吐出ヘッド３は、高速で高画質な記録が可能である。

（第２の循環経路）
図１０（ｂ）は、本実施例の変形例として、前述した第１の循環経路とは異なる循環形態である第２の循環経路を有する記録装置を示す模式図である。第１の循環経路との主な相違点は以下の通りであり、第１の循環経路と同様の構成については説明を省略する。第２の循環経路の負圧制御ユニット２３０を構成する２つの圧力調整機構が共に、負圧制御ユニット２３０よりも上流側（液体吐出ユニット３００と反対側）の圧力を、所望の設定圧を中心として一定範囲内の変動に収まるように制御する。これらの圧力調整機構の一例は、所謂「背圧レギュレーター」と同作用の機構部品である。そして、第２循環ポンプ１００４は、負圧制御ユニット２３０の下流側を減圧する負圧源として作用する。第１循環ポンプ（高圧側）１００１及び第１循環ポンプ（低圧側）１００２は液体吐出ヘッド３の上流側に配置され、負圧制御ユニット２３０は液体吐出ヘッド３の下流側に配置されている。

第２の循環経路の負圧制御ユニット２３０は、液体吐出ヘッド３による記録時のデューティの変化によって流量が変動しても、上流側（液体吐出ユニット３００側）の圧力変動が、予め設定された圧力を中心とする一定範囲内に収まるように作動する。図１０（ｂ）に示すように、第２循環ポンプ１００４によって、液体供給ユニット２２０を介して負圧制御ユニット２３０の下流側を加圧することが好ましい。このようにすると、液体吐出ヘッド３に対するバッファタンク１００３の水頭圧の影響を抑制できるので、記録装置１０００におけるバッファタンク１００３のレイアウトの選択の幅を広げることができる。第２循環ポンプ１００４の代わりに、例えば負圧制御ユニット２３０に対して所定の水頭差をもって配置された水頭タンクを用いることも可能である。

第１の循環経路と同様に、図１０（ｂ）に示す負圧制御ユニット２３０は、互いに異なる制御圧が設定された２つの圧力調整機構を備えている。２つの負圧調整機構である高圧設定側機構２３０Ｈと低圧設定側機構２３０Ｌは、それぞれ液体供給ユニット２２０内を経由して、液体吐出ユニット３００内の共通供給経路２１１及び共通回収流路２１２に接続されている。２つの負圧調整機構により共通供給流路２１１の圧力を共通回収流路２１２の圧力より相対的に高くしている。この構成により、共通供給流路２１１から、個別流路２１３及び各記録素子基板１０の内部流路を介して共通回収流路２１２へ向かうインク流れが発生する（図１０（ｂ）の矢印）。このように、第２の循環経路では、液体吐出ユニット３００内に第１の循環経路と同様のインク流れ状態が得られる。

（第１の循環経路と第２の循環経路の対比）
図１０（ａ）に示す第１の循環経路と、図１０（ｂ）に示す第２の循環経路（変形例）とを対比する。第２の循環経路を有する構成の１つ目の利点は、第２の循環経路では負圧制御ユニット２３０が液体吐出ヘッド３の下流側に配置されているので、負圧制御ユニット２３０から発生するゴミや異物が液体吐出ヘッド３に流入する懸念が少ないことである。

２つ目の利点は、第２の循環経路では、バッファタンク１００３から液体吐出ヘッド３へ供給する必要流量の最大値が、第１の循環経路を有する構成よりも少なくて済むことである。その理由は次の通りである。記録待機時にインクが循環する場合の、共通供給流路２１１及び共通回収流路２１２内の流量の合計をＳとする。この値Ｓは、記録待機中に液体吐出ヘッド３の温度調整を行う場合に、液体吐出ユニット３００内の温度差を所望の範囲内にするために必要な最小限の流量である。そして、液体吐出ユニット３００の全ての吐出口からインクを吐出する場合（全吐出時）の吐出流量をＦと定義する。第１の循環流路（図１０（ａ））では、第１循環ポンプ（高圧側）１００１及び第１循環ポンプ（低圧側）１００２の設定流量がＳであり、全吐出時に必要な液体吐出ヘッド３への液体供給量の最大値はＳ＋Ｆである。一方、第２の循環経路（図１０（ｂ））では、記録待機時に必要な液体吐出ヘッド３への液体供給量は流量Ｓであり、全吐出時に必要な液体吐出ヘッド３への供給量は流量Ｆである。第２の循環経路の場合、第１循環ポンプ（高圧側）１００１及び第１循環ポンプ（低圧側）１００２の設定流量の合計値、即ち必要供給流量の最大値はＳまたはＦの大きい方の値となる。同一構成の液体吐出ユニット３００を使用する限り、第２の循環経路における必要供給流量の最大値（ＳまたはＦ）は、第１の循環経路における必要供給流量の最大値（Ｓ＋Ｆ）よりも必ず小さくなる。そのため、第２の循環経路の場合、使用可能な循環ポンプの自由度が高まる。その結果、例えば構成が簡易な低コストの循環ポンプを使用したり、本体側経路に設置される冷却器（不図示）の負荷を低減したりすることができ、記録装置本体のコストを低減できるという利点がある。この利点は、ＳまたはＦの値が比較的大きいラインヘッドにおいて特に効果的であり、とりわけ長手方向の長さが長いラインヘッドほど有効である。

一方、第１の循環経路を有する構成は、記録品質の点で有利である。すなわち、第２の循環経路では、記録待機時に液体吐出ユニット３００内を流れる流量が最大となるため、ムラが生じやすい記録デューティの低い画像であるほど、吐出口１３の近傍に高い負圧が印加される。特に共通供給流路２１１及び共通回収流路２１２の流路幅（インクの流れの方向と直交する方向の長さ）が小さく、液体吐出ヘッドの幅（短手方向の長さ）が小さい場合に、低デューティの画像で吐出口１３の近傍に高い負圧が印加される。その結果、サテライト滴の画像に対する影響が大きくなる虞がある。これに対し、第１の循環経路の場合、ムラが生じにくい高デューティ画像の形成時に吐出口１３の近傍に高い負圧が印加されるため、仮にサテライト滴が発生しても視認されにくく、画像への影響は小さいという利点がある。

以上説明したように、第１の循環経路を有する構成と、第２の循環経路を有する構成は、それぞれ一長一短がある。従って、液体吐出ヘッド３及び記録装置本体の仕様（吐出流量Ｆ、最小循環流量Ｓ、及びヘッド内流路抵抗等）に照らして好ましい方を選択して採用すればよい。

（液体吐出ヘッドの詳細な構成）
前述した液体吐出ヘッド３のより詳細な構成について説明する。図１１（ａ），１１（ｂ）は、本実施例の液体吐出ヘッド３の斜視図である。液体吐出ヘッド３は、それぞれがＣ／Ｍ／Ｙ／Ｋの４色のインクを吐出可能な記録素子基板１０が、同一直線状に１５個配列（インラインに配置）されたライン型の液体吐出ヘッドである。図１１（ａ）に示すように、液体吐出ヘッド３は複数の記録素子基板１０と電気配線基板９０とを有しており、電気配線基板９０には信号入力端子９１と電力供給端子９２と接続端子９３が設けられている。信号入力端子９１及び電力供給端子９２は、図示しない接続部を介して記録装置本体の制御部と電気的に接続されるとともに、フレキシブル配線基板４０を介して各記録素子基板１０と電気的に接続されている。従って、信号入力端子９１及び電力供給端子９２を有する電気配線基板９０は、各記録素子基板１０にそれぞれ吐出駆動信号及び吐出に必要な電力を供給する。電気配線基板９０内の電気回路によって配線を集約することで、信号出力端子９１及び電力供給端子９２の数を記録素子基板１０の数に比べて少なくできる。これにより、記録装置本体に対して液体吐出ヘッド３を組み付ける時や液体吐出ヘッド３を交換する時に、接続や取り外しが必要な電気接続部の数が少なくて済む。

図１０および図１１（ｂ）に示すように、液体吐出ヘッド３の両端部に設けられた液体接続部１１１は、記録装置本体の液体供給系（図１０に模式的に図示）と接続される。これによりＣＭＹＫの４色のインクが記録装置本体の液体供給系から液体吐出ヘッド３に供給され、また液体吐出ヘッド３内を通ったインクが記録装置本体の液体供給系へ回収されるようになっている。このように各色のインクは、記録装置本体の経路と液体吐出ヘッド３の経路を通って循環可能である。

図１２に液体吐出ヘッド３を構成する各部品やユニットの分解斜視図を示す。液体吐出ユニット３００、液体供給ユニット２２０、及び電気配線基板９０が筺体８０に取り付けられている。各液体供給ユニット２２０には負圧制御ユニット２３０がそれぞれ取り付けられている。液体供給ユニット２２０には液体接続部１１１（図１０，１１）が設けられ、液体供給ユニット２２０の内部には、供給されるインク中の異物を取り除くため、液体接続部１１１の各開口と連通する経路中に各色別のフィルタ２２１（図１０）が設けられている。２つの液体供給ユニット２２０は、それぞれに２色分ずつのフィルタ２２１が設けられている。フィルタ２２１を通過したインクはそれぞれの色に対応して液体供給ユニット２２０上に配置された負圧制御ユニット２３０へ供給される。負圧制御ユニット２３０は各色別の圧力調整弁からなり、内部に設けられた弁やバネ部材などの働きによって、インクの流量の変動に伴って生じる記録装置本体の液体供給系（液体吐出ヘッド３より上流側の液体供給系）の内部の圧損変化を大幅に減衰させる。従って、負圧制御ユニット２３０は、その下流側（液体吐出ユニット３００側）の負圧変化がある一定の範囲内に収まるように圧力を安定させる。各色の負圧制御ユニット２３０には、図１０に示すように各色に対して２つの圧力調整弁が内蔵されている。これらの圧力調整弁は、それぞれ異なる制御圧力に設定され、高圧側が液体吐出ユニット３００内の共通供給流路２１１と、低圧側が共通回収流路２１２と、それぞれ液体供給ユニット２２０を介して連通している。

筐体８０は、液体吐出ユニット支持部８１と電気配線基板支持部８２とを含み、液体吐出ユニット３００及び電気配線基板９０を支持するとともに、液体吐出ヘッド３の剛性を確保している。電気配線基板支持部８２は、液体吐出ユニット支持部８１にネジ止めによって固定され、電気配線基板９０を支持する。液体吐出ユニット支持部８１は、液体吐出ユニット３００の反りや変形を矯正して、複数の記録素子基板１０の相対位置精度を確保することによって、液体吐出による記録物におけるスジやムラの発生を抑制する。そのため、液体吐出ユニット支持部８１は十分な剛性を有することが好ましく、その材質としては、ステンレス（ＳＵＳ）やアルミニウムなどの金属材料、もしくはアルミナなどのセラミックが好適である。液体吐出ユニット支持部８１には、ジョイントゴム１００が挿入される開口８３，８４が設けられている。液体供給ユニット２２０から供給されるインクは、ジョイントゴムを介して液体吐出ユニット３００の第３流路部材７０へと導かれる。

液体吐出ユニット３００は、複数の吐出モジュール２００と流路部材２１０を含み、液体吐出ユニット３００の記録媒体側の面にはカバー部材１３０が取り付けられている。カバー部材１３０は、長尺の開口１３１が設けられた額縁状の表面を持つ部材であり、開口１３１からは、吐出モジュール２００に含まれる記録素子基板１０及び封止材１１０（図１４）が露出している。開口１３１の周囲の枠部は、記録待機時に液体吐出ヘッド３をキャップするキャップ部材の当接面としての機能を有する。このため、開口１３１の周囲に沿って接着剤や封止材や充填材等を塗布し、液体吐出ユニット３００の吐出口面上の凹凸や隙間を埋めることで、キャップ時に閉空間が形成されるようにすることが好ましい。

次に、液体吐出ユニット３００に含まれる流路部材２１０の構成について説明する。図１２に示すように、流路部材２１０は、第１流路部材５０と第２流路部材６０と第３流路部材７０の積層体である。流路部材２１０は、液体供給ユニット２２０から供給されたインクを各吐出モジュール２００へと分配し、また吐出モジュール２００から環流するインクを液体供給ユニット２２０へと戻す。流路部材２１０は液体吐出ユニット支持部８１にネジ止めで固定されており、筐体８０によって流路部材２１０の反りや変形が抑制されている。

図１３を用いて流路部材２１０内の各流路の接続関係について説明する。図１３（ａ）は、第１〜３流路部材５０，６０，７０を接合して形成された流路部材２１０内の流路を、第１の流路部材５０の、吐出モジュール２００が搭載される面側から一部を拡大してみた透視図である。流路部材２１０には、色毎に液体吐出ヘッド３の長手方向に延びる共通供給流路２１１（２１１ａ，２１１ｂ，２１１ｃ，２１１ｄ）及び共通回収流路２１２（２１２ａ，２１２ｂ，２１２ｃ，２１２ｄ）が設けられている。各色の共通供給流路２１１には、個別流路溝によって形成された複数の個別供給流路２１３ａ，２１３ｂ，２１３ｃ，２１３ｄが連通口６１を介して接続されている。また、各色の共通回収流路２１２には、個別流路溝によって形成された複数の個別回収流路２１４ａ，２１４ｂ，２１４ｃ，２１４ｄが連通口６１を介して接続されている。このような流路構成により、各共通供給流路２１１から個別供給流路２１３を介して、流路部材２１０の中央部に位置する記録素子基板１０にインクを集約することができる。また、記録素子基板１０から個別回収流路２１４を介して、各共通回収流路２１２にインクを回収することができる。

図１３（ｂ）は図１３（ａ）のＥ−Ｅ線断面図である。図１３（ｂ）に示すように、それぞれの個別回収流路２１４ａ，２１４ｃは、連通口５１を介して吐出モジュール２００と連通している。図１３（ｂ）では個別回収流路２１４ａ，２１４ｃのみ図示しているが、別の断面においては、図１３（ａ）に示すように個別供給流路２１３と吐出モジュール２００とが連通している。各吐出モジュール２００に含まれる支持部材３０及び記録素子基板１０には、第１流路部材５０からのインクを記録素子基板１０の記録素子１５（図１５）に供給するための流路が形成されている。また、支持部材３０及び記録素子基板１０には、記録素子１５に供給したインクの一部または全部を第１流路部材５０に回収（環流）するための流路が形成されている。各色の共通供給流路２１１は、対応する色の負圧制御ユニット２３０の高圧側に、液体供給ユニット２２０を介して接続されている。また、共通回収流路２１２は、負圧制御ユニット２３０の低圧側に、液体供給ユニット２２０を介して接続されている。この負圧制御ユニット２３０により、共通供給流路２１１と共通回収流路２１２の間に差圧（圧力差）を生じさせるようになっている。このため、図１３に示すように各流路を接続した本実施例の液体吐出ヘッド３内では、各色で、共通供給流路２１１から、個別供給流路２１３ａ、記録素子基板１０、個別回収流路２１３ｂ、共通回収流路２１２へと順番に流れるインクの流れが発生する。

（吐出モジュール）
図１４（ａ）に１つの吐出モジュール２００の斜視図を示し、図１４（ｂ）にその分解斜視図を示す。吐出モジュール２００では、記録素子基板１０及びフレキシブル配線基板４０が、予め液体連通口３１が設けられた支持部材３０上に接着されている。そして、記録素子基板１０上の端子１６と、フレキシブル配線基板４０上の端子４１とがワイヤーボンディングによって電気接続され、さらにワイヤーボンディング部（電気接続部）が封止材１１０で覆われて封止されている。フレキシブル配線基板４０の、記録素子基板１０と反対側の端子４２は、電気配線基板９０の接続端子９３（図１２参照）と電気接続されている。支持部材３０は、記録素子基板１０を支持する支持体であるとともに、記録素子基板１０と流路部材２１０とを流体的に連通させる流路部材であるため、平面度が高く、十分に高い信頼性で記録素子基板１０と接合できるものであることが好ましい。支持部材３０の材質としては例えばアルミナや樹脂材料が好ましい。

（記録素子基板の構造）
本実施例の記録素子基板１０の構成について説明する。図１５（ａ）は記録素子基板１０の吐出口１３が形成される側から見た平面図、図１５（ｂ）は図１５（ａ）のＪ部の拡大図、図１５（ｃ）は図１５（ａ）の反対側から見た裏面図である。図１６は図１５（ａ）のＩ−Ｉ線で切断した記録素子基板１０及び蓋部材（カバープレート）２０の断面斜視図である。図１４（ａ）に示すように、記録素子基板１０の吐出口形成部材１２に、各色のインクに対応する４列の吐出口列が形成されている。複数の吐出口１３からなる吐出口列が延びる方向を「吐出口列方向」と称する。

図１５（ｂ）に示すように、各吐出口１３に対向する位置に、インクを発泡させるための熱エネルギを発生する発熱抵抗素子等の記録素子１５がそれぞれ配置されている。隔壁２２により、記録素子１５を内部にそれぞれ備える複数の圧力室２３が区画されている。記録素子１５は記録素子基板１０に設けられている電気配線（不図示）によって、図１５（ａ）に示す端子１６と電気的に接続されている。記録素子１５は、記録装置本体の制御回路から、電気配線基板９０（図１２）及びフレキシブル配線基板４０（図１４）を介して入力されるパルス信号に基づいて発熱してインクを沸騰させる。この沸騰による発泡の力でインクを吐出口１３から吐出する。図１５（ｂ）に示すように、各吐出口列を挟んで一方の側には液体供給路１８が、他方の側には液体回収路１９が、それぞれ各吐出口列に沿って延在している。液体供給路１８及び液体回収路１９は、記録素子基板１０に設けられた、吐出口列方向に延びる流路であり、それぞれ供給路１７ａ及び回収路１７ｂを介して吐出口１３と連通している。

図１５及び図１６に示すように、記録素子基板１０の、吐出口１３が形成される面の裏面にはシート状の蓋部材（カバープレート）２０が積層されており、蓋部材２０には、後述する液体供給路１８及び液体回収路１９に連通する開口２１が複数設けられている。本実施例においては、蓋部材２０に、１つの液体供給路１８に対して３個の開口２１、１つの液体回収路１９に対して２個の開口２１がそれぞれ設けられている。図１５（ｂ）に示すように蓋部材２０の各開口２１は、複数の連通口５１（図１３（ａ））と連通している。図１６に示すように、蓋部材２０は、記録素子基板１０を構成する基板１１に形成されている液体供給路１８及び液体回収路１９の壁の一部を形成する蓋としての機能を有する。蓋部材２０は、インクに対して十分な耐食性を有しているものであることが好ましい。また、混色防止の観点から、開口２１の開口形状及び開口位置には高い精度が求められる。このため、蓋部材２０の材質として感光性樹脂材料やシリコン板を用い、フォトリソグラフィプロセスによって開口２１を設けることが好ましい。このように蓋部材２０は、開口２１によって流路のピッチを変換するものであり、圧力損失を考慮すると厚みは薄いことが望ましく、フィルム状の部材で構成されることが好ましい。

記録素子基板１０は、例えばＳｉにより形成されている基板１１と、感光性の樹脂により形成される吐出口形成部材１２とが積層され、基板１１の裏面に蓋部材２０が接合された構成である。基板１１の一方の面側（吐出口形成部材１２側）には記録素子１５が形成されており（図１５）、その裏面側（蓋部材２０側）には、吐出口列に沿って延在する液体供給路１９及び液体回収路１８を構成する溝が形成されている。基板１１と蓋部材２０によって形成される液体供給路１８及び液体回収路１９はそれぞれ、流路部材２１０内の共通供給流路２１１及び共通回収流路２１２と接続されており、液体供給路１８と液体回収路１９との間には差圧が生じている。本実施例では、図１，４，５，６に例示されているような突起１３ａを有する吐出口１３を有する記録素子基板１０が設けられている。

記録素子基板１０内でのインクの流れについて説明すると、前述した差圧によって、基板１１内に設けられた液体供給路１８から液体回収路１９へ向かう流れ１７が生じる。従って、液体吐出ヘッド３の一部の吐出口１３からインクを吐出している際に、吐出動作を行っていない吐出口１３においても、液体供給路１８内のインクの流れ１７が矢印で示す方向に生じる。すなわち、液体供給路１８内のインクは、供給路１７ａ、圧力室２３、回収路１７ｂを経由して液体回収路１９へ流れる。この流れ１７によって、液体吐出を休止している吐出口１３及び圧力室２３に、吐出口１３からの蒸発によって生じた増粘インクやインク中の泡や異物などが存在する場合には、それらを液体回収路１９へ回収することができる。また、吐出口１３や圧力室２３のインクの増粘を抑制することができる。液体回収路１９へ回収されたインクは、蓋部材２０の開口２１及び支持部材３０の液体連通口３１（図１４（ｂ）参照）を通り、さらに、図１３に示す流路部材２１０内の連通口５１、個別回収流路２１４、共通回収流路２１２を介して回収される。このインクは、最終的には記録装置本体の供給経路へ導かれる。

このように、本実施例では、記録装置本体から液体吐出ヘッド３へ供給されたインクは、流路部材２１０及び記録素子基板１０内を、以下に記す順番に流れて供給及び回収される。インクは、液体供給ユニット２２０の液体接続部１１１（図１１）から液体吐出ヘッド３の内部に流入する。そしてインクは、ジョイントゴム１００（図１２）、第３流路部材７０に設けられた連通口及び共通流路溝、第２流路部材６０に設けられた共通流路溝及び連通口６１（図１３）、第１流路部材５０に設けられた個別流路溝５２及び連通口５１の順に流れる。その後、支持部材３０に設けられた液体連通口３１（図１４）と、蓋部材２０に設けられた開口２１（図１５，１６）と、基板１１に設けられた液体供給路１８及び供給路１７ａを順に通って、圧力室２３に供給される。圧力室２３に供給されたインクのうち、吐出口１３から吐出されなかったインクは、基板１１に設けられた回収路１７ｂ及び液体回収路１９、蓋部材２０に設けられた開口２１、支持部材３０に設けられた液体連通口３１を順に流れる。その後、インクは第１流路部材５０に設けられた連通口５１及び個別流路溝、第２流路部材に設けられた連通口６１及び共通流路溝、第３流路部材７０に設けられた共通流路溝及び連通口、ジョイントゴム１００を順に流れる。さらに、液体供給ユニット２２０に設けられた液体接続部１１１から液体吐出ヘッド３の外部へインクが流れる。

以上、流路部材２１０及び記録素子基板１０内でのインクの流れについて説明したが、流路部材２１０及び記録素子基板１０の前後におけるインクの流れについて補足する。図１０（ａ）に示す第１の循環経路では、記録装置本体から液体接続部１１１を介して液体吐出ヘッド３に流入したインクは、フィルタ２２１及び負圧制御ユニット２３０を経由した後に、ジョイントゴム１００（図１２）から第３流路部材７０に供給される。そして、前述したように流路部材２１０及び記録素子基板１０の内部を流れた後に、液体接続部１１１から記録装置本体に戻る。

一方、図１０（ｂ）に示す第２の循環経路では、記録装置本体から液体接続部１１１を介して液体吐出ヘッド３に流入したインクは、フィルタ２２１を経由した後に、ジョイントゴム１００（図１２）から第３流路部材７０に供給される。そして、前述したように流路部材２１０及び記録素子基板１０の内部を流れた後に、ジョイントゴム１００を通過して、負圧制御ユニット２３０に流入する。その後に、液体接続部１１１から記録装置本体に戻る。

図１０（ａ），１０（ｂ）に示すように、液体吐出ユニット３００の共通供給流路２１１の一端から流入した全てのインクが、個別供給流路２１３ａを経由して圧力室２３に供給されるわけではない。個別供給流路２１３ａに流入することなく共通供給流路２１１の一端から他端まで流れてから液体供給ユニット２２０に流れるインクもある。このように記録素子基板１０を経由することなく流れる経路を有することで、本実施例のような微細で流抵抗の大きい流路を備えた記録素子基板１０を含む構成であっても、インクの循環流の逆流を抑制することができる。このようにして、本実施例の液体吐出ヘッドでは、圧力室や吐出口近傍でのインクの増粘を抑制できるので、吐出方向の正常な方向からのずれや、不吐出を抑制でき、結果として高品質の記録を行うことができる。

（複数の記録素子基板同士の位置関係）
図１７は、隣り合う２つの記録素子基板１０の、互いに隣接する部分を拡大して示す平面図である。図１７に示すように、本実施例では略平行四辺形の平面形状を有する記録素子基板１０を用いている。各記録素子基板１０において、複数の吐出口１３が配列されて構成された各吐出口列１４ａ〜１４ｄは、記録媒体の搬送方向Ｔに対して一定の角度だけ傾くように配置されている。それによって、記録素子基板１０同士の隣接部分では、吐出口列を構成する少なくとも１つの吐出口が、隣の記録素子基板１０の吐出口のうちの少なくとも１つと、記録媒体の搬送方向においてオーバーラップするようになっている。図１７では、直線Ｂ上の２つの吐出口が互いにオーバーラップする関係にある。このような配置によって、仮に記録素子基板１０の位置が所定位置から多少ずれた場合でも、オーバーラップする吐出口の駆動制御によって、記録画像の黒スジや白抜けを目立たなくするようにすることができる。複数の記録素子基板１０を千鳥配置ではなく、一直線上（インライン）に配置した場合においても、図１７に示すような構成とすることができる。これにより、液体吐出ヘッド１０の記録媒体の搬送方向Ｔの長さの増大を抑えつつ、記録素子基板１０同士の接合部における黒スジや白抜けの発生を抑制することができる。なお、本実施例では、記録素子基板１０の平面形状は平行四辺形であるが、本発明はこれに限るものではなく、例えば長方形、台形、その他形状の記録素子基板を用いる場合にも、本発明の構成を好ましく適用することができる。

［液体吐出装置の第２の実施例］
本発明のインクジェット記録装置１０００及び液体吐出ヘッド３の第２の実施例について説明する。以降の説明においては、主として第１の実施例と異なる部分のみを説明し、第１の実施例と同様の部分については説明を省略する。

（インクジェット記録装置）
図１８に示すインクジェット記録装置１０００では、ＣＭＹＫの４色のインクにそれぞれ対応した、単色用の液体吐出ヘッド３が４つ並べて配置され、記録媒体にフルカラー記録を行う点で第１の実施例とは異なる。第１の実施例では１色あたりに使用される吐出口列が１列であったのに対し、第２の実施例において１色あたりに使用される吐出口列は２０列である（図２４）。このため、記録データを複数の吐出口列に適宜に振り分けて記録を行うことで、非常に高速な記録が可能となる。さらに、何らかの不具合で液体吐出不能な吐出口が生じたとしても、その吐出口に対して記録媒体の搬送方向においてオーバーラップする位置にある、他の吐出口列の吐出口から補間的に液体吐出を行うことで、所望の記録を行うことができる。このように、本実施例によると液体吐出による記録の信頼性が向上し、商業印刷などに好適である。

第１の実施例と同様に、各液体吐出ヘッド３には、記録装置本体の液体供給系のバッファタンク１００３及びメインタンク１００６（図１０）が流体的に接続されている。また、それぞれの液体吐出ヘッド３には、電力及び吐出制御信号を伝送する電気制御部が電気的に接続されている。

（循環経路）
記録装置本体と液体吐出ヘッド３との間の液体循環経路としては、第１の実施例と同様に、図１０（ａ）に示す第１の循環経路と、図１０（ｂ）に示す第２の循環経路のいずれも採用可能である。

（液体吐出ヘッド）
図１８に示す本実施例のインクジェット記録装置は４つの液体吐出ヘッド３を有しており、各々の液体吐出ヘッド３の斜視図を図１９（ａ）及び１９（ｂ）に示している。各々の液体吐出ヘッド３は、長手方向に沿って一直線上に配列される１６個の記録素子基板１０を備え、１色のインクの記録を行うインクジェット式のライン型記録ヘッドである。液体吐出ヘッド３は、第１の実施例と同様に、液体接続部１１１と信号入力端子９１及び電力供給端子９２とを備えている。しかしながら、本実施例の液体吐出ヘッド３は、第１の実施例に比べて吐出口列が多いため、液体吐出ヘッド３の両側に信号出力端子９１及び電力供給端子９２が配置されている。これは、記録素子基板１０に設けられている配線部で生じる電圧低下や信号伝送遅れの軽減のためである。

図２０は液体吐出ヘッド３の分解斜視図である。液体吐出ヘッド３を構成する各部品及びユニットの役割や液体吐出ヘッド３の内部の液体の流れは、基本的に第１の実施例と同様であるが、液体吐出ヘッド３の剛性を担保する機能が異なる。第１の実施例では主として液体吐出ユニット支持部８１によって液体吐出ヘッドを含む構造の剛性を担保していたが、本実施例の液体吐出ヘッド３は、液体吐出ユニット３００に含まれる第２流路部材６０によって剛性が担保されている。本実施例における液体吐出ユニット支持部８１は、１対の電気配線基板９０に挟まれるとともに、液体吐出ユニット３００の第２流路部材６０の両端部にそれぞれ接続されている。液体吐出ユニット３００は、記録装置１０００のキャリッジ（不図示）に機械的に結合されて、液体吐出ヘッド３の位置決めを行っている。負圧制御ユニット２３０を備えている液体供給ユニット２２０が液体吐出ユニット支持部８１にそれぞれ結合されている。２つの液体供給ユニット２２０のそれぞれの内部に、フィルタ（不図示）が内蔵されている。２つの負圧制御ユニット２３０は、インクの経路内をそれぞれ異なる圧力（負圧）に制御するように個別に設定されている。図２０に示すように、液体吐出ヘッド３の両端部にそれぞれ高圧側の負圧制御ユニット２３０と低圧側の負圧制御ユニット２３０が設置され、液体吐出ヘッド３の長手方向に延びる共通供給流路２１１と共通回収流路２１２におけるインクの流れが互いに対向する。それにより、共通供給流路２１１と共通回収流路２１２の間での熱交換が促進されて、共通供給流路２１１と共通回収流路２１２の内部の温度差が小さくなる。そのため、共通供給流路２１１及び共通回収流路２１２に沿って設けられる複数の記録素子基板１０の温度差が小さく、それらの温度差による記録ムラが生じにくいという利点がある。

次に、液体吐出ユニット３００の流路部材２１０の詳細について説明する。図２０に示すように、流路部材２１０は、第１流路部材５０と第２流路部材６０の積層体であり、液体供給ユニット２２０から供給されたインクを各吐出モジュール２００へと分配する。また、流路部材２１０は、吐出モジュール２００から環流するインクを液体供給ユニット２２０へと戻すための流路部材としても機能する。流路部材２１０の第２流路部材６０は、内部に共通供給流路２１１及び共通回収流路２１２が形成された流路部材であるとともに、液体吐出ヘッド３の剛性を主に担うという機能を有する。このため、第２流路部材６０の材質としては、インクに対する十分な耐食性と高い機械強度を有するものが好ましく、具体的にはステンレス（ＳＵＳ）やチタンやアルミナなどが好ましい。

図２１（ａ）は第１流路部材５０の、吐出モジュール２００がマウントされる側の面を示し、図２１（ｂ）はその裏面である、第２流路部材６０と当接される側の面を示す。図２１（ｃ）は第２流路部材６０の、第１流路部材５０と当接する側の面を示し、図２１（ｄ）は第２流路部材６０の厚さ方向中央部の断面を示し、図２１（ｅ）は第２流路部材６０の、液体供給ユニット２２０と当接する側の面を示す。第１の実施例とは異なり、本実施例の第１流路部材５０は、各吐出モジュール２００にそれぞれ対応する複数の部材が並べて配列されたものである。このような分割構造の第１流路部材５０は、液体吐出ヘッド３の全長に応じて多数の吐出モジュール２００を配列させることが容易にでき、例えばＢ２サイズ以上の大きな記録媒体に対応する比較的長尺の液体吐出ヘッド３に特に適している。

図２１（ａ）に示す第１流路部材５０の連通口５１は、吐出モジュール２００と流体的に連通し、図２１（ｂ）に示す第１流路部材５０の個別連通口５３は、第２流路部材６０の連通口６１と流体的に連通している。第２流路部材６０の流路や連通口の機能は、第１の実施例の液体吐出ヘッド３のうちの１色のインクに対応する部分と同様である。第２流路部材６０の２つの共通流路溝７１は、図２２に示す共通供給流路２１１と共通回収流路２１２を構成し、いずれも、液体吐出ヘッド３の長手方向に沿って一端側と他端側の間でインクが流れる。本実施例においては、第１の実施例と異なり、共通供給流路２１１と共通回収流路２１２のインクの流れ方向は互いに反対向きである。

図２２（ａ）は、記録素子基板１０と流路部材２１０とのインクの接続関係を示す透視図である。図２２（ａ）に示すように、流路部材２１０内には、液体吐出ヘッド３の長手方向に延びる共通供給流路２１１及び共通回収流路２１２が設けられている。第２流路部材６０の連通口６１は、第１流路部材５０の各個別連通口５３と位置を合わせて接続されており、第２流路部材６０の連通口７２から共通供給流路２１１を介して第１流路部材５０の連通口５１へと連通する液体供給経路が形成されている。同様に、第２流路部材６０の連通口７２から共通回収流路２１２を介して第１流路部材５０の連通口５１へと連通する液体供給経路も形成されている。

図２２（ｂ）は、図２２（ａ）のＮ−Ｎ線断面図である。この図２２（ｂ）に示すように、共通供給流路は、連通口６１、個別連通口５３、連通口５１を介して、吐出モジュール２００に接続されている。図２２（ｂ）には図示されていないが、別の断面においては、個別回収流路が同様の経路で吐出モジュール２００に接続されていることは、図２２（ａ）を参照すれば明らかである。第１の実施形態と同様に、各吐出モジュール２００及び記録素子基板１０には、各吐出口１３に連通する流路が形成されており、供給したインクの一部または全部が、吐出動作を休止している吐出口１３（圧力室２３）を通過して、環流できるようになっている。また第１の実施例と同様に、共通供給流路２１１は負圧制御ユニット２３０の高圧側に、共通回収流路２１２は負圧制御ユニット２３０の低圧側に、それぞれ液体供給ユニット２２０を介して接続されている。そのため、２つの負圧制御ユニット２３０の設定圧力の差（差圧）によって、共通供給流路２１１から記録素子基板１０の吐出口１３（圧力室２３）を通過して、共通回収流路２１２へ至る流れが発生する。

（吐出モジュール）
図２３（ａ）に、１つの吐出モジュール２００の斜視図を、図２３（ｂ）にその分解図を示す。第１実施形態との差異は、記録素子基板１０の吐出口列方向に直交する方向の両端部に、吐出列方向に沿う複数の端子１６の列がそれぞれ形成されている点である。そして、これらの端子１６に電気接続されるフレキシブル配線基板４０は、１つの記録素子基板１０に対して２枚配置されている。これは、記録素子基板１０に設けられている吐出口列が２０列であり、第１の実施例（８列）よりも大幅に増加しているためである。すなわち、端子１６から、各吐出口に対応して設けられる記録素子１５までの距離の最大値を小さくして、記録素子基板１０内の配線部で生じる電圧低下や信号伝送遅れを軽減することを目的としている。また、支持部材３０の液体連通口３１は、記録素子基板１０に設けられた全ての吐出口列に跨って開口している。その他の構成は、第１の実施形態と同様である。

（記録素子基板の構造）
図２４（ａ）は記録素子基板１０の吐出口１３が配される側の面の模式図、図２４（ｃ）は図２４（ａ）に示す面の反対側の面を示す模式図である。図２４（ｂ）は図２４（ｃ）の蓋部材２０を省略して示す模式図である。図２４（ｂ）に示すように、記録素子基板１０の裏面には、吐出口列方向に沿う液体供給路１８と液体回収路１９とが交互に設けられている。図１１に示す記録素子基板１０の、第１実施形態との本質的な差異は、前述したように記録素子基板の両端部に、吐出口列方向に沿う端子１６の列が形成されていることである。また、吐出口列の数は第１実施形態よりも大幅に増加している。ただし、各吐出口列毎に１組の液体供給路１８と液体回収路１９が設けられていることや、蓋部材２０に支持部材３０の液体連通口３１と連通する開口２１が設けられていることなど、その他の基本的な構成は第１の実施形態と同様である。

３ 液体吐出ヘッド
１３ 吐出口
１３ａ 突起
１５ エネルギ発生素子（記録素子）
１７ 供給口
２３ 圧力室

Claims (15)

1. 液体を吐出する吐出口と、前記吐出口に連通している圧力室と、前記圧力室の内部に配置されているエネルギ発生素子と、前記圧力室に液体を供給する供給路と、前記圧力室から液体を回収する回収路と、を有する液体吐出ヘッドであって、
   前記吐出口には、該吐出口の内周縁から中央部に向かって突出する複数の突起が設けられており、前記突起同士が最も近接する位置における前記突起同士の間の間隔が５μｍ以下であり、
   前記供給路及び前記回収路は、前記供給路から前記圧力室を通って前記回収路へ至る液体の循環流を形成できるように、前記圧力室にそれぞれ接続されており、
   前記突起は、前記圧力室を通る液体の循環流の方向に平行に延びていることを特徴とする液体吐出ヘッド。
2. 前記吐出口は線対称な形状を有している、請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
3. 前記吐出口の前記線対称な形状の対称軸は、前記圧力室を通る液体の循環流の方向に平行である、請求項２に記載の液体吐出ヘッド。
4. 複数の前記突起の先端部同士が対向している、請求項１から３のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
5. 複数の前記突起の中心線同士が同一線上にある、請求項１から４のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
6. 複数の前記突起の先端部同士が対向していない、請求項１から３のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
7. 前記突起は、前記吐出口の内周縁から突出する根元部の幅が先端部の幅よりも大きい先細の形状を有している、請求項１から６のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
8. 前記エネルギ発生素子は前記吐出口と対向する位置に配置されており、前記エネルギ発生素子から前記吐出口までの距離は１２μｍ以下である、請求項１から７のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
9. 基板と、該基板に積層されている吐出口形成部材とを含み、
   前記吐出口形成部材には、該吐出口形成部材を貫通する液体吐出路が形成されており、
   前記吐出口は、前記液体吐出路の、前記吐出口形成部材の前記基板に積層される面と反対側の面に開口している開口端であり、
   前記圧力室は前記基板と前記吐出口形成部材との間に構成されて、前記液体吐出路と連通している、請求項１から８のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
10. 前記吐出口形成部材の厚さは６μｍ以下である、請求項９に記載の液体吐出ヘッド。
11. 前記液体吐出路の液体吐出方向の長さは６μｍ以下である、請求項９または１０に記
    載の液体吐出ヘッド。
12. 前記圧力室を通る液体の流れの方向における前記圧力室の上流側の流路の、前記吐出口形成部材及び前記基板の厚さ方向の高さであるＨ［μｍ］と、前記液体吐出路の液体吐出方向の長さであるＰ［μｍ］と、前記液体の流れの方向に沿う前記吐出口の長さであるＷ［μｍ］が、Ｈ^-0.34×Ｐ^-0.66×Ｗ＞１．７の関係である、請求項９から１１のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
13. 粘度が１５ｃＰ以下の液体を吐出する、請求項１から１２のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
14. 請求項１から１３のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドと、前記供給路と前記回収路とに接続されており、液体を貯留するタンクと液体を流れさせるためのポンプとを含む液体供給系と、を含む、液体吐出装置。
15. 前記液体吐出ヘッドと前記液体供給系とによって、前記圧力室を通過する液体の循環流路が構成されている、請求項１４に記載の液体吐出装置。

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