JP2019005988A - 液体吐出ヘッドおよび液体吐出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】液体吐出ヘッド内の液体を循環させる循環方式において、吐出口付近における液体の増粘をより確実に抑制すること。【解決手段】流入路１５を通して液体が流入され、かつ流出路１６を通して液体が流出される圧力室Ｒと、前記圧力室に連通する吐出口と、前記圧力室内の液体を前記吐出口から吐出させるための吐出エネルギー発生素子１４と、を備える液体吐出ヘッドであって、吐出口は、インクの吐出方向の上流側に位置する第１の吐出口１１と、吐出方向の下流側に位置する第２の吐出口２３と、を含む。第２の吐出口２３は、第１の吐出口１１の開口縁部の少なくとも一部から径方向外方に拡径する拡径部２４を含む。【選択図】図９

Description

本発明は、インク等の液体を吐出可能な液体吐出ヘッドおよび液体吐出装置に関するものである。

液体吐出装置としてのインクジェット記録装置に備わる記録ヘッド（液体吐出ヘッド）においては、液体のインクが吐出される吐出口からのインク中の揮発成分の蒸発により、その吐出口付近のインクが増粘する。このようなインクの増粘が生じた場合には、吐出口からのインクの吐出速度および吐出方向が変化して、インク滴の着弾精度に影響を及ぼすおそれがある。特に、インクを吐出しない休止時間が長い場合には、インクの粘度の増加が顕著となり、インクの固形成分が吐出口付近に固着してインクの流体抵抗を増加させ、インクの吐出不良を招くおそれがある。

特許文献１には、吐出口からのインク中の揮発成分の蒸発に伴うインクの増粘を抑制するために、記録ヘッド内においてインクを循環させる構成が記載されている。

特開２００２−３５５９７３号公報

しかしながら、本発明者らの検討の結果、特許文献１のようなインクの循環させる構成だけでは、インクの色材濃度が変化して、記録画像に色ムラが生じるおそれがあることを見出した。特に、吐出されるインク滴の体積が小さい場合、記録ヘッドが高温の場合、およびインクの固形分が多い場合のうちの少なくとも１つの条件を満たす場合に、インクの色材濃度が変化して、記録画像の色ムラが生じやすかった。

本発明の目的は、液体吐出ヘッド内の液体を循環させる循環方式において、吐出口付近における液体の増粘をより好適に抑制することができる液体吐出ヘッドおよび液体吐出装置を提供することにある。

本発明の液体吐出ヘッドは、流入路を通して液体が流入され、かつ流出路を通して液体が流出される圧力室と、前記圧力室に連通する吐出口と、前記圧力室内の液体を前記吐出口から吐出させるための吐出エネルギー発生素子と、を備える液体吐出ヘッドであって、前記吐出口は、液体の吐出方向の上流側に位置する第１の吐出口と、前記吐出方向の下流側に位置する第２の吐出口と、を含み、前記第２の吐出口は、前記第１の吐出口の開口縁部の少なくとも一部から径方向外方に拡径する拡径部を含むことを特徴とすることを特徴とする。

本発明によれば、液体吐出ヘッド内の液体を循環させる循環方式において、吐出口の構成を特定することにより、吐出口付近における液体の増粘をより好適に抑制することができる。液体吐出ヘッドが液体のインクを吐出する記録ヘッドである場合には、吐出口付近におけるインクの増粘を抑制して、高品位の画像を記録することができる。

本発明を適用可能な記録装置の概略構成図 図１の記録装置におけるインク供給系の説明図 本発明の第１の実施形態における記録ヘッドの要部の構成図 図３の記録ヘッドの吐出口部近傍におけるインクの流れの説明図 異なる記録ヘッドにおける吐出口近傍のインクの流れの説明図 記録ヘッド内のインクの流れ、および吐出口からのインクの揮発成分の蒸発量の説明図 形態Ａの吐出口を含む記録ヘッドの説明図 形態Ｂの吐出口を含む記録ヘッドの説明図 形態Ｃの吐出口を含む記録ヘッドの説明図 異なる記録ヘッドにおける吐出口からのインクの揮発成分の平均蒸発速度の時間変化の説明図 形態Ａ，Ｂの吐出口からのインクの揮発成分の蒸発速度分布の説明図 形態Ａ，Ｂの吐出口におけるインクの濃縮状態の説明図 吐出口の他の形態の説明図 吐出口のさらに他の形態の説明図 吐出口のさらに他の形態の説明図

以下の実施形態における液体吐出ヘッドおよび液体吐出装置は、液体のインクを吐出可能なインクジェット記録ヘッドおよびインクジェット記録装置としての適用例である。

（記録装置の構成）
図１（ａ）は、本発明を適用可能なインクジェット記録装置（液体吐出装置）１００の基本構成を説明するための要部の概略斜視図である。本例の記録装置１００は、いわゆるフルライン方式の記録装置であり、記録媒体Ｗを矢印Ａの搬送方向に搬送する搬送部１０１と、インク（液体）を吐出可能なインクジェット記録ヘッド（液体吐出ヘッド）１０と、備えている。本例の搬送部１０１は、搬送ベルト１０１Ａを用いて記録媒体Ｗを搬送する。記録ヘッド１０は、記録媒体Ｗの搬送方向と交差（本例の場合は、直交）する方向に延在するライン型（ページワイド型）の記録ヘッドであり、インクを吐出可能な複数の吐出口が記録媒体Ｗの幅方向に沿って配列されている。記録ヘッド１０に対しては、不図示のインクタンクから、インク流路を構成するインク供給部を通してインクが供給される。記録媒体Ｗを連続的に搬送しつつ、記録データ（吐出データ）に基づいて、記録ヘッド１０の吐出口からインクを吐出することにより、記録媒体Ｗに画像が記録される。記録媒体Ｗはカットシートのみに限定されず、長尺なロールシートなどであってもよい。

図１（ｂ）は、記録装置１００の制御系の構成例を説明するためのブロック図である。ＣＰＵ（制御部）１０２は、記録装置１００の動作の制御処理やデータ処理等を実行する。ＲＯＭ１０３には、それらの処理手順等のプログラムが格納され、ＲＡＭ１０４は、それらの処理を実行するためのワークエリアなどとして用いられる。記録ヘッド１０は、複数の吐出口と、それぞれの吐出口に連通する複数のインク流路と、それぞれのインク流路に配備された複数の吐出エネルギー発生素子と、が備えられており、これらによってインクを吐出可能な複数のノズルが形成されている。これらのノズルは記録素子として機能する。吐出エネルギー発生素子としては、電気熱変換素子（ヒータ）やピエゾ素子などを用いることができる。電気熱変換素子を用いた場合には、その電気熱変換素子の発熱によりインク流路内のインクを発泡させ、その発泡エネルギーを利用して吐出口からインクを吐出することができる。記録ヘッド１０からのインクの吐出は、ホスト装置１０５などから入力される画像データに基づいて、ＣＰＵ１０２がヘッドドライバ１０Ａを介して吐出エネルギー発生素子を駆動することにより行われる。ＣＰＵ１０２は、モータドライバ１０１Ｂを介して、搬送部１０１における搬送モータ１０１Ｃを駆動する。

（インク供給系の構成）
図２は、本実施形態における記録ヘッド１０にインクを供給するためのインク供給系の模式図である。インクタンク２０１内のインクは、インク供給流路（液体供給流路）２０２を通して記録ヘッド１０に供給される。記録ヘッド１０に供給されたインクの一部は吐出口１１から吐出され、他のインクは、インク回収流路（液体回収流路）２０４を通してインクタンク２０１に回収される。インク供給流路２０２に備わる負圧調整装置２０３と、インク回収流路２０４に備わる定流量ポンプ２０５と、によって、インクタンク２０１と記録ヘッド１０との間にインクの循環流を生じさせつつ、吐出口１１内におけるインクの圧力を調整する。インクの循環流を発生させる定流量ポンプ２０５および負圧調整装置２０３は、記録ヘッド１０と一体的に設けることができ、あるいは記録ヘッド１０の外部に取り付けて、供給チューブ等を介して記録ヘッド１０に接続させることもできる。また、記録素子基板の内部に、マイクロポンプのようなＭＥＭＳ素子として組み込むことも可能である。本発明は後述するように、エネルギー発生素子を内部に備える圧力室Ｒに液体を供給し、吐出口から吐出されないインクを圧力室Ｒの内部から外部に流出させる形態の液体吐出ヘッドおよび液体吐出装置に対して好適に適用可能である。図２の構成は、このようなインクの流れを発生させる一例としてのものであり、その他の構成も適用である。例えば、図２の定流量ポンプ２０５に代えて、記録ヘッド１０の内部にマイクロアクチュエータを設けることで上記インクの流れを形成する場合にも、本発明を適用可能である。

（記録ヘッドの構成）
図３は、記録ヘッド１０における吐出口１１の近傍部分の説明図である。図３（ａ）は、吐出口１１から視た記録ヘッド１０の要部の平面図、図３（ｂ）は、図３（ａ）におけるＩＩＩｂ−ＩＩＩｂ線に沿う断面図、図３（ｃ）は、記録ヘッド１０の要部を断面した斜視図である。

本例の記録ヘッド１０には、吐出口１１、流路１３、および吐出エネルギー発生素子としての電気熱変換素子（ヒータ）１４が形成されている。流路１３には、その一端側から他端側に向かってインクが供給され、流路１３における一端側と他端側との間の領域には圧力室Ｒと、その圧力室Ｒに連通する吐出口１１と、が形成されている。流路１３は圧力室Ｒに対して上流側に設けられる第１の流路と、下流側に設けられる第２の流路と、を備え、第１の流路を介して圧力室Ｒに供給された液体は、第２の流路を介して圧力室Ｒの外部に回収される。吐出口１１には、インクのメニスカスによって、インクと大気との間の界面１２が形成される。ヒータ１４の発熱によって圧力室Ｒ内のインクを発泡させることにより、その発泡エネルギーを利用して吐出口１１からインクを吐出することができる。吐出エネルギー発生素子は、ヒータ１４のみに限定されず、例えば、圧電素子等の各種エネルギー発生素子を用いることができる。

記録ヘッド１０の素子基板１８には、流路１３と交差する方向に延在する流入路１５と流出路１６が貫通孔として形成されている。流入路１５は図２のインク供給流路２０２に連通し、流出路１６は図２のインク回収流路２０４に連通する。これにより記録ヘッド１０には、図３中の矢印のように、インク供給流路２０２、流入路１５、流路１３の一端側、吐出口１１、流路１３の他端側、流出路１６、およびインク回収流路（液体回収流路）２０４を通してインクが循環される。本例の場合は、流路１３内にインクが流れている状態において、ヒータ１４を駆動することにより吐出口１１からインクを吐出させることができる。流路１３内におけるインクの循環流の流速は、例えば、流速０．１ｍｍ／ｓから１００ｍｍ／ｓ程度であり、インクが流路１３内を流れた状態においてインクの吐出動作を行っても、インク滴の着弾精度等に対する影響は小さい。圧力室Ｒは、このような流速のインクの流動を許容し、そのインクのメニスカスが吐出口１１に形成される。

ヒータ１４は、シリコン（Ｓｉ）によって構成される素子基板１８に形成されている。吐出口１１、および、その吐出口１１と流路１３とを連通する吐出口部１７は、オリフィスプレート１９に形成されている。吐出口１１は、オリフィスプレート１９の表面（吐出口形成面）に形成される開口部であり、吐出口部１７は、その吐出口１１と流路１３とを接続する筒状の連通部である。

（記録ヘッド内の寸法（Ｐ，Ｗ，Ｈ）の関係）
図３（ｂ）のように、流路１３と吐出口部１７との連通部分よりもインクの流れ方向の上流側（図３（ｂ）中の左側）における流路１３の高さをＨとし、インクの吐出方向における吐出口部１７の長さをＰとする。また、流路１３内のインクの流れ方向における吐出口部１７の幅をＷとする。本例において、高さＨは３〜３０ｕｍ、長さＰは３〜３０ｕｍ、幅Ｗは６〜３０ｕｍであり、使用するインクは、不揮発性溶媒濃度が３０％、色材濃度が３％、粘度が０．００２〜０．００３Ｐａ・ｓに調整した。

図４（ａ）は、記録ヘッド１０内のインクの循環流が定常状態であるときの、吐出口１１、吐出口部１７、および流路１３におけるインクの流れの説明図である。この図４（ａ）におけるベクトルの長さは、速度の量を表すものではなく、全ての速度値とは無関係である。図４（ａ）においては、高さＨが１４ｕｍ、長さＰが５ｕｍ、幅Ｗが１２．４ｕｍである記録ヘッド１０に対して、流入路１５からインクが１．２６×１０−４ｍｌ／ｍｉｎの速度で流路１３内に流入したときのインクの流れを矢印によって表す。

本例においては、吐出口１１からのインクの揮発成分の蒸発によりインク中の色材濃度が変化した場合を考慮し、このようなインクが吐出口１１および吐出口部１７内に滞留することを抑制す。そのために、図４（ａ）のように、流路１３内のインクの循環流の一部を吐出口部１７の内部に入り込ませる。そして、その吐出口部１７内のインクが界面１２の近傍にまで達した後に、そのインクを吐出口部１７から流路１３に戻す。流路１３に戻されたインクは、流出路１６から図２のインク回収流路２０４を通して循環される。このように、インクの循環流は、その一部が吐出口部１７の内部に入り込み、吐出口１１に形成されたインクのメニスカス（界面１２）の近傍位置まで到達した後に、流路１３に戻される。これにより、インクの揮発成分の蒸発の影響を受けやすい吐出口部１７内のインクだけではなく、その影響が特に大きい界面１２近傍のインクも吐出口部１７の内部に滞留させることなく、流路１３へと流し出すことができる。

界面１２近傍の少なくとも中央部（吐出口１１の中心部）におけるインクの流れは、図４（ａ）のように、流路１３内のインクの流れ方向（図４（ａ）中の左方から右方）の速度成分（以降、「正の速度成分」という）を持つ。以下の説明においては、図４（ａ）のように、界面１２近傍の中央部において正の速度成分を持つインクの流れモードを「流れモードＡ」とする。また、後述する図５（ｂ），（ｄ）の比較例のように、界面１２近傍の中央部において正の速度成分とは逆の「負の速度成分」を持つインクの流れモードを「流れモードＢ」とする。

本発明者らの検討の結果、流れモードＡの記録ヘッドは、下記の関係式（１）を満たすことが分かった。流れモードＡの記録ヘッドは、上述したように、インクの揮発成分の蒸発により色材濃度が変化したインクを吐出口１１に滞留させることなく、流路１３に流し出すことができる。すなわち、流れモードＡの記録ヘッドは、図３（ｂ）における高さＨ、長さＰ、および幅Ｗが下記の関係式（１）を満たす。

関係式（１）の左辺を判定値Ｊとする。図４（ａ）のような流れモードＡの記録ヘッドは関係式（１）を満たし、流れモードＢの記録ヘッドは関係式（１）を満たさないことが解明できた。

図４（ｂ）は、流れモードＡの記録ヘッドと、流れモードＢの記録ヘッドと、の関係の説明図である。図４（ｂ）の横軸は、長さＰと高さＨの比（Ｐ／Ｈ）であり、縦軸は、幅Ｗと長さＰの比（Ｗ／Ｐ）である。図４（ｂ）中のラインＬは、下記の関係式（２）を満たすしきい線である。

これらのＨ，Ｐ，Ｗの関係がしきい線Ｌの上部（図４（ｂ）中斜線の領域）に入る記録ヘッドは流れモードＡとなり、Ｈ，Ｐ，Ｗの関係がしきい線Ｌの下部に入る記録ヘッドは流れモードＢとなることが分かった。つまり、下記の関係式（３）を満たす記録ヘッドは流れモードＡとなる。

関係式（３）を整理すると関係式（１）となることから、これらのＨ，Ｐ，Ｗの関係が関係式（１）を満たす記録ヘッド（判定値Ｊが１．７以上の記録ヘッド）は流れモードＡとなる。

図５は、複数の異なる記録ヘッドにおける吐出口１１近傍のインクの循環流の説明図である。図４（ｃ）は、図５の記録ヘッドを含む複数の記録ヘッドにおける流れモードの判定結果の説明図であり、同図中の●印は、流れモードＡと判定された記録ヘッドであり、×印は、流れモードＢと判定された記録ヘッドである。

図５（ａ）の記録ヘッドは、高さＨが３ｕｍ、長さＰが９ｕｍ、幅Ｗが１２ｕｍであり、関係式（１）の左辺の判定値Ｊは、１．７よりも大きい１．９３となる。この記録ヘッドにおける実際の循環流の流れを確認した結果、図５（ａ）のような流れモードＡであった。この記録ヘッドの判定結果は、図４（ｃ）中の点ＰＡに対応する。図５（ｂ）の記録ヘッドは、高さＨが８ｕｍ、長さＰが９ｕｍ、幅Ｗが１２ｕｍであり、判定値Ｊは、１．７よりも小さい１．３９となる。この記録ヘッドにおける実際の循環流の流れを確認した結果、図５（ｂ）のような流れモードＢであった。この記録ヘッドの判定結果は、図４（ｃ）中の点ＰＢに対応する。図５（ｃ）の記録ヘッドは、高さＨが６ｕｍ、長さＰが６ｕｍ、幅Ｗが１２ｕｍであり、判定値Ｊは１．７よりも大きい２．０となる。この記録ヘッドにおける実際の循環流の流れを確認した結果、図５（ｃ）のような流れモードＡであった。この記録ヘッドの判定結果は、図４（ｃ）中の点ＰＣに対応する。図５（ｄ）の記録ヘッドは、高さＨが６ｕｍ、長さＰが６ｕｍ、幅Ｗが６ｕｍであり、判定値Ｊは１．７よりも小さい１．０となる。この記録ヘッドにおける実際の循環流の流れを確認した結果、図５（ｄ）のような流れモードＢであった。この記録ヘッドの判定結果は、図４（ｃ）中の点ＰＤに対応する。

このように、図４（ｂ）中のしきい線Ｌを境界として、流れモードＡの記録ヘッドと、流れモードＢの記録ヘッドと、を分けることができる。つまり、関係式（１）における判定値Ｊが１．７より大きい記録ヘッドが流れモードＡとなり、このような記録ヘッドにおいては、界面１２の少なくとも中央部におけるインクの流れが正の速度成分を持つ。

吐出口部のインクの流れが流れモードＡまたは流れモードＢのいずれになるかは、上記のＰ，Ｗ，Ｈの関係が支配的な影響を及ぼす。これらのＰ，Ｗ，Ｈの関係に関する条件以外の条件、例えば、インクの循環流の流速、インクの粘度、循環流の流れの方向、および幅Ｗと直交する方向の吐出口１１の幅などの条件による影響は、Ｐ，Ｗ，Ｈの関係による影響よりも極めて小さい。よって、インクの循環流の流速およびインクの粘度は、要求される記録ヘッドおよび記録装置の仕様、および、それらに使用環境の条件に応じて、適宜設定すればよい。例えば、流路１３内のインクの循環流の流速を０．１〜１００ｍｍ／ｓに設定し、インクの粘度を１０ｃＰ以下に設定することができる。また、使用環境の変化等によって吐出口からのインクの揮発成分の蒸発量が増加する場合には、インクの循環流の流量を適宜多くすることによって、インクの流れを流れモードＡとすることができる。流れモードＢの記録ヘッドに関しては、インクの循環流の流量をいくら多くしても流れモードＡとはならない。つまり、流れモードＡまたは流れモードＢのいずれになるかは、インクの流速およびインクの粘度の条件ではなく、Ｈ，Ｐ，Ｗの関係に関する条件が支配的となる。また、流れモードＡの記録ヘッドの中において、特に、高さＨが２０ｕｍ以下、長さＰが２０ｕｍ以下、幅Ｗが３０ｕｍ以下の記録ヘッドは、より高精細な画像の記録が可能となるため好ましい。

（インクの蒸発速度と循環流との関係）
図６（ａ）は、流れモードＢ（Ｊ＝１．３）の記録ヘッド内におけるインクの濃縮状態の説明図であり、図６（ｂ）は、流れモードＡ（Ｊ＝２．３）の記録ヘッド内におけるインクの濃縮状態の説明図である。流れモードＢの記録ヘッドにおいては、図６（ａ）のように、インクの循環流が吐出口部１７内に入りにくく、インクの濃縮される濃縮領域Ｓが広い。一方、流れモードＡの記録ヘッドにおいては、図６（ｂ）のように、インクの循環流が吐出口部１７内に入りやすい。しかし、図６（ｂ）のように、吐出口１１の開口縁部付近、特に、吐出口部１７内におけるインクの流動方向の下流側の位置に、インクが滞留しやすい濃縮領域Ｓが生じるおそれがある。このような濃縮領域Ｓが生じた場合には、吐出口１１の開口縁部付近におけるインクが増粘して、特に、インクの固形分量が多い場合（例えば、８ｗｔ％以上の場合）に、インクが正常に吐出されにくくなるおそれがある。

前述したように、流れモードＡの記録ヘッドにおいては、インクの循環流が界面１２の近傍まで達して正の速度成分を持つ。そのため、吐出口部１７内のインク、特に、界面１２の近傍のインクは、流路１３内のインクと置換しやすく、吐出口部１７内のインクの滞留を抑制することができる。したがって、吐出口１１からのインクの揮発成分の蒸発の影響、つまり吐出口部１７内のインクの色材濃度の上昇を軽減することができる。しかし、図６（ｂ）のように、吐出口部１７内にインクの循環流が存在しても、吐出口１１の開口縁部付近のインクに滞留が生じるおそれがある。その理由は、インクの粘性により、吐出口１１の開口縁部付近にインクの循環流が生じにくいため、および、吐出口１１の開口縁部からのインクの揮発成分の蒸発量が大きくて、吐出口１１の開口縁部付近にインクが増粘しやすいためである。図６（ｃ）において、横軸は、吐出口１１の中央位置を基準とする吐出口１１の幅方向の位置を示し、縦軸は、それらの位置におけるインクの揮発成分の蒸発速度を示す。図６（ｃ）に示すように、吐出口１１の開口縁部における蒸発速度が大きい。その理由は、後述するように、吐出口１１の開口縁部におけるインクは、吐出口１１の中央部のインクよりも拡散しやすいからである。このように、吐出口１１の開口縁部からのインクの揮発成分の蒸発量が大きく、さらにインクの循環流が生じにくいために、吐出口１１の開口縁部付近のインクは濃縮されやすい。

本実施形態においては、このような吐出口１１の開口縁部からのインクの揮発成分の蒸発量を抑制するために、吐出口１１および吐出口部１７とは別に、定常状態においてインクのメニスカス界面が形成されない吐出口と吐出口部とを新たに設ける。以下、前者の吐出口１１および吐出口部１７を第１の吐出口および第１の吐出口部とし、後者の吐出口および吐出口部を第２の吐出口および第２の吐出口部とする。

本例においては、図７のように第１の吐出口１１および第１の吐出口部１７が形成された記録ヘッドに対して、図８および図９のように第２の吐出口２１と第２の吐出口部２２を設ける。なお、素子基板１８とオリフィスプレート１９との間には、フィルタを構成する柱部２０が形成されている。図８における第２の吐出口２１の開口径は第１の吐出口１１よりも大径であって、第２の吐出口２１と第１の吐出口１１とを連通する第２の吐出口部２２は、インクの吐出方向にストレートに延在する。図９における第２の吐出口２３は第１の吐出口１１よりも大径であって、第２の吐出口２３と第１の吐出口１１とを連通する第２の吐出口部２４は、第１の吐出口１１から第２の吐出口に向かうにしたがって径方向外方に傾斜する傾斜面を含む。本例の第２の吐出口部２４における傾斜面は、曲線（例えば、カテナリー曲線）に沿う凹曲面である。これらの第２の吐出口２１，２３および吐出口部２２，２４は、オリフィスプレート１９の上部に位置する第２のオリフィスプレート１９に形成されている。以下、図７，図８，図９における吐出口の形態をそれぞれ形態Ａ，形態Ｂ，形態Ｃとする。

本例における第２の吐出口２１，２３は、第１の吐出口１１と同様の断面円形であり、それらの中心軸線は一致している。したがって、それらの第２の吐出口２１，２３は、第１の吐出口１１の開口縁部から径方向外方に拡径する拡径部を含み、その拡径部は第１の吐出口１１の開口縁部の全周に位置する。このような拡径部は、必ずしも第１の吐出口１１の開口縁部の全周に位置しなくてもよく、第１の吐出口１１の吐出口１１の開口縁部の少なくとも一部から、径方向外方に拡径すればよい。前述したように、吐出口部１７内におけるインクの流動方向の下流側にインクが滞留しやすいため、少なくとも、その流動方向の下流側には拡径部を位置させることが好ましい。また、第１の吐出口および第２の吐出口の形状は図９に示す円形に限られず、例えば楕円形状であってもよい。また、図１５で後述するように、吐出口の外縁から中心に向かって延在する複数の突起を備える吐出口形状であってもよい。

（流れモードＢの記録ヘッド）
図１０（ａ）は、流れモードＢ（Ｊ＝１．３）の記録ヘッドにおける吐出口からのインクの揮発成分の平均蒸発速度の時間変化の説明図であり、その記録ヘッドにおける吐出口の形態を図７，図８，図９のような形態Ａ，Ｂ，Ｃとした場合の比較結果である。初期段階におけるインクの揮発成分の蒸発量は、形態Ａ，Ｂ，Ｃの順に低下する。このような結果は、吐出口の開口縁部からのインクの拡散しやすさの程度に起因する。図１１（ａ），（ｂ）は、図７，図９のような形態Ａ，Ｃの吐出口におけるインクの拡散のしやすさの程度の説明図である。これらの吐出口の形態Ａ，Ｃのそれぞれにおいて、吐出口の開口縁部以外におけるインクの拡散のしやすさの程度は同様である。一方、それらの吐出口の形態Ａ，Ｃのそれぞれにおいて、吐出口の開口縁部のインクが周囲の大気と接する領域は、吐出口の開口縁部以外におけるインクが周囲の大気と接する領域よりも広い。そのため、吐出口の形態Ａ，Ｃのそれぞれにおいて、吐出口の開口縁部のインクは拡散しやすくなる。

吐出口の形態Ａ，Ｃを比較した場合、形態Ｃにおいては第２の吐出口２３および第２の吐出口部２４が存在するため、形態Ｃの吐出口における開口縁部のインクは、周囲の大気と接する領域が減少して拡散が抑制される。図１１（ｃ）は、形態Ａ，Ｃの吐出口からのインクの揮発成分の蒸発速度分布の説明図であり、形態Ｃにおいては、吐出口の開口縁部からのインクの揮発成分の蒸発量が抑制される。このように、第２の吐出口２３および第２の吐出口部２４が存在することによって、吐出口の開口縁部からのインクの揮発成分の蒸発量が抑制される。

ところで時間の経過と共に、形態Ａ、Ｂ，Ｃの吐出口からのインクの揮発成分の蒸発量の差異は小さくなる。その理由は、流れモードＢの記録ヘッドであるために、吐出口部１７内のインク、特に界面１２近傍のインクがインクの循環流によって置換されにくいからである。図１２（ａ），（ｂ）は、吐出口の形態が形態Ａ，Ｃである流れモードＢの記録ヘッドにおける、インクの濃縮状態の説明図である。形態Ａ，Ｃのいずれにおいても吐出口の界面近傍におけるインクの濃縮は解消されないため、図１１（ｃ）のように、吐出口の開口縁部からのインクの揮発成分の蒸発量の差異が現れにくいと考えられる。

（流れモードＡの記録ヘッド）
図１０（ｂ）は、流れモードＡ（Ｊ＝２．３）の記録ヘッドにおける吐出口からのインクの揮発成分の平均蒸発速度の時間変化の説明図であり、その記録ヘッドにおける吐出の形態を図７，図８，図９の形態Ａ，Ｂ，Ｃとして場合の比較結果である。初期段階におけるインクの揮発成分の蒸発量は、前述した図１０（ａ）の場合と同様であるものの、時間が経過しても形態Ａ，Ｂ，Ｃにおけるインクの揮発成分の蒸発量の差異は大きいままである。その理由は、流れモードＡの記録ヘッドであるために、吐出口部１７内のインク、特に界面１２近傍のインクがインクの循環流によって置換されやすく、形態Ａ，Ｂ，Ｃに応じて吐出口の開口縁部からのインクの揮発成分の蒸発量の差異が現れやすいからである。図１２（ｃ），（ｄ）は、吐出口の形態が形態Ａ，Ｃである流れモードＡの記録ヘッドにおける、インクの濃縮状態の説明図である。流れモードＡの記録ヘッドであるにも拘わらず、形態Ａの場合には、図１２（ｃ）のように吐出口の開口縁部にインクの濃縮が生じる。一方、形態Ｃの場合には、図１２（ｄ）のように吐出口の開口縁部におけるインクの濃縮が抑制される。したがって、吐出口の開口縁部におけるインクの濃縮による増粘の影響を受けにくく、特に、インクの固形分量が多い場合（例えば、８％以上）においても正常な吐出を実現することができる。

第２の吐出口の形態は、図８，図９のような形態Ｂ，Ｃのみに限定されず、例えば、図１３，図１４，図１５のような形態であっても同様の効果を得ることができる。図１３における第２の吐出口２６は第１の吐出口１１よりも大径であり、第２の吐出口部２７は、その内面が直線に沿うように、第１の吐出口１１に近づくにしたがって内径が小さくなる形状である。図１４における第２の吐出口２８は第１の吐出口１１よりも大径であり、第２の吐出口部２９は、その内面が凸曲線を描くように、第１の吐出口１１に近づくにしたがって内径が小さくなる形状である。特に、この図１４における第２の吐出口２８および第２の吐出口部２９は、吐出口からのインクの揮発成分の蒸発を抑制する上において効果がある。図１５における第２の吐出口３０は第１の吐出口１１よりも大径であり、第２の吐出口部３１は、その内面が凹曲線に沿うように、第１の吐出口１１に近づくにしたがって内径が小さくなる形状である。図１５に示すような円形でなく、異形の吐出口の場合における開口径は、その最大の開口径を考慮する。図１５における第１の吐出口１１の場合、２つの突起部以外の部位の開口径と、第２の吐出口３０の開口径と、の関係を考慮する。図１５における第１の吐出口１１には、互いに対向する突起部１１Ａが設けられており、このような構成によっても同様の効果を得ることができる。

上述した各実施形態のように、液体吐出ヘッドにおいて、吐出口から液体が吐出される吐出方向において上流側に位置する第１の吐出口と、下流側に位置する第２の吐出口と、を備え、第２の吐出口の開口径を第１の吐出口径より大きくすることが好ましい。また、第１の吐出口と第２の吐出口とを連通する吐出口部（第２の吐出口部）において、第１の吐出口側の開口径よりも第２の吐出口側の開口径を大きくすることが好ましい。

（他の実施形態）
本発明は、液体が循環される液体吐出ヘッドにおいて、液体の吐出方向の上流側および下流側に位置する第１および第２の吐出口を備え、第２の吐出口は、第１の吐出口の開口縁部の少なくとも一部から、径方向外方に拡径する拡径部を含む構成であればよい。第１の吐出口と第２の吐出口との間を連通する第２の吐出口部は、図８のように段差部を含んでもよく、その段差部の段差の程度は小さい方が望ましい。第１の吐出口は、インクのメニスカスが形成される位置にあればよく、また、吐出口は、液体の吐出方向にずれて位置する３つ以上の吐出口を含む構成であってもよい。このように第１および第２の吐出口を含む構成により、吐出口付近における液体の増粘を抑制することができる。さらに、高さＨ、長さＰ、および幅Ｗの関係を特定して、液体の流れモードをＡとすることにより、吐出口付近における液体の増粘を寄り確実に抑制することができる。

本発明は、種々の液体を吐出する液体吐出ヘッドおよび液体吐出装置として広く適用可能である。例えば、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、さらには、各種処理装置と複合的に組み合わせた３Ｄプリンタ等の産業記録装置に適用可能である。また、バイオチップ作製および電子回路印刷などの用途においても用いることができる。

１０ 記録ヘッド（液体吐出ヘッド）
１１ 第１の吐出口
１４ 吐出エネルギー発生素子
１５ 流入路
１６ 流出路
１７ 第１の吐出口部
２１，２３，２６，２８，３０ 第２の吐出口
２２，２４，２７，２９，３１ 第２の吐出口部
Ｒ 圧力室

Claims (18)

1. 流入路を通して液体が流入され、かつ流出路を通して液体が流出される圧力室と、
   前記圧力室に連通する吐出口と、
   前記圧力室内の液体を前記吐出口から吐出させるための吐出エネルギー発生素子と、
   を備える液体吐出ヘッドであって、
   前記吐出口は、液体の吐出方向の上流側に位置する第１の吐出口と、前記吐出方向の下流側に位置する第２の吐出口と、を含み、
   前記第２の吐出口は、前記第１の吐出口の開口縁部の少なくとも一部から径方向外方に拡径する拡径部を含むことを特徴とすることを特徴とする液体吐出ヘッド。
2. 前記拡径部は、前記第２の吐出口において、前記流入路から前記流出路に向かう前記圧力室内の液体の流動方向の下流側に位置することを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
3. 前記拡径部は、前記第２の吐出口の開口縁部の全周に位置することを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
4. 前記第１の吐出口と前記第２の吐出口との間を連通する第２の吐出口部は、段差部を含むことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
5. 前記第１の吐出口と前記第２の吐出口との間を連通する第２の吐出口部は、前記第１の吐出口から前記第２の吐出口に向かうにしたがって径方向外方に傾斜する傾斜面を含むことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
6. 前記傾斜面は、凹曲線に沿う曲面であることを特徴とする請求項５に記載の液体吐出ヘッド。
7. 前記傾斜面は、凸曲線に沿う曲面であることを特徴とする請求項５に記載の液体吐出ヘッド。
8. 前記第１の吐出口は、前記圧力室内の液体のメニスカスが形成される位置に設けられることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
9. 前記流入路の高さをＨ、前記第１の吐出口と前記圧力室との間を連通する第１の吐出口部の前記吐出方向における長さをＰ、前記流入路から前記流出路に向かう前記圧力室内の液体の流動方向における前記第１の吐出口の幅をＷとした場合、前記高さＨ、前記長さＰ、および前記幅Ｗは、
   Ｈ^―0.34×Ｐ^-0.66×Ｗ＞１．７
   の関係を満たすことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
10. 前記高さＨが２０ｕｍ以下、前記長さＰが２０ｕｍ以下、前記幅Ｗが３０ｕｍ以下であることを特徴とする請求項９に記載の液体吐出ヘッド。
11. 前記圧力室は、流速０．１ｍｍ／ｓから１００ｍｍ／ｓの液体の流動を許容することを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
12. 前記圧力室内の液体は、固形分量が８ｗｔ％以上であることを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
13. 前記吐出エネルギー発生素子は前記圧力室の内部に設けられ、前記流入路を介して前記圧力室に供給された液体は、前記流出路を介して、前記圧力室の外部との間で循環されることを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
14. 液体を吐出する吐出口と、
    前記吐出口に連通し、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吐出エネルギー発生素子を内部に備える圧力室と、
    前記圧力室に連通し当該圧力室に液体を供給する第１の流路と、
    前記圧力室に連通し当該圧力室から液体を回収する第２の流路と、
    を備える液体吐出ヘッドであって、
    前記吐出口は、液体の吐出方向の上流側に位置し、液体のメニスカスが形成される第１の吐出口と、前記吐出方向の下流側に位置する第２の吐出口と、を含み、
    前記第２の吐出口の開口径は前記第１の吐出口の開口径より大きいことを特徴とする液体吐出ヘッド。
15. 前記第１の流路から前記圧力室を介して前記第２の流路に液体が流動している状態において、前記圧力室内の液体は、前記第１の吐出口の位置にメニスカスが形成されることを特徴とする請求項１４に記載の液体吐出ヘッド。
16. 前記圧力室と前記第１の吐出口とを連通する第１の吐出口部と、前記第１の吐出口と前記第２の吐出口とを連通する第２の吐出口部と、を備え、前記第２の吐出口部は、前記第１の吐出口側の開口径よりも前記第２の吐出口側の開口径が大きいことを特徴とする請求項１４または１５に記載の液体吐出ヘッド。
17. 前記第１の流路を介して前記圧力室に供給された液体は、前記第２の流路を介して、前記圧力室の外部との間で循環されることを特徴とする請求項１４から１６のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
18. 請求項１から１７のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドと、
    前記液体吐出ヘッドに液体を供給する液体供給流路と、
    前記液体吐出ヘッドから液体を回収する液体回収流路と、
    前記吐出エネルギー発生素子を制御する制御部と、
    を備えることを特徴とする液体吐出装置。