JP2017124607A - Liquid discharge head - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、液体吐出ヘッドに関する。 The present invention relates to a liquid discharge head.
吐出口からインク等の液体を吐出する液体吐出ヘッドには、吐出口から液体中の揮発成分が蒸発して吐出口付近で液体が増粘することで、吐出される液滴の吐出速度が変化したり着弾精度が影響を受けたりするという問題がある。
このような液体の増粘現象に対する対策の１つとして、液体吐出ヘッドに供給するインクを循環経路に沿って循環させる方法が知られている。特許文献１には、吐出口が形成された部材と発熱抵抗体が形成された基板との間に形成された流路内の液体を循環させることで、吐出口からの液体蒸発に伴う吐出口の目詰まりを抑制する液体吐出ヘッドが記載されている。
In a liquid discharge head that discharges liquid such as ink from the discharge port, the volatile components in the liquid evaporate from the discharge port and the liquid thickens near the discharge port, changing the discharge speed of the discharged liquid droplets Or the impact accuracy is affected.
As one of countermeasures against such a liquid thickening phenomenon, a method of circulating ink supplied to a liquid discharge head along a circulation path is known.
吐出動作後の休止時間が長くなると、吐出口付近の液体の粘度の増加が顕著になり、液体中の固形成分が吐出口付近に固着することがある。そのため、休止後１発目の液体吐出の際に、この固形成分により液体が吐出口を通過する際の流体抵抗が増加して、吐出不良が発生する可能性がある。
しかしながら、特許文献１に記載の液体吐出ヘッドでは、このような吐出不良については考慮されていない。したがって、休止後１発目の液体吐出の際に発生する吐出不良により、画質の劣化を招くおそれがある。
そこで、本発明の目的は、より高精細で高品位な画像形成が可能な液体吐出ヘッドを提供することである。
When the rest time after the discharge operation is lengthened, the increase in the viscosity of the liquid near the discharge port becomes significant, and the solid component in the liquid may stick to the vicinity of the discharge port. Therefore, when the first liquid is ejected after the pause, the fluid resistance when the liquid passes through the ejection port due to the solid component may increase, and ejection failure may occur.
However, the liquid discharge head described in
Accordingly, an object of the present invention is to provide a liquid discharge head capable of forming a higher-definition and high-quality image.
上述した目的を達成するために、本発明の液体吐出ヘッドは、液体を吐出する吐出口が各々配列され、互いに並列する第１および第２の吐出口列と、前記第１および第２の吐出口列に対応して設けられる第１および第２の圧力室列であって、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記録素子を内部に備える圧力室が各々配列される第１および第２の圧力室列と、前記第１の圧力室列に液体を供給する第１の液体供給路と、前記第１の圧力室列から液体を回収する第１の液体回収路と、前記第２の圧力室列に液体を供給する第２の液体供給路と、前記第２の圧力室列から液体を回収する第２の液体回収路と、前記第１の液体供給路から前記第１の圧力室列に液体を供給するための複数の第１の供給口が配列される第１の供給口列と、前記第１の圧力室列から前記第１の液体回収路に液体を回収するための複数の第１の回収口が配列される第１の回収口列と、前記第２の液体供給路から前記第２の圧力室列に液体を供給するための複数の第２の供給口が配列される第２の供給口列と、前記第２の圧力室列から前記第２の液体回収路に液体を回収するための複数の第２の回収口が配列される第２の回収口列と、が設けられる記録素子基板を備え、前記第１の液体供給路、前記第１の液体回収路、前記第２の液体供給路、前記第２の液体回収路がこの順に並列して設けられており、前記第１の供給口列、前記第１の回収口列、前記第２の供給口列、前記第２の回収口列がこの順に並列して設けられていることを特徴とする。 In order to achieve the above-described object, a liquid discharge head according to the present invention includes a first and a second discharge port array in which discharge ports for discharging a liquid are respectively arranged in parallel, and the first and second discharge ports. First and second pressure chamber rows provided corresponding to the outlet rows, wherein first and second pressure chambers each having therein a recording element that generates energy used for discharging liquid are arranged. A second pressure chamber row, a first liquid supply passage for supplying liquid to the first pressure chamber row, a first liquid recovery passage for collecting liquid from the first pressure chamber row, and the first A second liquid supply path for supplying liquid to the second pressure chamber row, a second liquid recovery path for recovering liquid from the second pressure chamber row, and the first liquid supply passage from the first liquid supply passage. First supply port array in which a plurality of first supply ports for supplying liquid to the pressure chamber array are arranged A first recovery port array in which a plurality of first recovery ports for recovering liquid from the first pressure chamber row to the first liquid recovery channel are arranged; and from the second liquid supply channel A second supply port array in which a plurality of second supply ports for supplying liquid to the second pressure chamber array are arranged; and a liquid from the second pressure chamber array to the second liquid recovery path And a second recovery port array in which a plurality of second recovery ports are arranged, and a recording element substrate provided with the first liquid supply path, the first liquid recovery path, A second liquid supply path and the second liquid recovery path are provided in parallel in this order, and the first supply port array, the first recovery port array, the second supply port array, The second collection port array is provided in parallel in this order.
以上、本発明によれば、より高精細で高品位な画像形成が可能な液体吐出ヘッドを提供することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide a liquid discharge head capable of forming a higher-definition and high-quality image.
以下、図面を用いて本発明の実施の形態の例を説明する。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。１例として、本実施形態では発熱素子により気泡を発生させて液体を吐出するサーマル方式が採用されているが、ピエゾ方式およびその他の各種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。尚、インク等の液体を吐出する本発明の液体吐出ヘッドおよび液体吐出ヘッドを搭載した液体吐出装置は、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などの装置に適用可能である。さらには各種処理装置と複合的に組み合わせた産業記録装置に適用可能である。例えば、バイオチップ作製や電子回路印刷や半導体基板作製などの用途としても用いることができる。
本実施形態は、インク等の液体をタンクと液体吐出ヘッド間で循環させる形態のインクジェット記録装置（記録装置）であるが、その他の形態であっても良い。例えばインクを循環せずに、液体吐出ヘッド上流側と下流側に２つのタンクを設け、一方のタンクから他方のタンクへインクを流すことで、圧力室内のインクを流動させる形態であっても良い。
また本実施形態は被記録媒体の幅に対応した長さを有する、所謂ライン型（ページワイド型）ヘッドであるが、被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としては、例えばブラックインク用、およびカラーインク用記録素子基板を各１つずつ搭載する構成があげられるが、これに限られるものではない。数個の記録素子基板を吐出口列方向に吐出口をオーバーラップさせるよう配置した、被記録媒体の幅よりも短い、短尺のラインヘッドを作成し、それを被記録媒体に対してスキャンさせる形態のものであっても良い。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the following description does not limit the scope of the present invention. As an example, in the present embodiment, a thermal method is employed in which bubbles are generated by a heating element and liquid is ejected. However, the present invention is also applied to a liquid ejection head employing a piezo method and other various liquid ejection methods. Can be applied. The liquid discharge head of the present invention that discharges liquid such as ink and the liquid discharge device equipped with the liquid discharge head can be applied to devices such as a printer, a copying machine, a facsimile having a communication system, and a word processor having a printer unit. is there. Furthermore, the present invention can be applied to an industrial recording apparatus combined with various processing apparatuses. For example, it can be used for applications such as biochip fabrication, electronic circuit printing, and semiconductor substrate fabrication.
The present embodiment is an ink jet recording apparatus (recording apparatus) configured to circulate a liquid such as ink between a tank and a liquid discharge head, but may be in other forms. For example, the ink in the pressure chamber may be flowed by providing two tanks on the upstream side and the downstream side of the liquid discharge head without circulating the ink and flowing the ink from one tank to the other tank. .
The present embodiment is a so-called line type (page wide type) head having a length corresponding to the width of the recording medium, but is a so-called serial type liquid that performs recording while scanning the recording medium. The present invention can also be applied to a discharge head. Examples of the serial type liquid discharge head include a configuration in which one recording element substrate for black ink and one for color ink are mounted, but the present invention is not limited to this. A form in which several recording element substrates are arranged so that the ejection openings overlap in the ejection opening row direction, and a short line head shorter than the width of the recording medium is created and scanned with respect to the recording medium May be.
［第１の実施形態］
（インクジェット記録装置の説明）
本発明の、液体を吐出する装置、特には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）の概略構成を図１に示す。記録装置１０００は被記録媒体２を搬送する搬送部１、被記録媒体の搬送方向と略直交して配置されるライン型の液体吐出ヘッド３とを備え、複数の被記録媒体２を連続もしくは間欠に搬送しながら１パスで連続記録を行うライン型記録装置である。被記録媒体２はカット紙に限らず、連続したロール紙であってもよい。液体吐出ヘッド３はＣＭＹＫインクによる（シアン、マゼンタ、イエロー、ブラック）フルカラー印刷が可能である。液体吐出ヘッド３には、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である液体供給手段、メインタンクおよびバッファタンク（図２参照）が流体的に接続される。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。
[First Embodiment]
(Description of inkjet recording apparatus)
FIG. 1 shows a schematic configuration of an apparatus for ejecting liquid, particularly an ink jet recording apparatus 1000 (hereinafter also referred to as a recording apparatus) that performs recording by ejecting ink according to the present invention. The
（第１の循環経路の説明）
図２は、本実施形態の記録装置に適用される循環経路の１形態である第１の循環経路を示す模式図である。図２には、液体吐出ヘッド３を、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等に流体的に接続した図が示されている。なお図２では、説明を簡略化するためにＣＭＹＫインクの内の一色のインクが流動する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る。メインタンク１００６と接続される、サブタンクとしてのバッファタンク１００３はタンク内部と外部とを連通する大気連通口（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とも接続されている。補充ポンプ１００５は、インクを吐出しての記録や吸引回復等、液体吐出ヘッドの吐出口からインクを吐出（排出）することによって液体吐出ヘッド３で液体が消費された際に、消費されたインク分をメインタンク１００６からバッファタンク１００３へ移送する。
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から液体を引き出してバッファタンク１００３へ流す役割を有する。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が好ましい。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挙げられるが、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であっても用いることが出来る。液体吐出ユニット３００の駆動時には第１循環ポンプ（高圧側）１００１及び第１循環ポンプ（低圧側）１００２によって、それぞれ共通供給経路２１１、共通回収流路２１２内をある一定量のインクが流れる。この流量としては、液体吐出ヘッド３内の各記録素子基板１０間の温度差が、記録画質に影響しない程度以上に設定することが好ましい。もっとも、あまりに大きな流量を設定すると、液体吐出ユニット３００内の流路の圧損の影響により、各記録素子基板１０で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。そのため、各記録素子基板１０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。
(Explanation of the first circulation path)
FIG. 2 is a schematic diagram showing a first circulation path which is one form of the circulation path applied to the recording apparatus of the present embodiment. FIG. 2 shows a diagram in which the
The two first circulation pumps 1001 and 1002 have a role of drawing the liquid from the
負圧制御ユニット２３０は、第２循環ポンプ１００４と液体吐出ユニット３００との経路の間に設けられている。負圧制御ユニット２３０は、記録を行うＤｕｔｙの差によって循環系の流量が変動した場合でも負圧制御ユニット２３０よりも下流側（即ち液体吐出ユニット３００側）の圧力を予め設定した一定圧力に維持するように動作する機能を有する。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、それ自身よりも下流の圧力を、所望の設定圧を中心として一定の範囲以下の変動で制御できるものであれば、どのような機構を用いても良い。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た場合には、図２に示したように、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ようにすることが好ましい。このようにするとバッファタンク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広げることができる。第２循環ポンプ１００４としては液体吐出ヘッド３の駆動時に使用するインク循環流量の範囲において、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適用可能である。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でも適用可能である。
The negative
図２に示したように負圧制御ユニット２３０は、それぞれが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つの負圧調整機構の内、相対的に高圧設定側（図２でＨと記載）、相対的に低圧側（図２でＬと記載）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、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、共通回収流路２１２、及び各記録素子基板と連通する個別供給流路２１３ａおよび個別回収流路２１３ｂが設けられている。個別流路２１３は共通供給経路２１１及び共通回収流路２１２と連通しているので、液体の一部が、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へと流れる流れ（図２の矢印）が発生する。共通供給流路２１１には圧力調整機構Ｈが、共通回収流路２１２には圧力調整機構Ｌが接続されているため、２つの共通流路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液体を流しつつ、一部の液体が各記録素子基板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および共通回収流路２１２の流れで記録素子基板１０の外部へ排出することが出来る。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吐出口や圧力室においてもインクの流れを生じさせることが出来るので、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を共通回収流路２１２へと排出することができる。このため、本実施形態の液体吐出ヘッド３は、高速で高画質な記録が可能となる。
As shown in FIG. 2, the negative
In this way, in the
（第２の循環経路の説明）
図３は、本実施形態の記録装置に適用される循環経路のうち、上述した第１の循環経路とは異なる循環形態である第２の循環経路を示す模式図である。前述の第１の循環経路との主な相違点は、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よりも上流側の圧力を、所望の設定圧を中心として一定範囲内の変動で制御する機構であることである。この機構は、所謂「背圧レギュレーター」と同作用の機構部品である。また、他の相違点は、第２循環ポンプ１００４が負圧制御ユニット２３０の下流側を減圧する負圧源として作用するものであることである。さらに、第１循環ポンプ（高圧側）１００１及び第１循環ポンプ（低圧側）１００２が液体吐出ヘッド上流側に配置され、負圧制御ユニット２３０が液体吐出ヘッド下流側に配置されていることも相違点である。
第２の循環経路において負圧制御ユニット２３０は、次のように作動する。即ち、液体吐出ヘッド３により記録を行う際の記録Ｄｕｔｙの変化によって生じる流量の変動があっても、自身の上流側（即ち液体吐出ユニット３００側）の圧力変動を、予め設定された圧力を中心として一定範囲内に安定にするように作動する。図３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であっても適用可能である。
(Explanation of second circulation path)
FIG. 3 is a schematic diagram showing a second circulation path having a circulation form different from the first circulation path described above, among the circulation paths applied to the recording apparatus of the present embodiment. The main difference from the first circulation path described above is that the two pressure adjustment mechanisms constituting the negative
In the second circulation path, the negative
第１の実施形態と同様に、図３に示したように負圧制御ユニット２３０は、それぞれが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つの負圧調整機構の内、高圧設定側（図３でＨと記載）、低圧側（図３でＬと記載）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、および共通回収流路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する。このことで、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へと流れるインク流れが発生する（図３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内には第１の循環経路と同様のインク流れ状態が得られるが、第１の循環経路の場合とは異なる２つの利点がある。
１つ目の利点は、第２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ヘッドへ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の循環経路の場合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。記録待機時に循環している場合の、共通供給流路２１１及び共通回収流路２１２内の流量の合計をＡとする。Ａの値は、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、最小限の流量として定義される。また液体吐出ユニット３００の全ての吐出口からインクを吐出する場合（全吐時）の吐出流量をＦと定義する。そうすると、第１循環経路の場合（図２）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Ａとなるので、全吐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Ａ＋Ｆとなる。
As in the first embodiment, as shown in FIG. 3, the negative
The first advantage is that since the negative
一方で第２循環経路の（図３）の場合、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Ａである。そして、全吐時に必要な液体吐出ヘッド３への供給量は流量Ｆとなる。そうすると、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Ａ又はＦの大きい方の値となる。このため、同一構成の液体吐出ユニット３００を使用する限り、第２循環経路における必要供給量の最大値（Ａ又はＦ）は、第１循環経路における必要供給流量の最大値（Ａ＋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、適用可能な循環ポンプの自由度が高まり、例えば構成の簡便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る。その結果、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、Ａ又はＦの値が比較的大きくなるラインヘッドであるほど大きくなり、ラインヘッドの中でも長手方向の長さが長いラインヘッドほど有益である。
しかしながら一方で、第１循環経路の方が、第２循環経路に対して有利になる点もある。すなわち、第２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であるため、記録Ｄｕｔｙの低い画像であるほど、各ノズルに高い負圧が印加された状態となる。このため、特に共通供給流路２１１及び共通回収流路２１２の流路幅（液体の流れ方向と直交する方向の長さ）を小さくしてヘッド幅（液体吐出ヘッドの短手方向の長さ）を小さくした場合、サテライト滴の影響が大きくなる恐れがある。これは、ムラの見えやすい低Ｄｕｔｙ画像でノズルに高い負圧が印加されるためである。一方、第１循環経路の場合、高い負圧がノズルに印加されるのは高Ｄｕｔｙ画像形成時であるため、仮にサテライト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。２つの循環経路の選択は、液体吐出ヘッドおよび記録装置本体の仕様（吐出流量Ｆ、最小循環流量Ａ、及びヘッド内流路抵抗）に照らして、好ましい選択を採ることができる。
On the other hand, in the case of the second circulation path (FIG. 3), the liquid supply amount to the
However, on the other hand, the first circulation path is advantageous over the second circulation path. That is, in the second circulation path, the flow rate that flows through the
（液体吐出ヘッド構成の説明）
第１の実施形態に係る液体吐出ヘッド３の構成について説明する。図４（ａ）及び図４（ｂ）は本実施形態に係る液体吐出ヘッド３の斜視図である。液体吐出ヘッド３は１つの記録素子基板１０でＣ／Ｍ／Ｙ／Ｋの４色のインクを吐出可能な記録素子基板１０を直線状に１５個配列（インラインに配置）されるライン型の液体吐出ヘッドである。図４（ａ）に示すように、液体吐出ヘッド３には各記録素子基板１０と、フレキシブル配線基板４０および電気配線基板９０を介して電気的に接続された信号入力端子９１と電力供給端子９２を備える。信号入力端子９１及び電力供給端子９２は記録装置１０００の制御部と電気的に接続され、それぞれ、吐出駆動信号及び吐出に必要な電力を記録素子基板１０に供給する。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１０００に対して液体吐出ヘッド３を組み付ける時又は液体吐出ヘッドの交換時に取り外しが必要な電気接続部数が少なくて済む。図４（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１０００の液体供給系と接続される。これによりＣＭＹＫ４色のインクが記録装置１０００の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１０００の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１０００の経路と液体吐出ヘッド３の経路を介して循環可能である。
(Description of liquid discharge head configuration)
The configuration of the
図５に液体吐出ヘッド３を構成する各部品または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。液体供給ユニット２２０には液体接続部１１１（図３）が設けられるとともに、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各色別のフィルタ２２１（図２、図３）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を通過した液体はそれぞれの色に対応して供給ユニット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るユニットであり、それぞれの内部に弁やバネ部材などの働きによって、液体の流量の変動に伴って生じる記録装置１０００の供給系内（液体吐出ヘッド３の上流側の供給系）の圧損変化を大幅に減衰させる。そうして、圧力制御ユニットよりも下流側（液体吐出ユニット３００側）の負圧変化をある一定範囲内で安定化させることが可能である。各色の負圧制御ユニット２３０内には、図２で記述したように、各色２つの圧力調整弁が内蔵されている。これら２つの圧力調整弁は、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、低圧側が共通回収流路２１２と、液体供給ユニット２２０を介して連通している。
FIG. 5 shows an exploded perspective view of each component or unit constituting the
筐体８０は、液体吐出ユニット支持部８１及び電気配線基板支持部８２とから構成され、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は電気配線基板９０を支持する為のものであって、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ている。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役割を有し、それにより記録物におけるスジやムラを抑制する。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、材質としてはＳＵＳやアルミなどの金属材料、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から供給される液体はジョイントゴムを介して液体吐出ユニット３００を構成する第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、流路部材２１０からなり、液体吐出ユニット３００の被記録媒体側の面にはカバー部材１３０が取り付けられる。ここで、カバー部材１３０は図５に示したように、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及び封止材部１１０（図９）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、封止材、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。
The
The
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５に示したように、流路部材２１０は第１流路部材５０、第２流路部材６０、第３流路部材７０を積層したものである。流路部材２１０は、液体供給ユニット２２０から供給された液体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から環流する液体を液体供給ユニット２２０へと戻すための流路部材である。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、それにより流路部材２１０の反りや変形が抑制されている。
Next, the configuration of the
図６（ａ）〜（ｆ）は第１〜第３流路部材の各流路部材の表面と裏面を示した図である。図６（ａ）は、第１流路部材５０の、吐出モジュール２００が搭載される側の面を示し、図６（ｆ）は、第３流路部材７０の、液体吐出ユニット支持部８１と当接する側の面を示す。第１流路部材５０と第２流路部材６０とは、夫々の流路部材の当接面である図６（ｂ）と図６（ｃ）が対向するように接合し、第２流路部材と第３流路部材とは、夫々の流路部材の当接面である図６（ｄ）と図６（ｅ）が対向するように接合する。第２流路部材６０と第３流路部材７０を接合することにより、夫々の流路部材に形成される共通流路溝６２と７１とによって、流路部材の長手方向に延在する８本の共通流路が形成される。これにより色毎に共通供給流路２１１と共通回収流路２１２のセットが流路部材２１０内に形成される（図７）。第３流路部材７０の連通口７２はジョイントゴム１００の各穴と連通しており、液体供給ユニット２２０と流体的に流通している。第２流路部材６０の共通流路溝６２の底面には連通口６１が複数形成されており、第１流路部材５０の個別流路溝５２の一端部と連通している。第１流路部材５０の個別流路溝５２の他端部には連通口５１が形成されており、連通口５１を介して、複数の吐出モジュール２００と流体的に連通している。この個別流路溝５２により流路部材の中央側へ流路を集約することが可能となる。
FIGS. 6A to 6F are views showing the front and back surfaces of each flow path member of the first to third flow path members. 6A shows the surface of the first
第１〜第３流路部材は、液体に対して耐腐食性を有するとともに、線膨張率の低い材質からなることが好ましい。材質としては例えば、アルミナや、ＬＣＰ（液晶ポリマー）、ＰＰＳ（ポリフェニルサルファイド）やＰＳＦ（ポリサルフォン）を母材としてシリカ微粒子やファイバーなどの無機フィラーを添加した複合材料（樹脂材料）を好適に用いることができる。流路部材２１０の形成方法としては、３つの流路部材を積層させて互いに接着しても良いし、材質として樹脂複合樹脂材料を選択した場合には、溶着による接合方法を用いても良い。
It is preferable that the first to third flow path members are made of a material having corrosion resistance against a liquid and a low linear expansion coefficient. As a material, for example, a composite material (resin material) in which inorganic fillers such as silica fine particles and fibers are added using alumina, LCP (liquid crystal polymer), PPS (polyphenyl sulfide), and PSF (polysulfone) as a base material is preferably used. be able to. As a method for forming the
次に図７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７は、第１〜第３流路部材を接合して形成される流路部材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の長手方向に伸びる共通供給流路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５２によって形成される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５２によって形成される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出来る。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出来る。
Next, the connection relationship of each flow path in the
図８は、図７のＥ−Ｅ線における断面を示した図である。この図に示すように、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８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７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に設けられる記録素子１５（図１０）に供給するための流路が形成されている。さらに、支持部材３０及び記録素子基板１０には、記録素子１５に供給した液体の１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。ここで、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（高圧側）と液体供給ユニット２２０を介して接続されており、また共通回収流路２１２は負圧制御ユニット２３０（低圧側）と液体供給ユニット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７及び８に示したように各流路を接続した本実施形態の液体吐出ヘッド内では、各色で共通供給流路２１１〜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へと順に流れる流れが発生する。
FIG. 8 is a view showing a cross section taken along line EE of FIG. As shown in this figure, each individual recovery channel (214a, 214c) communicates with the
（吐出モジュールの説明）
図９（ａ）に１つの吐出モジュール２００の斜視図を、図９（ｂ）にその分解図を示す。吐出モジュール２００の製造方法としては、まず記録素子基板１０及びフレキシブル配線基板４０を、予め液体連通口３１が設けられた支持部材３０上に接着する。その後、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とをワイヤーボンディングによって電気接続し、その後にワイヤーボンディング部（電気接続部）を封止材１１０で覆って封止する。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５参照）と電気接続される。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為、平面度が高く、また十分に高い信頼性をもって記録素子基板と接合できるものが好ましい。材質としては例えばアルミナや樹脂材料が好ましい。
(Description of discharge module)
FIG. 9A shows a perspective view of one
（記録素子基板の構造の説明）
本実施形態における記録素子基板１０の構成について説明する。図１０（ａ）は記録素子基板１０の吐出口１３が形成される側の面の平面図を示し、図１０（ｂ）は図１０（ａ）のＡで示した部分の拡大図を示し、図１０（ｃ）は図１０（ａ）の裏面の平面図を示す。図１０（ａ）に示すように、記録素子基板１０の吐出口形成部材１２に、各インク色に対応する４列の吐出口列が形成されている。なお、以後、複数の吐出口１３が配列される吐出口列が延びる方向を「吐出口列方向」と呼称する。
図１０（ｂ）に示すように、各吐出口１３に対応した位置には液体を熱エネルギーにより発泡させるための発熱素子である記録素子１５が配置されている。隔壁２２により、記録素子１５を内部に備える圧力室２３が区画されている。記録素子１５は記録素子基板１０に設けられる電気配線（不図示）によって、図１０（ａ）の端子１６と電気的に接続されている。記録素子１５は、記録装置１０００の制御回路から電気配線基板９０（図５）及びフレキシブル配線基板４０（図９）を介して入力されるパルス信号に基づいて発熱して液体を沸騰させる。この沸騰による発泡の力で液体を吐出口１３から吐出する。図１０（ｂ）に示すように、各吐出口列に沿って、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伸びた流路であり、それぞれ供給口１７ａ、回収口１７ｂを介して吐出口１３と連通している。
図１０（ｂ）に示すように、記録素子基板１０には、第１および第２の吐出口列が並列し、夫々の吐出口列に対応して、第１および第２の圧力室列が形成されている。また第１および第２の圧力室列の夫々に対応して、複数の供給口１７ａが配列される供給口列、複数の回収口１７ｂが配列される回収口列、液体供給路１８、液体回収路１９が設けられている。供給口１７ａおよび回収口１７ｂの夫々は、基板１１の記録素子１５が設けられる面に対して交差する方向に延在している。本実施形態においては、夫々の吐出口列に対して、液体供給路１８と液体回収路１９とが交互に並列して設けられている。また、供給口列、回収口列、液体供給路１８、液体回収路１９の夫々は、吐出口列の延在方向に沿って延在している。
(Description of structure of recording element substrate)
The configuration of the
As shown in FIG. 10B, a
As shown in FIG. 10B, the
図１０（ｃ）および図１１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。本実施形態においては、液体供給路１８の１本に対して３個、液体回収路１９の１本に対して２個の開口２１が蓋部材２０に設けられている。図１０（ｂ）に示すように蓋部材２０の夫々の開口２１は、図６（ａ）に示した複数の連通口５１と連通している。図１１に示すように蓋部材２０は、記録素子基板１０の基板１１に形成される液体供給路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、液体に対して十分な耐食性を有している物が好ましく、また、混色防止の観点から、開口２１の開口形状およ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。このように蓋部材は開口２１により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望ましい。
As shown in FIGS. 10C and 11, a sheet-
次に、記録素子基板１０内での液体の流れについて説明する。図１１は図１０（ａ）におけるＢ−Ｂ面での記録素子基板１０および蓋部材２０の断面を示す斜視図である。記録素子基板１０はＳｉにより形成される基板１１と感光性の樹脂により形成される吐出口形成部材１２とが積層されており、基板１１の裏面には蓋部材２０が接合されている。基板１１の一方の面側には記録素子１５が形成されており（図１０）、その裏面側には、吐出口列に沿って延在する液体供給路１８および液体回収路１９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と共通回収流路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。液体吐出ヘッド３の複数の吐出口１３から液体を吐出し記録を行っている際に、吐出動作を行っていない吐出口においては、この差圧によって、次のように液体が流れる。即ち、基板１１内に設けられた液体供給路１８内の液体が、供給口１７ａ、圧力室２３、回収口１７ｂを経由して液体回収路１９へ流れる（図１１の矢印Ｃで示した流れ）。この流れによって、記録を休止している吐出口１３や圧力室２３において、吐出口１３からの蒸発によって生じる増粘インクや、泡・異物などを液体回収路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出来る。液体回収路１９へ回収された液体は、蓋部材２０の開口２１及び支持部材３０の液体連通口３１（図９ｂ参照）を通じて、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の順に回収される。そして、最終的には記録装置１０００の供給経路へと回収される。
Next, the flow of liquid in the
つまり記録装置本体から液体吐出ヘッド３へ供給される液体は下記の順に流動し、供給および回収される。液体は、まず液体供給ユニット２２０の液体接続部１１１から液体吐出ヘッド３の内部に流入する。そして、ジョイントゴム１００、第３流路部材に設けられた連通口７２および共通流路溝７１、第２流路部材に設けられた共通流路溝６２および連通口６１、第１流路部材に設けられた個別流路溝５２および連通口５１の順に供給される。その後、支持部材３０に設けられた液体連通口３１、蓋部材に設けられた開口２１、基板１１に設けられた液体供給路１８および供給口１７ａを順に介して圧力室２３に供給される。圧力室２３に供給された液体のうち、吐出口１３から吐出されなかった液体は、基板１１に設けられた回収口１７ｂおよび液体回収路１９、蓋部材に設けられた開口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、第１流路部材に設けられた連通口５１および個別流路溝５２、第２流路部材に設けられた連通口６１および共通流路溝６２、第３流路部材７０に設けられた共通流路溝７１および連通口７２、ジョイントゴム１００を順に流れる。そして、液体供給ユニットに設けられた液体接続部１１１から液体吐出ヘッド３の外部へ液体が流動する。図２に示す第１の循環経路の形態においては、液体接続部１１１から流入した液体は負圧制御ユニット２３０を経由した後にジョイントゴム１００に供給される。図３に示す第２の循環経路の形態においては、圧力室２３から回収された液体は、ジョイントゴム１００を通過した後、負圧制御ユニット２３０を介して液体接続部１１１から液体吐出ヘッドの外部へ流動する。
That is, the liquid supplied from the recording apparatus main body to the
また図２および図３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液体が個別供給流路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の他端から液体供給ユニット２２０に流動する液体もある。このように、記録素子基板１０を経由することなく流動する経路を備えることで、本実施形態のような微細で流抵抗の大きい流路を備える記録素子基板１０を備える場合であっても、液体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、本実施形態の液体吐出ヘッドでは、圧力室や吐出口近傍部の液体の増粘を抑制できるので吐出のヨレや不吐を抑制でき、結果として高画質な記録を行うことができる。
As shown in FIGS. 2 and 3, not all the liquid that flows in from one end of the
（記録素子基板間の位置関係の説明）
図１２は、隣り合う２つの吐出モジュールにおける、記録素子基板の隣接部を部分的に拡大して示す平面図である。図１０に示すように、本実施形態では外形形状が略平行四辺形の記録素子基板を用いている。図１２に示すように各記録素子基板１０における吐出口１３が配列される各吐出口列（１４ａ〜１４ｄ）は、被記録媒体の搬送方向に対し一定角度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同士の隣接部における吐出列は、少なくとも１つの吐出口が被記録媒体の搬送方向にオーバーラップするようになっている。図１２では、Ｄ線上の２つの吐出口が互いにオーバーラップ関係にある。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直線状（インライン）に配置した場合にも、図１２の構成により液体吐出ヘッド３の被記録媒体の搬送方向の長さの増大を抑えつつ、記録素子基板１０同士のつなぎ部における黒スジや白抜け対策を行うことが出来る。なお、本実施形態では記録素子基板の主平面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た場合でも、本発明の構成を好ましく適用することができる。
(Description of positional relationship between recording element substrates)
FIG. 12 is a plan view showing a partially enlarged adjacent portion of the recording element substrate in two adjacent ejection modules. As shown in FIG. 10, in the present embodiment, a recording element substrate whose outer shape is a substantially parallelogram is used. As shown in FIG. 12, the ejection port arrays (14a to 14d) in which the
［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態によるインクジェット記録装置１０００及び液体吐出ヘッド３の構成を説明する。なお以降の説明においては、主として第１実施形態と異なる部分のみを説明し、第１実施形態と同様の部分については説明を省略する。
[Second Embodiment]
The configurations of the ink
（インクジェット記録装置の説明）
本発明の第２の実施形態によるインクジェット記録装置を図２０に示す。第２実施形態の記録装置１０００はＣＭＹＫのインクごとに対応した単色用の液体吐出ヘッド３を４つ並列配置させることで被記録媒体へフルカラー記録を行う点が第１実施形態とは異なる。第１の実施形態において１色あたりに使用できる吐出口列数が１列だったのに対し、本実施形態２において１色あたりに使用できる吐出口列数は２０列となっている（図１９（ａ））。このため、記録データを複数の吐出口列に適宜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。更に、不吐になる吐出口があったとしても、その吐出口に対して被記録媒体の搬送方向に対応する位置にある、他列の吐出口から補間的に吐出を行うことで信頼性が向上し、商業印刷などに好適である。第１の実施形態と同様に、各液体吐出ヘッド３に対して、記録装置１０００の供給系、バッファタンク１００３及びメインタンク１００６（図２）が流体的に接続される。また、それぞれの液体吐出ヘッド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る。
(Description of inkjet recording apparatus)
An ink jet recording apparatus according to the second embodiment of the present invention is shown in FIG. The
（循環経路の説明）
第１の実施形態と同様に、記録装置１０００及び液体吐出ヘッド３間の液体循環経路としては、第１の実施形態同様、図２又は図３に示した第１および第２の循環経路を用いることができる。
(Explanation of circulation route)
As in the first embodiment, as the liquid circulation path between the
（液体吐出ヘッド構成の説明）
本発明の第２の実施形態に係る液体吐出ヘッド３の構造について説明する。図１３（ａ）及び（ｂ）は本実施形態に係る液体吐出ヘッド３の斜視図である。液体吐出ヘッド３は液体吐出ヘッド３の長手方向に直線状に配列される１６個の記録素子基板１０を備え、１色の液体で記録が可能な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の実施形態同様、液体接続部１１１、信号入力端子９１及び電力供給端子９２を備える。しかしながら本実施形態の液体吐出ヘッド３は、第１の実施形態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に設けられる配線部で生じる電圧低下や信号伝送遅れを低減のためである。
(Description of liquid discharge head configuration)
The structure of the
図１４は液体吐出ヘッド３の斜視分解図であり、液体吐出ヘッド３を構成する各部品またはユニットがその機能毎に分割されて表示されている。各ユニット及び部材の役割や液体吐出ヘッド内の液体流通の順は基本的に第１の実施形態と同様であるが、液体吐出ヘッドの剛性を担保する機能が異なる。第１の実施形態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剛性を担保していたが、第２の実施形態の液体吐出ヘッドでは、液体吐出ユニット３００に含まれる第２流路部材６０によって液体吐出ヘッドの剛性を担保している。本実施形態における液体吐出ユニット支持部８１は第２流路部材６０の両端部に接続されており、この液体吐出ユニット３００は記録装置１０００のキャリッジと機械的に結合されて、液体吐出ヘッド３の位置決めを行う。負圧制御ユニット２３０を備える液体供給ユニット２２０と、電気配線基板９０は、液体吐出ユニット支持部８１に結合される。２つの液体供給ユニット２２０内にはそれぞれフィルタ（不図示）が内蔵されている。２つの負圧制御ユニット２３０は、それぞれ異なる、相対的に高低の負圧で圧力を制御するように設定されている。また、この図のように液体吐出ヘッド３の両端部にそれぞれ、高圧側と低圧側の負圧制御ユニット２３０を設置した場合、液体吐出ヘッド３の長手方向に延在する共通供給流路２１１と共通回収流路２１２における液体の流れが互いに対向する。このようにすると、共通供給流路２１１と共通回収流路２１２の間で熱交換が促進されて、２つの共通流路内における温度差が低減される。そのため、共通流路に沿って複数設けられる各記録素子基板１０における温度差が付きにくく、温度差による記録ムラが生じにくくなるという利点がある。
FIG. 14 is a perspective exploded view of the
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１４に示すように流路部材２１０は、第１流路部材５０、第２流路部材６０を積層したものであり、液体供給ユニット２２０から供給された液体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から環流する液体を液体供給ユニット２２０へと戻すための流路部材として機能する。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、液体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い。具体的にはＳＵＳやＴｉ、アルミナなどを好ましく用いることができる。
Next, details of the
図１５（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１５（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した図である。第１の実施形態とは異なり、第２実施形態における第１流路部材５０は、各吐出モジュール２００毎に対応した複数の部材を隣接して配列したものである。このように分割した構造を採ることで、複数のモジュールを配列させることで、液体吐出ヘッドの長さに対応することが出来るので、例えばＢ２サイズおよびそれ以上の長さに対応した比較的ロングスケールの液体吐出ヘッドに特に好適に適用できる。図１５（ａ）に示すように、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１５（ｂ）に示すように、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と流体的に連通する。図１５（ｃ）は第２流路部材６０の、第１流路部材５０と当接される側の面を示し、図１５（ｄ）は第２流路部材６０の厚み方向中央部の断面を示し、図１５（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図である。第２流路部材６０の流路や連通口の機能は、第１実施形態の１色分と同様である。第２流路部材６０の共通流路溝７１は、その一方が図１６に示す共通供給流路２１１であり、他方が共通回収流路２１２であり、夫々、液体吐出ヘッド３長手方向に沿って、一端側から他端側に液体が供給される。本実施形態においては、第１の実施形態と異なり、共通供給流路２１１と共通回収流路２１２の液体の長手方向は互いに反対方向である。
FIG. 15A shows the surface of the first
図１６は、記録素子基板１０と流路部材２１０との液体の接続関係を示した透視図である。図１６に示したように、流路部材２１０内には、液体吐出ヘッド３の長手方向に伸びる一組の共通供給流路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、各々の第１流路部材５０の個別連通口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１７は、図１６のＦ−Ｆ線における断面を示した図である。この図に示したように、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へ接続されている。図８では不図示であるが、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へ接続されていることは、図１６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、供給した液体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の実施形態と同様に、共通供給流路２１１は負圧制御ユニット２３０（高圧側）と、共通回収流路２１２は負圧制御ユニット２３０（低圧側）と液体供給ユニット２２０を介して接続されている。そのため、その差圧によって、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へと流れる流れが発生する。
FIG. 16 is a perspective view showing a liquid connection relationship between the
FIG. 17 is a view showing a cross section taken along line FF of FIG. As shown in this figure, the common supply channel is connected to the
（吐出モジュールの説明）
図１８（ａ）に、１つの吐出モジュール２００の斜視図を、図１８（ｂ）にその分解図を示す。第１実施形態との差異は、以下の点である。即ち、記録素子基板１０の複数の吐出口列方向に沿った両辺部（記録素子基板１０の各長辺部）に複数の端子１６がそれぞれ配置され、それに電気接続されるフレキシブル配線基板４０も、１つの記録素子基板１０に対して２枚配置される点である。これは記録素子基板１０に設けられる吐出口列数が２０列あり、第１の実施形態の８列よりも大幅に増加しているためである。即ち、端子１６から、吐出口列に対応して設けられる記録素子１５までの最大距離を短く抑制して、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低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、全吐出口列を跨るように開口している。その他の点は、第１の実施形態と同様である。
(Description of discharge module)
FIG. 18A shows a perspective view of one
（記録素子基板の構造の説明）
図１９（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１９（ｃ）は図１９（ａ）の面の裏面を示す模式図である。図１９（ｂ）は図１９（ｃ）において、記録素子基板１０の裏面側に設けられている蓋部材２０を除去した場合の記録素子基板１０の面を示す模式図である。図１９（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って、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。吐出口列数は第１実施形態よりも大幅に増加しているものの、第１実施形態との本質的な差異は、前述のように端子１６が記録素子基板の吐出口列方向に沿った両辺部に配置されていることである。各吐出口列毎に一組の液体供給路１８と液体回収路１９が設けられていること、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、基本的な構成は第１の実施形態と同様である。
(Description of structure of recording element substrate)
FIG. 19A is a schematic diagram of the surface of the
［各実施形態に共通する特徴の説明］
次に、上述した各実施形態に共通の特徴的な構成について説明する。以下では、図１から図１２に示した第１の実施形態に係る液体吐出ヘッドの場合について説明するが、第２の実施形態に係る液体吐出ヘッドの場合も同様である。
[Description of features common to each embodiment]
Next, a characteristic configuration common to the above-described embodiments will be described. Hereinafter, the case of the liquid discharge head according to the first embodiment shown in FIGS. 1 to 12 will be described, but the same applies to the case of the liquid discharge head according to the second embodiment.
（吐出口部内の液体の流れの説明）
図２１は、記録素子基板の吐出口近傍を詳細に説明する模式図である。図２１（ａ）は、液体が吐出される吐出方向から見た平面図、図２１（ｂ）は、図２１（ａ）のＧ−Ｇ線における断面図、図２１（ｃ）は、図２１（ａ）のＧ−Ｇ線における断面を示す斜視図である。
記録素子基板１０において、吐出動作を行っていない吐出口１３では、上述したように、基板１１内に設けられた液体供給路１８内の液体が供給口１７ａ、圧力室２３、回収口１７ｂを経由して液体回収路１９へ流れる循環流Ｃが形成されている。圧力室内の循環流Ｃの速度は、例えば０．１〜１００ｍｍ／ｓ程度であり、液体が流動する状態で吐出動作を行っても、着弾精度等の影響が少ない速度である。このとき、吐出口１３には、液体のメニスカス、すなわち、液体と大気との界面である吐出口界面２４が形成されている。なお、吐出口１３は、図２１（ｂ）に示すように、吐出口形成部材１２に形成された、筒状の吐出口部２５の端部に位置する開口部であって、吐出口部２５は吐出口１３と圧力室２３とを連通する。吐出口１３から液体が吐出される方向（図２１（ｂ）の上下方向）を「吐出方向」と称し、圧力室２３内の液体の流れ方向（図２１（ｂ）の左右方向）を単に「流れ方向」と称する。
ここで、圧力室２３および吐出口部２５の寸法を以下のように定義する。すなわち、図２１（ｂ）に示すように、圧力室２３の、吐出口部２５との連通部分に対して流れ方向の上流側での高さをＨと定義し、吐出口部２５の吐出方向における長さをＰ、流れ方向における長さをＷとそれぞれ定義する。これらの寸法は、一例として、Ｈが３〜３０μｍ、Ｐが３〜３０μｍ、Ｗが６〜３０μｍである。また、以下の説明では、吐出される液体として、不揮発性溶媒濃度が３０％、色材濃度が３％、粘度が０．００２〜０．００３Ｐａ・ｓに調整されたインクを用いた場合を例に挙げる。
(Explanation of liquid flow in the discharge port)
FIG. 21 is a schematic diagram for explaining in detail the vicinity of the ejection opening of the recording element substrate. 21A is a plan view seen from the ejection direction in which the liquid is ejected, FIG. 21B is a cross-sectional view taken along line GG in FIG. 21A, and FIG. 21C is FIG. It is a perspective view which shows the cross section in the GG line of (a).
In the
Here, the dimensions of the
図２２は、吐出口１３近傍の拡大断面図であり、循環流Ｃが定常状態にあるときの吐出口１３、吐出口部２５、および圧力室２３における循環流Ｃの様子を表したものである。具体的には、上述のＨが１４μｍ、Ｐが５μｍ、Ｗが１２．４μｍの記録素子基板１０に対し、流量が１．２６×１０−４ｍｌ／ｍｉｎのインクが供給口１７ａから圧力室２３に流入した際の流れの様子を矢印で示したものである。なお、この図において、矢印の長さは速度の大きさを表すものではない。
吐出口１３からのインクの蒸発により、インクの色材濃度には変化が生じるが、上述した寸法の記録素子基板１０は、そのようなインクが吐出口１３および吐出口部２５に滞留することを抑制するようになっている。すなわち、図２２に示すように、圧力室２３内の循環流Ｃが、一部が吐出口部２５の内部に流れ込み、吐出口１３に形成されたメニスカス位置（メニスカス界面近傍）まで到達した後、再び吐出口部２５から圧力室２３に戻るようになっている。これにより、蒸発の影響を受けやすい吐出口部２５だけでなく、蒸発の影響が特に大きい吐出口界面２４近傍のインクまでもが、吐出口部２５の内部に滞ることなく圧力室２３へと流れ出すことが可能となる。ここで、循環流Ｃは、吐出口界面２４の少なくとも中央部（吐出口の中心部）近傍において、流れ方向（図２１（ｂ）の左から右方向）の速度成分（以下、「正の速度成分」という）を持つことが特徴的である。なお、以下では、図２２に示すような、吐出口界面２４の少なくとも中央部近傍において循環流Ｃが正の速度成分を持つ流れのモードを「流れモードＡ」と呼ぶ。また、後述するように、吐出口界面２４の中央部近傍で正の速度成分とは逆の、負の速度成分（図２１（ｂ）の右から左方向）を持つ流れのモードを「流れモードＢ」と呼ぶことにする。
FIG. 22 is an enlarged cross-sectional view of the vicinity of the
The ink color material density changes due to the evaporation of the ink from the
液体吐出ヘッドにおいて循環流Ｃが流れモードＡになるのか（あるいは流れモードＢになるのか）は、上述した圧力室２３および吐出口部２５の寸法Ｈ、Ｐ、Ｗに応じて決定されることが、本発明者らにより見出されている。すなわち、流れモードＡの液体吐出ヘッドでは、圧力室２３の流れ方向の上流側での高さＨ、吐出口部２５の吐出方向における長さＰ、流れ方向における長さＷ（図２１（ｂ）参照）が、以下の関係を満たしている。
Ｈ−０．３４×Ｐ−０．６６×Ｗ＞１．７ （１）
したがって、式（１）の関係を満たす液体吐出ヘッドでは、図２２に示すような流れモードＡが実現され、式（１）の関係を満たさない液体吐出ヘッドでは、流れモードＢが実現される。なお、式（１）の左辺を判定値Ｊと呼ぶ。
Whether the circulating flow C is in the flow mode A (or the flow mode B) in the liquid discharge head is determined according to the dimensions H, P, and W of the
H -0.34 × P -0.66 × W> 1.7 (1)
Accordingly, the flow mode A as shown in FIG. 22 is realized in the liquid discharge head that satisfies the relationship of the expression (1), and the flow mode B is realized in the liquid discharge head that does not satisfy the relationship of the expression (1). In addition, the left side of Formula (1) is called the judgment value J.
図２３は、液体吐出ヘッドの各寸法と流れモードとの関係を説明するためのグラフである。横軸はＰとＨの比（Ｐ／Ｈ）、縦軸はＷとＰの比（Ｗ／Ｐ）を示している。図中の太線Ｔはしきい線であり、以下の関係を満たす線である。
一方、ＨとＰとＷが以下の関係を満す液体吐出ヘッドでは流れモードＢが実現される。
Ｈ−０．３４×Ｐ−０．６６×Ｗ≦１．７ （４）
なお、流れモードＢの液体吐出ヘッドは、吐出口部２５の吐出方向における長さＰ、すなわち吐出口形成部材１２の厚さを厚くすることができるため、吐出口形成部材１２の割れを抑制することができる点で有利である。また、圧力室２３の高さＨを高くすることができるため、循環流Ｃを生じさせるために必要な圧力差を小さくすることができる点でも有利である。
FIG. 23 is a graph for explaining the relationship between each dimension of the liquid ejection head and the flow mode. The horizontal axis indicates the ratio of P and H (P / H), and the vertical axis indicates the ratio of W and P (W / P). A thick line T in the figure is a threshold line, which satisfies the following relationship.
On the other hand, the flow mode B is realized in the liquid discharge head in which H, P, and W satisfy the following relationship.
H -0.34 × P -0.66 × W ≦ 1.7 (4)
In addition, the liquid discharge head in the flow mode B can increase the length P of the
ここで、上記関係式と吐出口部内の流れについて、図２４および図２５を参照して詳細に説明する。図２４は、様々な形状の液体吐出ヘッドについて吐出口部内の流れの様子を確認した結果を示すグラフである。図２４において、●は流れモードＡになると判定された液体吐出ヘッドを示し、×は流れモードＢになると判定された液体吐出ヘッドを示している。図２５（ａ）から図２５（ｄ）は、それぞれ図２４の点Ａから点Ｄに示す液体吐出ヘッドにおける、吐出口部内の循環流の様子の例を示す図である。
図２４の点Ａに示す液体吐出ヘッドは、Ｈが３μｍ、Ｐが９μｍ、Ｗが１２μｍであり、式（１）の左辺である判定値Ｊは１．９３となって１．７より大きい。この場合、実際の吐出口部２５内の流れは、図２５（ａ）に示すように、吐出口界面２４の中央部近傍で正の速度成分を持った流れモードＡとなる。図２４の点Ｂに示す液体吐出ヘッドは、Ｈが８μｍ、Ｐが９μｍ、Ｗが１２μｍであり、判定値Ｊは１．３９となって１．７より小さい。この場合、実際の吐出口部２５内の流れは、図２５（ｂ）に示すように、吐出口界面２４の中央部近傍で負の速度成分を持った流れモードＢとなる。図２４の点Ｃに対応する液体吐出ヘッドは、Ｈが６μｍ、Ｐが６μｍ、Ｗが１２μｍであり、判定値Ｊは２．０となって１．７より大きい。この場合、実際の吐出口部２５内の流れは、図２５（ｃ）に示すように、吐出口界面２４の中央部近傍で正の速度成分を持った流れモードＡとなる。図２４の点Ｄに対応する液体吐出ヘッドは、Ｈが６μｍ、Ｐが６μｍ、Ｗが６μｍであり、判定値Ｊは１．０となって１．７より小さい。この場合、実際の吐出口部２５内の流れは、図２５（ｄ）に示すように、吐出口界面２４の中央部近傍で負の速度成分を持った流れモードＢとなる。
Here, the relational expression and the flow in the discharge port will be described in detail with reference to FIG. 24 and FIG. FIG. 24 is a graph showing the results of confirming the state of flow in the discharge port for liquid discharge heads of various shapes. In FIG. 24, ● represents a liquid ejection head determined to be in flow mode A, and x represents a liquid ejection head determined to be in flow mode B. FIG. 25A to FIG. 25D are diagrams showing examples of the state of the circulating flow in the discharge port portion in the liquid discharge head shown at points A to D in FIG. 24, respectively.
The liquid discharge head shown at point A in FIG. 24 has H of 3 μm, P of 9 μm, and W of 12 μm, and the determination value J that is the left side of Equation (1) is 1.93, which is larger than 1.7. In this case, the actual flow in the
このように、図２３のしきい線Ｔを境界として、流れモードＡになる液体吐出ヘッドと流れモードＢになる液体吐出ヘッドとを区別することができる。つまり、式（１）の判定値Ｊが１．７より大きい液体吐出ヘッドでは、流れモードＡが実現され、吐出口界面２４の少なくとも中央部近傍で循環流Ｃが正の速度成分を持つ。
なお、吐出口部２５内の循環流Ｃが流れモードＡになるのか流れモードＢになるのかについては、上記のＨ、Ｐ、Ｗの条件が支配的な影響を及ぼす。これら以外の条件、例えば、循環流Ｃの流速、インクの粘度、吐出口１３の幅（流れ方向と直交する方向の長さ）などの条件については、Ｈ、Ｐ、Ｗの条件に比べて影響が非常に小さい。したがって、循環流速やインクの粘度については、要求される液体吐出ヘッド（インクジェット記録装置）の仕様や使用される環境条件に合わせて適宜設定することができる。例えば、圧力室２３における循環流Ｃの流速が０．１〜１００ｍｍ／ｓ、粘度が０．０１Ｐａ・ｓ以下のインクを使用することができる。また、流れモードＡの液体吐出ヘッドにおいて、使用時の環境変化等により吐出口からのインクの蒸発量が増加する場合には、循環流Ｃの流量を適宜多くすることで、流れモードＡを維持することができる。一方で、流れモードＢとなるように寸法設定された液体吐出ヘッドにおいては、循環流Ｃの流量をいくら多くしても流れモードＡにはならない。なお、流れモードＡになる液体吐出ヘッドのうち、特にＨが２０μｍ以下、Ｐが２０μｍ以下、Ｗが３０μｍ以下となる液体吐出ヘッドが好ましく、これにより、より高精細な画像形成が可能となる。
In this way, it is possible to distinguish between the liquid discharge head that is in the flow mode A and the liquid discharge head that is in the flow mode B, with the threshold line T in FIG. That is, in the liquid discharge head having the determination value J of Expression (1) greater than 1.7, the flow mode A is realized, and the circulating flow C has a positive velocity component at least near the central portion of the
Note that whether the circulating flow C in the
流れモードＡの液体吐出ヘッドと流れモードＢの液体吐出ヘッドは、吐出口界面２４の中央部近傍での循環流Ｃの速度成分が異なることで、吐出口部２５内でのインクの色材濃度の状態も異なっている。図２６（ａ）および図２６（ｂ）は、それぞれ流れモードＡおよび流れモードＢの液体吐出ヘッドにおける、吐出口部２５内でのインクの色材濃度の状態を示す図である。具体的には、図２６（ａ）および図２６（ｂ）は、それぞれ流れモードＡおよび流れモードＢの液体吐出ヘッドにおいて流量が１．２６×１０−４ｍｌ／ｍｉｎのインクが圧力室２３に流入した際の、インクの色材濃度を等高線で表している。図２６（ａ）は、Ｈが１４μｍ、Ｐが５μｍ、Ｗが１２．４μｍの液体吐出ヘッドに対応し、図２６（ｂ）は、Ｈが１４μｍ、Ｐが１１μｍ、Ｗが１２．４μｍの液体吐出ヘッドに対応している。
図２６（ａ）に示す流れモードＡの液体吐出ヘッドでは、図２６（ｂ）に示す流れモードＢの液体吐出ヘッドに比べて、吐出口部２５内のインクの色材濃度が相対的に低くなっている。これは、図２６（ａ）に示す流れモードＡの液体吐出ヘッドでは、正の速度成分を持つ循環流Ｃが吐出口界面２４の近傍まで達することで、吐出口部２５内のインクを圧力室２３まで移動（流出）させていることを意味している。これにより、流れモードＡの液体吐出ヘッドでは、吐出口部２５の内部のインクの滞留を抑制することができ、色材濃度の上昇を軽減することが可能となる。
The flow mode A liquid discharge head and the flow mode B liquid discharge head are different in the velocity component of the circulating flow C in the vicinity of the central portion of the
The flow mode A liquid discharge head shown in FIG. 26A has a relatively low colorant concentration of the ink in the
図２７は、図２６（ａ）に示す流れモードＡの液体吐出ヘッド（ヘッドＡ）および図２６（ｂ）に示す流れモードＢの液体吐出ヘッド（ヘッドＢ）からそれぞれ吐出されたインクの色材濃度を比較した実験結果を示すグラフである。具体的には、図２７には、各ヘッドにおいて、圧力室２３に循環流Ｃを発生させた状態と循環流Ｃを発生させずにインクの流れがない状態でそれぞれ被記録媒体に対してインクの吐出を行い、そのときのインクの色材濃度を比較した実験結果が示されている。横軸は、吐出口から液滴を吐出した後の放置時間を示しており、縦軸は、吐出したインクが被記録媒体に形成するドットの色材濃度比、具体的には、吐出周波数１００Ｈｚで吐出させたインクにより形成されたドットの濃度を１としたときの比を示している。
図２７に示すように、循環流Ｃを発生させない場合、ヘッドＡおよびヘッドＢでは共に、放置時間が１秒以上で濃度比は１．３以上となり、放置してから早い時間でインクの色材濃度が高くなっている。一方で、循環流Ｃを発生させた場合、ヘッドＢでは濃度比が約１．３となり、循環流Ｃを発生させない場合よりも色材濃度の増加を低減することができる。しかしながら、その低減効果は、吐出口１３からのインクの蒸発により、吐出口部２５に色材濃度が高くなったインクが滞留しているため十分ではない。また、色材濃度変化が１．２程度以下であれば色ムラの視認が困難であることが本発明者らにより見出されているが、ヘッドＢは、この点でも十分ではない。それに対して、ヘッドＡでは、放置時間が１．５秒程度であっても色材濃度比を１．１以下に抑えることができ、画像の色ムラの発生を低減することができる。なお、図２７は、蒸発に伴い色材濃度が高くなる場合の実験結果を示しているが、蒸発に伴い色材濃度が低くなる場合も同様である。
FIG. 27 shows color materials of ink discharged from the liquid discharge head (head A) in the flow mode A shown in FIG. 26A and the liquid discharge head (head B) in the flow mode B shown in FIG. It is a graph which shows the experimental result which compared the density | concentration. Specifically, in FIG. 27, in each head, the ink is applied to the recording medium in a state where the circulation flow C is generated in the
As shown in FIG. 27, when the circulating flow C is not generated, the head A and the head B both have a leaving time of 1 second or more and a density ratio of 1.3 or more. The concentration is high. On the other hand, when the circulating flow C is generated, the density ratio is about 1.3 in the head B, and the increase in the color material density can be reduced as compared with the case where the circulating flow C is not generated. However, the reduction effect is not sufficient because the ink having a high color material density stays in the
このように、流れモードＡの液体吐出ヘッドでは、正の速度成分を持つ循環流Ｃが吐出口界面２４まで達することで、吐出口部２５内のインク、特に吐出口界面２４近傍のインクを圧力室２３まで移動させることができる。これにより、吐出口部２５内のインクの滞留を抑制することができ、吐出口１３からのインクの蒸発に対しても、吐出口部２５内のインクの色材濃度の上昇を軽減することが可能となる。また、流れモードＡの液体吐出ヘッドでは、吐出動作を休止している状態でも、正の速度成分を持つ循環流Ｃが吐出口界面２４まで達するため、常に吐出口部２５内のインクの色材濃度の上昇が軽減された状態となる。そのため、休止後１発目の吐出を良好に行うことができ、画像の色ムラの発生も軽減することができる。
As described above, in the liquid discharge head in the flow mode A, the circulating flow C having a positive velocity component reaches the
（休止後１発目の吐出方向のずれの説明）
ところで、流れモードＡの液体吐出ヘッドでは、吐出口部２５内の色材濃度は、図２６（ａ）に示すように循環流Ｃの下流側で高く、同様に液体粘度も下流側で大きくなる。一方、流れモードＢの液体吐出ヘッドでは、吐出口部２５内の色材濃度は、図２６（ｂ）に示すように循環流Ｃの上流側で高く、同様に液体粘度も上流側で大きくなる。このように、各流れモードの液体吐出ヘッドでは、吐出口部２５内の色材濃度や液体粘度に偏りが生じ、この偏りに起因して、以下に示すように、液体の吐出方向に目標方向からのずれが生じることがある。なお、この吐出方向のずれは、吐出口部２５内の濃度分布および粘度分布が形成されるまでに一定時間を要するため、連続的に吐出する場合には生じず、一定時間休止後１発目の吐出の場合に生じる現象である。
図２８（ａ）は、流れモードＡの液体吐出ヘッドにおける吐出方向のずれの様子を示す図である。図２８（ｂ）は、図２６（ａ）に示す流れモードＡの液体吐出ヘッドにおいて、循環流Ｃの流速を変えたときの、目標着弾位置からのずれの平均値をプロットしたグラフである。流れモードＡの液体吐出ヘッドでは、吐出口部２５内において、比較的粘度の高い箇所が循環流Ｃの下流側にあるため、液体の吐出方向は、連続的に吐出する場合に比べて、図２８（ａ）に示すように、循環流Ｃの方向に対して上流側にずれてしまうことがある。このずれは、図２８（ｂ）に示すように、例えば約５μｍである。
図２９（ａ）は、流れモードＢの液体吐出ヘッドにおける吐出方向のずれの様子を示す図である。図２９（ｂ）は、図２６（ｂ）に示す流れモードＢの液体吐出ヘッドにおいて、循環流Ｃの流速を変えたときの、目標着弾位置からのずれの平均値をプロットしたグラフである。流れモードＢの液体吐出ヘッドでは、吐出口部２５内において、比較的粘度の高い箇所が循環流Ｃの上流側にあるため、液体の吐出方向は、連続的に吐出する場合に比べて、図２９（ａ）に示すように、循環流Ｃの方向に対して下流側にずれてしまうことがある。このずれは、図２９（ｂ）に示すように、例えば約５μｍである。
(Explanation of deviation in discharge direction for the first shot after rest)
By the way, in the liquid discharge head of the flow mode A, the color material concentration in the
FIG. 28A is a diagram illustrating a state of deviation in the ejection direction in the liquid ejection head in the flow mode A. FIG. FIG. 28B is a graph plotting the average value of deviation from the target landing position when the flow rate of the circulating flow C is changed in the flow mode A liquid ejection head shown in FIG. In the liquid discharge head of the flow mode A, since the relatively high viscosity portion is located on the downstream side of the circulation flow C in the
FIG. 29A is a diagram illustrating a state of deviation in the ejection direction in the liquid ejection head in the flow mode B. FIG. FIG. 29B is a graph plotting the average value of the deviation from the target landing position when the flow rate of the circulating flow C is changed in the flow mode B liquid ejection head shown in FIG. In the liquid discharge head in the flow mode B, since the portion having a relatively high viscosity is on the upstream side of the circulation flow C in the
（液体吐出方向のずれを考慮した液体吐出ヘッド構成の説明）
図３０（ａ）は、上述した液体吐出方向のずれを考慮して構成された液体吐出ヘッドの一構成例を示す平面図であり、図３０（ｂ）は、他の構成例を示す平面図である。図３０（ａ）および図３０（ｂ）には、各吐出口１３に対応する圧力室２３内の循環流Ｃの方向が矢印で示されている。このように、液体吐出ヘッド３の全ての吐出口１３において、循環流Ｃの方向を同一方向にすることで、休止後１発目の吐出方向のずれを揃えることができる。その結果、仮に、休止後１発目の吐出方向がずれてしまったとしても、各吐出口１３におけるずれの方向は同方向なので、例えば罫線を印字する際にも、より高品位な罫線を形成することができ、より高精細で高品位な画像形成が可能になる。
液体吐出ヘッド３の構成としては、図３０（ａ）および図３０（ｂ）に示すインライン配列の例に限定されるものではなく、様々な構成が可能である。図３１（ａ）には、図３０（ｂ）に対応する図が示されているが、このような複数の記録素子基板１０を直線状に配置した構成例に対し、図３１（ｂ）に示すように、複数の記録素子基板１０を千鳥状に配置することも可能である。また、図３１（ａ）および図３１（ｂ）に示すような、１つの支持部材３０に複数の記録素子基板１０が設けられた構成例に対し、図３１（ｃ）および図３１（ｄ）に示すように、複数の支持部材３０に個別に記録素子基板１０が設けられていてもよい。また、記録素子基板１０の主平面の形状も、上述したように、図３１（ａ）および図３１（ｃ）に示す平行四辺形であってもよく、図３１（ｂ）および図３１（ｄ）に示す長方形であってもよい。なお、図３１（ａ）から図３１（ｄ）に示すいずれの構成例においても、液体吐出ヘッド３の全ての吐出口１３において、対応する循環流Ｃの方向は同一である。
(Description of the liquid discharge head configuration in consideration of displacement in the liquid discharge direction)
FIG. 30A is a plan view illustrating a configuration example of the liquid discharge head configured in consideration of the above-described shift in the liquid discharge direction, and FIG. 30B is a plan view illustrating another configuration example. It is. In FIG. 30A and FIG. 30B, the direction of the circulating flow C in the
The configuration of the
（休止後１発目の吐出速度の低下の説明）
図３２は、図２６（ａ）に示す流れモードＡの液体吐出ヘッドにおいて吐出動作の休止時間を様々に変化させ、そのときの休止後の吐出発数に対する吐出速度をプロットしたグラフである。具体的には、縦軸として、休止後１０発目から３０発目までの吐出速度の平均値を１としたときの比をプロットしたグラフである。図３２からも明らかなように、休止後２発目以降の吐出からは、連続的に吐出する場合の吐出速度とほぼ一致した吐出速度になっているが、休止後１発目の吐出では、吐出速度がわずかに遅くなっている。これは、上述したように、吐出動作を休止することで、吐出口部２５内の液体粘度が圧力室２３内よりも多少大きくなるためである。すなわち、吐出速度の低下は、吐出口部２５内の色材濃度（液体粘度）が上昇するまでに一定時間を要するため、上述した吐出方向のずれと同様に、連続的に吐出する場合には生じず、一定時間休止後１発目の吐出の場合に生じる現象である。このような吐出速度の低下は、流れモードＢの液体吐出ヘッドにおいても同様に発生する。
(Explanation of decrease in discharge speed of first shot after pause)
FIG. 32 is a graph plotting the discharge speed with respect to the number of discharges after the stop, in which the discharge operation pause time is variously changed in the flow mode A liquid discharge head shown in FIG. Specifically, it is a graph plotting the ratio when the average value of the discharge speeds from the 10th to the 30th after the pause is 1 as the vertical axis. As is clear from FIG. 32, the discharge after the second discharge after the pause is substantially the same as the discharge speed in the case of continuous discharge, but in the first discharge after the pause, The discharge speed is slightly slow. As described above, this is because the liquid viscosity in the
（被記録媒体との相対的な移動方向を考慮した液体吐出ヘッド構成の説明）
連続的に吐出する場合に比べて休止後１発目の吐出速度が低下することは、被記録媒体上の実際の着弾位置が目標の着弾位置からずれることを意味する。このずれの方向は、常に液体吐出ヘッドに対する被記録媒体の相対的な移動方向（以下、単に「移動方向」ともいう）の上流側である。その一方で、液体の吐出方向のずれによっても着弾位置のずれは発生するが、この着弾位置のずれの方向は、吐出がずれる方向と被記録媒体の移動方向との関係に応じて異なる。また、吐出がずれる方向は、上述したように、流れモードの種類に応じて異なり、流れモードＡの液体吐出ヘッドでは循環流Ｃの方向の上流側であり、流れモードＢの液体吐出ヘッドでは循環流Ｃの方向の下流側である。したがって、以下に示すように、流れモードの種類に応じて被記録媒体の移動方向を適宜設定することで、吐出速度低下による着弾位置のずれと吐出方向のずれによる着弾位置のずれをほぼ相殺させることが可能になる。
(Description of the liquid ejection head configuration in consideration of the relative movement direction with respect to the recording medium)
A decrease in the first discharge speed after the pause compared to the case of continuous discharge means that the actual landing position on the recording medium deviates from the target landing position. The direction of this deviation is always upstream of the relative movement direction of the recording medium with respect to the liquid ejection head (hereinafter also simply referred to as “movement direction”). On the other hand, a deviation in the landing position also occurs due to a deviation in the liquid ejection direction, but the direction of the deviation in the landing position differs depending on the relationship between the direction of ejection deviation and the direction of movement of the recording medium. Further, as described above, the direction in which the discharge is shifted differs depending on the type of the flow mode. It is downstream in the direction of flow C. Therefore, as shown below, by appropriately setting the moving direction of the recording medium according to the type of the flow mode, the deviation of the landing position due to the decrease in the ejection speed and the deviation of the landing position due to the deviation in the ejection direction are almost offset. It becomes possible.
図３３は、流れモードＡの液体吐出ヘッドにおいて、圧力室２３内の循環流Ｃの方向と、液体吐出ヘッドと被記録媒体との相対的な移動方向との関係を示す図である。図３３に示すように、流れモードＡの液体吐出ヘッドでは、圧力室２３内の循環流Ｃの方向と被記録媒体２の搬送方向Ｓは反対方向に設定されている。ここで反対方向とは、必ずしも図３３（ａ）に示す完全な反対方向だけを指すわけではなく、図３３（ｂ）に示すように、循環流Ｃを被記録媒体２の移動方向Ｓにベクトル分解した際に移動方向Ｓの成分とは反対方向の成分を持つことを指すものである。
図３３に示す流れモードＡの液体吐出ヘッドでは、休止後１発目の吐出方向のずれは、上述したように循環流Ｃの上流側であり、そのため、このずれによる着弾位置のずれは、移動方向Ｓの下流側となる。一方、休止後１発目の吐出速度低下による着弾位置のずれは、上述したように、移動方向Ｓの上流側である。したがって、吐出方向のずれによる着弾位置のずれと吐出速度の低下による着弾位置のずれが互いに相殺するようになるため、休止後１発目の吐出において、目標の着弾位置の近傍にインクを着弾させることが可能になる。
FIG. 33 is a diagram illustrating the relationship between the direction of the circulating flow C in the
In the flow mode A liquid ejection head shown in FIG. 33, the deviation in the first ejection direction after the pause is on the upstream side of the circulating flow C as described above. Downstream of the direction S. On the other hand, the displacement of the landing position due to the first discharge speed drop after the stop is upstream in the movement direction S as described above. Accordingly, the deviation of the landing position due to the deviation in the ejection direction and the deviation of the landing position due to the decrease in the ejection speed cancel each other, so that the ink is landed in the vicinity of the target landing position in the first ejection after the pause. It becomes possible.
図３４は、流れモードＢの液体吐出ヘッドにおいて、圧力室２３内の循環流Ｃの方向と、液体吐出ヘッドと被記録媒体との相対的な移動方向との関係を示す図である。図３４に示すように、流れモードＢの液体吐出ヘッドでは、圧力室２３内の循環流Ｃの方向と被記録媒体２の搬送方向Ｓは同一方向に設定されている。ここで同一方向とは、必ずしも図３４（ａ）に示す完全な同一方向だけを指すわけではなく、図３４（ｂ）に示すように、循環流Ｃを被記録媒体２の移動方向Ｓにベクトル分解した際に移動方向Ｓの成分と同一方向の成分を持つことを指すものである。
図３４に示す流れモードＢの液体吐出ヘッドでは、休止後１発目の吐出方向のずれは、上述したように循環流Ｃの下流側であり、そのため、このずれによる着弾位置のずれは、移動方向Ｓの上流側となる。一方、休止後１発目の吐出速度低下による着弾位置のずれは、上述したように、移動方向Ｓの上流側である。したがって、吐出方向のずれによる着弾位置のずれと吐出速度の低下による着弾位置のずれが互いに相殺するようになるため、休止後１発目の吐出において、目標の着弾位置の近傍にインクを着弾させることが可能になる。
FIG. 34 is a diagram illustrating a relationship between the direction of the circulating flow C in the
In the flow mode B liquid ejection head shown in FIG. 34, the deviation in the first ejection direction after the pause is on the downstream side of the circulation flow C as described above. It is upstream in the direction S. On the other hand, the displacement of the landing position due to the first discharge speed drop after the stop is upstream in the movement direction S as described above. Accordingly, the deviation of the landing position due to the deviation in the ejection direction and the deviation of the landing position due to the decrease in the ejection speed cancel each other, so that the ink is landed in the vicinity of the target landing position in the first ejection after the pause. It becomes possible.
以上のように、流れモードの種類に応じて被記録媒体の移動方向を適宜設定することで、休止後１発目の吐出時に生じる吐出速度の変化や吐出方向の乱れに起因する着弾位置の乱れを低減して、より高精細で高品位な画像を形成することが可能になる。
なお、このような方法は、基板１１の温度調節を行うように構成された液体吐出ヘッドに対して、特に有効である。すなわち、基板１１の温度調節を行うことで、基板１１の温度変化により生じる吐出速度の変化や吐出量の変化を抑制することができる反面、液体の温度が上昇すると、吐出口１３からの液体の蒸発量が増え、吐出口部２５内の濃度分布が大きくなる。その結果、休止後１発目の吐出方向のずれや吐出速度の低下が共に大きくなることがあるが、流れモードの種類に応じて被記録媒体の移動方向が適宜設定されていることで、それぞれに起因する着弾位置の乱れを互いに相殺することが可能となる。基板１１の温度を調節するために、液体を吐出するために利用される記録素子１５を温度調節手段として用いることができ、温度調節用の別のヒータを設けることもできる。
また、このような方法は、シリアル型の液体吐出ヘッドにも適用可能であり、その場合、液体吐出ヘッドのスキャン方向に応じて、循環流Ｃの方向を反転させるようになっていればよい。循環流Ｃの方向を反転させる方法としては、２つのタンク間の圧力差を逆転させる方法やポンプの回転を逆転させる方法が挙げられる。
As described above, by appropriately setting the moving direction of the recording medium in accordance with the type of the flow mode, the landing position is disturbed due to the change in the discharge speed or the disorder in the discharging direction that occurs during the first discharge after the pause. This makes it possible to form a higher definition and higher quality image.
Such a method is particularly effective for a liquid discharge head configured to adjust the temperature of the
Such a method can also be applied to a serial type liquid discharge head. In this case, the direction of the circulating flow C only needs to be reversed according to the scanning direction of the liquid discharge head. Examples of a method for reversing the direction of the circulating flow C include a method for reversing the pressure difference between the two tanks and a method for reversing the rotation of the pump.
３ 液体吐出ヘッド
１０ 記録素子基板
１８ 液体供給路
１９ 液体回収路
２３ 圧力室
3
Claims (16)
前記第１および第２の吐出口列に対応して設けられる第１および第２の圧力室列であって、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記録素子を内部に備える圧力室が各々配列される第１および第２の圧力室列と、
前記第１の圧力室列に液体を供給する第１の液体供給路と、前記第１の圧力室列から液体を回収する第１の液体回収路と、
前記第２の圧力室列に液体を供給する第２の液体供給路と、前記第２の圧力室列から液体を回収する第２の液体回収路と、
前記第１の液体供給路から前記第１の圧力室列に液体を供給するための複数の第１の供給口が配列される第１の供給口列と、前記第１の圧力室列から前記第１の液体回収路に液体を回収するための複数の第１の回収口が配列される第１の回収口列と、
前記第２の液体供給路から前記第２の圧力室列に液体を供給するための複数の第２の供給口が配列される第２の供給口列と、前記第２の圧力室列から前記第２の液体回収路に液体を回収するための複数の第２の回収口が配列される第２の回収口列と、
が設けられる記録素子基板を備え、
前記第１の液体供給路、前記第１の液体回収路、前記第２の液体供給路、前記第２の液体回収路がこの順に並列して設けられており、
前記第１の供給口列、前記第１の回収口列、前記第２の供給口列、前記第２の回収口列がこの順に並列して設けられていることを特徴とする液体吐出ヘッド。 First and second ejection port arrays in which ejection ports for ejecting liquid are each arranged in parallel with each other;
The first and second pressure chamber rows provided corresponding to the first and second ejection port rows, the pressure chambers having therein recording elements that generate energy used for ejecting liquid First and second pressure chamber rows each of which is arranged;
A first liquid supply path for supplying liquid to the first pressure chamber row; a first liquid recovery path for recovering liquid from the first pressure chamber row;
A second liquid supply path for supplying liquid to the second pressure chamber row; a second liquid recovery path for recovering liquid from the second pressure chamber row;
A first supply port array in which a plurality of first supply ports for supplying liquid from the first liquid supply path to the first pressure chamber array are arranged; and the first pressure chamber array from the first pressure chamber array A first recovery port array in which a plurality of first recovery ports for recovering liquid in the first liquid recovery path are arranged;
A second supply port array in which a plurality of second supply ports for supplying a liquid from the second liquid supply path to the second pressure chamber array are arranged; and the second pressure chamber array from the second pressure chamber array A second recovery port array in which a plurality of second recovery ports for recovering liquid in the second liquid recovery path are arranged;
A recording element substrate provided with
The first liquid supply path, the first liquid recovery path, the second liquid supply path, and the second liquid recovery path are provided in parallel in this order,
The liquid discharge head, wherein the first supply port array, the first recovery port array, the second supply port array, and the second recovery port array are provided in parallel in this order.
前記第１および第２の吐出口列に対応して設けられる第１および第２の圧力室列であって、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記録素子を内部に備える圧力室が各々配列される第１および第２の圧力室列と、
前記第１の圧力室列に液体を供給する第１の液体供給路と、前記第１の圧力室列から液体を回収する第１の液体回収路と、
前記第２の圧力室列に液体を供給する第２の液体供給路と、前記第２の圧力室列から液体を回収する第２の液体回収路と、
が設けられる記録素子基板を備え、
前記第１の液体供給路、前記第１の液体回収路、前記第２の液体供給路、前記第２の液体回収路がこの順に並列して設けられており、
前記第１および第２の圧力室列に含まれる複数の前記圧力室の各々において、前記液体供給路から前記圧力室を介して前記液体回収路に流れる前記圧力室内の液体の流れ方向は、同一方向であることを特徴とする液体吐出ヘッド。 First and second ejection port arrays in which ejection ports for ejecting liquid are each arranged in parallel with each other;
The first and second pressure chamber rows provided corresponding to the first and second ejection port rows, the pressure chambers having therein recording elements that generate energy used for ejecting liquid First and second pressure chamber rows each of which is arranged;
A first liquid supply path for supplying liquid to the first pressure chamber row; a first liquid recovery path for recovering liquid from the first pressure chamber row;
A second liquid supply path for supplying liquid to the second pressure chamber row; a second liquid recovery path for recovering liquid from the second pressure chamber row;
A recording element substrate provided with
The first liquid supply path, the first liquid recovery path, the second liquid supply path, and the second liquid recovery path are provided in parallel in this order,
In each of the plurality of pressure chambers included in the first and second pressure chamber rows, the flow direction of the liquid in the pressure chamber flowing from the liquid supply path to the liquid recovery path via the pressure chamber is the same. A liquid discharge head having a direction.
前記圧力室の、前記吐出口部との連通部分に対して前記液体の流れ方向の上流側での高さＨと、前記吐出口部の液体の吐出方向における長さＰと、前記吐出口部の前記液体の流れ方向における長さＷとが、
Ｈ−０．３４×Ｐ−０．６６×Ｗ＞１．７
の関係を満たす場合、
前記第１および第２の圧力室列に含まれる複数の前記圧力室の各々の内部を流れる液体の流れ方向は、前記液体吐出ヘッドに対する被記録媒体の相対的な移動方向と反対方向である、請求項１から９のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。 A discharge port portion communicating the discharge port and the pressure chamber;
The height H of the pressure chamber on the upstream side in the liquid flow direction with respect to the communication portion with the discharge port portion, the length P of the discharge port portion in the liquid discharge direction, and the discharge port portion And the length W in the liquid flow direction of
H -0.34 × P -0.66 × W> 1.7
If the relationship of
The flow direction of the liquid flowing through each of the plurality of pressure chambers included in the first and second pressure chamber rows is opposite to the moving direction of the recording medium relative to the liquid ejection head. The liquid discharge head according to claim 1.
前記圧力室の、前記吐出口部との連通部分に対して前記液体の流れ方向の上流側での高さＨと、前記吐出口部の液体の吐出方向における長さＰと、前記吐出口部の前記液体の流れ方向における長さＷとが、
Ｈ−０．３４×Ｐ−０．６６×Ｗ≦１．７
の関係を満たす場合、
前記第１および第２の圧力室列に含まれる複数の前記圧力室の各々の内部を流れる液体の流れ方向は、前記液体吐出ヘッドに対する被記録媒体の相対的な移動方向と同一方向である、請求項１から９のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。 A discharge port portion communicating the discharge port and the pressure chamber;
The height H of the pressure chamber on the upstream side in the liquid flow direction with respect to the communication portion with the discharge port portion, the length P of the discharge port portion in the liquid discharge direction, and the discharge port portion And the length W in the liquid flow direction of
H -0.34 × P -0.66 × W ≦ 1.7
If the relationship of
The flow direction of the liquid flowing through each of the plurality of pressure chambers included in the first and second pressure chamber rows is the same direction as the relative movement direction of the recording medium with respect to the liquid discharge head. The liquid discharge head according to claim 1.
複数の前記記録素子基板と、
前記複数の記録素子基板を支持するとともに、前記複数の記録素子基板に液体を供給する共通供給流路と、前記複数の記録素子基板から液体を回収する共通回収流路と、を備える流路部材と、
を有する、請求項１から１１のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。 A page-wide liquid ejection head,
A plurality of the recording element substrates;
A flow path member that supports the plurality of recording element substrates and includes a common supply channel that supplies liquid to the plurality of recording element substrates and a common recovery path that recovers liquid from the plurality of recording element substrates. When,
The liquid discharge head according to claim 1, comprising:
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