JP6463034B2 - 液体吐出ヘッド - Google Patents

Description

本発明は、液体吐出ヘッド、特に、インクジェット記録分野などで好適に利用される液体吐出ヘッドに関する。

近年、液体吐出ヘッドを備えた記録装置は、家庭用印刷用途のみならず商業印刷用やリテールフォト用などの業務印刷用途にも使用され、その用途は広がりつつある。このような業務用で使用される液体吐出ヘッドは高速高画質な記録性能が要求される。この要求を満たす為に、液体吐出ヘッドの幅を記録媒体の幅よりも長尺化してライン型ヘッドとし、液体が吐出される吐出口を従来よりも高密度に多数配置したりすることが行われている。一般にライン型ヘッドは複数個の短尺の記録素子基板を長尺のベース基板上に配置して構成されている。

液体の吐出方式としてサーマル方式やシェアモード型ピエゾ方式を採用する複数の記録素子基板を用いてライン型ヘッドを形成することがある。このようなライン型ヘッドで高速記録を行った場合には、発熱量が大きいため、記録素子基板の温度が上昇しやすい。記録素子基板の温度が上がると内部の液体の温度も上昇し、液体の粘度変化によって吐出される液滴の量が変化するといったようにヘッドの吐出特性が影響を受ける。また、記録素子基板内で温度差が生じる可能性もある。一般に、各記録素子基板にはヘッド内の共通流路から液体が供給される。そのため、共通流路の下流側には上流側で熱せられた液体が流れてくるので、記録素子基板同士でも温度差が生じる可能性がある。このことは画像の幅方向にムラを生じさせてしまう。また同一記録素子基板でも時間的な温度変動が大きいと、記録媒体の送り方向において画像にムラが生じてしまう。商業印刷用途においては記録速度とともに常に一定以上の画質を維持して記録することが求められるので、前述のような液体の温度差を低減させることは重要な課題である。

特許文献１には、性能不良の記録素子基板の交換容易性向上や部材の厚み公差の吸収を目的として、内部に液室が形成されたスペーサ部材によって各記録素子基板が支持された状態で、スペーサ部材をベース基板上に配置するライン型ヘッドが記載されている。この構造のライン型ヘッドを放熱的な観点からみると、各記録素子基板からの発熱はスペーサ部材を介することによってベース基板へ伝わりにくくなる。よって、記録素子基板同士のベース基板を介しての熱干渉が抑制される。したがって各記録素子基板の温度は、ベース基板上での配置位置に依ることなく、各記録素子基板の発熱量と吐出量の比や印字デューティ、及びサブヒータなどの温度調整手段に依るものとなる。このため記録素子基板間の温度差は生じにくく、そのため、画像の幅方向のムラが抑制される。

特許第４７２９９５７号公報

しかしながら、特許文献１の構成では、例えば記録待機状態においてサブヒータなどの温度調整手段によって温度調整を行った場合、記録開始時に過渡的に記録素子基板の温度が上昇する。その結果、記録開始直後の画像にムラが発生する。これは温度調整中の記録待機時に液室内の液体が温度調整手段による発熱で昇温して、記録開始とともにこの昇温した液体が記録素子基板に供給されるためである。記録待機時に温度調整を行わないで常温で待機させる場合にはこのような過渡的昇温は発生しない。しかしサーマル方式やシェアモード型ピエゾ方式の場合には、高デューティ連続記録における記録素子基板の温度が５０℃以上に達することがある。そのため、記録待機中に温度調整をしないと、記録開始時の温度上昇幅が大きく、やはり記録開始直後の画像にムラが生じてしまう。

本発明の目的は、上記課題に鑑み、液室内を効率的に撹拌することで、温度調整をしつつ記録待機した後に記録した画像にムラが生じることを抑制する液体吐出ヘッドを提供することにある。

本発明の液体吐出ヘッドは、複数の吐出部材４１とベース基板２とを有する。複数の吐出部材４１は、吐出口と、吐出口から液体を吐出するために利用されるエネルギーを発生するエネルギー発生素子と、吐出口に液体を供給する液室６と、加熱手段とを備えている。ベース基板２は、複数の液室６に液体を供給するための共通流路３が設けられ、複数の吐出部材４１が配置されている。共通流路と液室とは分岐口によって連通している。共通流路と液室とは分岐口によって連通している。分岐口には、共通流路を流れる液体の流れの方向の上流側にノッチ部が設けられている。

本発明によれば、共通流路からノッチ部を介して液室の、共通流路を流れる液体の流れの方向の上流側へ向かって流れる流れが生じる。この流れによって、液室内に渦が生じ、液室内の液体が撹拌されるため、液室内の液体に温度の高い領域が形成され難くなり、記録開始時に記録素子基板に供給される液体の温度を低くすることができる。

本発明によれば、ノッチ部を設けることにより液室内を効果的に撹拌することができるので、温度調整をしつつ記録待機した後に記録した画像にムラが生じにくく、安定して高品質な記録が可能となる。

本発明の液体吐出ヘッドの一実施形態の概略斜視図である。 図１の液体吐出ヘッドの分解斜視図である。 図１のＡＡ’断面の一部の概略図である。 記録素子基板の概略斜視図である。 図４のＣＣ’断面の概略図である。 液体の循環系の一例を示す模式図である。 導入口の例を示す概略図である。 導入口の例を示す概略図である。 導入口の他の例を示す概略図である。 液室内の液体の流れを説明するための概略図である。 比較例１の支持部材の概略斜視図である。 実施形態１と比較例１での共通流路の最下流側の記録素子基板における、吐出口内の最高温度の時間変化を示すグラフである。 実施形態２と比較例２での共通流路の最下流側の記録素子基板における、吐出口内の最高温度の時間変化を示すグラフである。

以下、図面を用いて本発明の好適な実施の形態の例を説明する。ただし、本発明の範囲は特許請求の範囲によって定まるものであり、以下の記載は本発明の範囲を限定するものではない。たとえば、以下に記載されている形状、配置等は、この発明の範囲を限定するものではない。同様に、本実施形態ではサーマル方式を用いた記録素子基板を使用しているが、液体吐出手段としてはサーマル方式に限るものではなく、ピエゾ方式を用いた記録素子基板を使用することもできる。

図１は、本発明の液体吐出ヘッドの一実施形態であって、各記録素子基板を千鳥状に配置したライン型ヘッドの概略斜視図である。液体吐出ヘッド５は、複数の吐出部材４１とベース基板２とからなる。本発明では、吐出部材４１は、記録素子基板１と支持部材４とで構成され、各記録素子基板１が個別に支持部材４上に配置されている。吐出部材４１はベース基板２上に千鳥状に配置される。なお、本実施形態の液体吐出ヘッド５は、複数の記録素子基板１が、液体吐出ヘッド５の短手方向に互いに位置をずらされながら、液体吐出ヘッド５の長手方向に千鳥配列になるように配置されている。しかし、記録素子基板１の配置は千鳥配列に限ることはない。例えば平行四辺形或いは台形状の記録素子基板を直線状に並べたり、あるいはベース基板２の長手方向に対して、一定角度で傾けて記録素子基板を配置する構成も採用することができる。

図２（ａ）は記録素子基板１側からみた図１の液体吐出ヘッド５の分解斜視図であり、ベース基板２の内部構造を示す。図２（ｂ）はベース基板２側からみた図１の液体吐出ヘッドの分解斜視図である。図３（ａ）は図１のＡＡ’断面の一部の概略図である。

ベース基板２には液体が流れる共通流路３と、液体を共通流路３に流入させるための流入口７と、共通流路３から液体を流出させるための流出口８とが設けられている。支持部材４には、記録素子基板１の液体供給口１４（図５参照）へ供給する液体を貯留する液室６が設けられている。共通流路３と各支持部材４の液室６とは分岐口３１によって連通している。分岐口３１には、切欠き形状の第１の分岐口ノッチ部５１が共通流路３を流れる液体の流れの方向の上流側に設けられ、第１の分岐口ノッチ部５１とは別の切欠き形状の第２の分岐口ノッチ部５２が下流側に設けられている。

分岐口３１は、ベース基板２に形成された開口である分配口１８と、支持部材４に設けられた開口であり、分配口１８と連通する導入口９とで構成される。分配口１８には、その開口部の、共通流路３を流れる液体の流れの方向の上流側に、第１の分岐口ノッチ部５１を構成する第１の分配口ノッチ部５３が設けられ、下流側に、第２の分岐口ノッチ部５２を構成する第２の分配口ノッチ部５４が設けられている。また、導入口９には、共通流路３を流れる液体の流れの方向の上流側に、第１の分岐口ノッチ部５１を構成する第１の導入口ノッチ部５５が設けられ、下流側に、第２の分岐口ノッチ部５２を構成する第２の導入口ノッチ部５６が設けられている。ここで各ノッチ部は、開口部の上流側もしくは下流側の形状が、液体の流れの方向に対して平行や垂直とならない傾斜部を備える部分を有している。

図２（ａ）、（ｂ）の例では、図３（ａ）に示すように導入口９及び分配口１８は、液室６の長手方向における中心部に位置するように設けられている。しかしながら、所望の効果に応じて図３（ｂ）のように液室６の上流側に偏倚して位置するように導入口９及び分配口１８が設けられていても良い。液体吐出ヘッドへのインク充填時において、液室６の上流側は下流側よりも泡が残り易いが、図３（ｃ）のようにすると液室６の上流側での泡残り量は低減される。

また、記録素子基板１の短手方向において、液室６の幅と導入口９の幅とがほぼ一致するように液室６と導入口９とが形成されている。導入口９及び分配口１８の形状は必ずしも一致したり相似形であったりする必要はないが、少なくとも導入口９のノッチ部５５、５６と分配口１８のノッチ部５３、５４とは近接することが好ましく、重なることがより好ましい。

また、詳しくは後述するが、記録素子基板１には、液体を吐出するために利用されるエネルギーを発生するエネルギー発生素子である発熱体１３（図５参照）が設けられている。支持部材４は各記録素子基板１からの発熱をベース基板２及び共通流路３中の液体に伝え難くする機能を有する。それ故に共通流路３の上流と下流とで液体の温度差が小さくなるので、ライン型ヘッド全体の均温化を図ることができ、ムラの少ない高画質な画像を記録することができる。この観点から、支持部材４は樹脂等の低熱伝導率材料から成ると同時に、導入口９は液室６とベース基板２との接触面積に対してあまり大きく開口しないことが好ましい。導入口９の開口を大きくすると、液体を介して各記録素子基板１から共通流路３へ伝わる伝熱量が増大するため、共通流路３の上流側に位置する記録素子基板と下流側に位置する記録素子基板との間の温度差が大きくなる。

支持部材４の主面に沿った方向の熱伝導率を低くできる場合には、図２（ｃ）に示すように、複数の記録素子基板１を共通に支持するような支持部材４を用いても良い。この場合、部品点数が少なくできるので好ましい。

また支持部材４の記録素子基板１と共通流路３間の熱抵抗は２．５（Ｋ／Ｗ）以上であることが好ましい。このようにすると、高速かつ高デューティ記録時に記録素子基板１の発熱量が大きくなるほど、共通流路３内の液体に伝わる熱量の割合は小さくなる。そのため、支持部材４の熱抵抗を２．５（Ｋ/Ｗ）以上にすると、支持部材４を伝って記録素子基板１からベース基板２に伝熱する熱量が十分に抑制される。そして、記録素子基板１からの発熱の大半は記録素子基板１内の液体へと伝熱されて、液体の吐出によって放熱される。このような構成では、高速かつ高デューティになるほど液体の吐出量の増加によって、記録素子基板１と吐出される液体との間の熱伝達効率が高まる。このため記録素子基板１の発熱量が増大しても吐出される液体による放熱も同時に促進され、各記録素子基板１からベース基板２への伝熱量は不変または減少することになる。ライン型ヘッドは、液体を吐出する多数の吐出口を備えるため一般に発熱量が大きいが、このような構成にすると、高速かつ高デューティ記録時に液体吐出ヘッド５の発熱量が増大しても、共通流路３を循環する液体に伝わる熱量が小さく抑制される。循環する液体の温度変化が小さいことで、記録装置本体の温調タンクや冷却器の熱交換容量及び消費電力を大きくする必要が無いというメリットを得ることができる。

記録素子基板１及びベース基板２との線膨張率差が大きいと、長尺のラインヘッドを製造する時の接着剤硬化工程での加熱によって、線膨張差により支持部材４が剥離して液体漏洩箇所が生じてしまう恐れがある。そのため、支持部材４の材質としては、熱伝導率が低く、かつ記録素子基板１及びベース基板２との線膨張率差が小さいものが好ましい。具体的には樹脂材料、特に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などの無機フィラーを添加した低線膨張性複合材料を好ましく用いることができる。

ベース基板２は、比較的低熱膨張率の材質からなることが好ましい。またライン型ヘッドである液体吐出ヘッド５が撓まないような剛性と、液体に対して十分な耐腐食性を有していることが望ましい。例えばアルミナを好適に用いることができる。ベース基板２は１枚の板状部材で形成してもよいが、薄いアルミナ層を複数枚積層して形成すると、図２（ａ）に示したように内部に３次元的な流路を形成することができるので好ましい。

次に記録素子基板１の構造について説明する。図４は記録素子基板１の概略斜視図であり、図５は、図４のＣＣ’断面の概略図である。本実施形態では、複数の吐出口１１からなる吐出口列１７が８列形成されている。なお、図４では、吐出口列１７で１つの開口を形成しているように図示しているが、実際は、複数の吐出口１１が並んで１つの吐出口列１７が形成されている。

記録素子基板１は、発熱体１３によりインクを吐出するサーマル方式であり、吐出口形成層１５とヒーターボード１６とから構成される。吐出口形成層１５には、複数の吐出口１１と、各吐出口１１に対応して設けられる発泡室１２が設けられている。ヒーターボード１６には、発泡室１２に液体を供給する、長手方向に延びた液体供給口１４と発熱体１３が形成されている。本実施形態において液体供給口１４は２つの吐出口列１７に対して１つ設けられている。つまり、本実施形態では４つの液体供給口１４が設けられている。上述したように、液体供給口１４は、支持部材４の液室６に連通している。

さらに、ヒーターボード１６の内部には、不図示の電気配線が設けられている。この電気配線は、ベース基板２上に配置された不図示のＦＰＣ（フレキシブル回路基板）のリード電極または、ベース基板２内に設けられた不図示の電極と電気的に接続されている。記録装置本体に設けられた不図示の外部制御回路から、電極を介して、ヒーターボード１６へパルス電圧が入力されることで、発熱体１３が加熱され、発泡室１２内の液体を沸騰させることで、吐出口１１から液滴が吐出される。

ヒーターボード１６内部には、温度調整手段であるサブヒータ２４と温度センサ２５が設けられておりＦＰＣ及び記録装置本体の制御回路と電気的に接続されている。温度センサ２５からの出力信号はＦＰＣを介して制御回路に送られる。温度センサの出力値が予め設定された目的温度より低い場合には、制御回路は加熱手段であるサブヒータ２４を駆動させて記録素子基板１を加熱する。温度センサの出力値が目的温度よりも高くなると制御回路はサブヒータ２４による加熱動作を停止する。本実施形態では、支持部材４の熱伝導率が低いために、高デューティ記録の場合には、液体の吐出に伴う発熱で目的温度を超える温度に記録素子基板１が達するので、この時はサブヒータの加熱動作は停止する。また記録待機中は記録素子基板１の液体吐出動作が無いため、サブヒータ２４による温度調整動作を行う。サブヒータ２４は記録素子基板１内に１つあるいは複数形成されていてよく、複数個のサブヒータ２４はそれぞれが独立または連動して温度調整動作を行っても良い。図４の構成では、サブヒータ２４は記録素子基板１内に２個形成されており、それぞれのサブヒータ２４は最も近い位置に形成された温度センサ２５の出力値に基づいて温度調整動作が行われる。このようにすると、例えば記録素子基板１内の半分だけ高デューティで、残りの半分は非吐出となる画像を記録する場合に、温度の低くなる非吐出領域近傍だけを局所的に加熱することができ、記録素子基板１内の温度を均一にすることが可能になる。

なお、温度調整手段としてサブヒータ２４を設ける構成を説明したが、発泡室１２に設けられた発熱体１３を用い、液体が吐出されない程度に発熱体１３を駆動し、記録素子基板１を加熱させてもよい。

図６に示すように、液体吐出ヘッド５を有する記録装置には、温調タンク２２、循環ポンプ１９、供給ポンプ２０、フィルタ２１、液体タンク２３などが設けられている。液体吐出ヘッド５は、共通流路３に液体を供給する流入口７には温調タンク２２と連通するチューブが連結され、共通流路３から液体が流出する流出口８には循環ポンプ１９と連通するチューブが連結される。

液体吐出ヘッド５の駆動時には、循環ポンプ１９を動作させて共通流路３内の液体を循環させる。温調タンク２２は熱交換機（不図示）と熱交換可能に連結されている。温調タンク２２は液体吐出ヘッド５に液体を供給するとともに、循環ポンプ１９を通って還流する液体を一定温度に維持する機能を備える。さらに、温調タンク２２は不図示ではあるが外気連通孔を備えており、液体中の気泡を外部に排出する機能を備える。そのため、流出口８から流出する液体の温度は、温調タンク２２で調整されて、流入口７に向かうので、流入口７の位置での液体の温度を常に一定範囲に保持することができる。なお、記録素子基板１の温度が高すぎる場合には温調タンク２２の調整温度を低くして、低温の液体を液体吐出ヘッド５に供給するようにしても良い。

供給ポンプ２０は、液体が貯蔵されている液体タンク２３からフィルタ２１によって異物除去された液体を温調タンク２２に移送することができ、記録によって液体吐出ヘッド５から消費された液体を温調タンク２２に補充する。

本願発明の特徴の１つである、分岐口３１に第１及び第２の分岐口ノッチ部５１、５２を設ける構成について図７〜図９を用いて一例を説明する。なお、分岐口３１の形状をわかりやすく説明するために、分岐口３１を構成する導入口９を備えた支持部材４を用いて説明する。なお、分配口１８は導入口９と略同形状をしているため、説明を省略する。

図７、図８は、導入口９の例を示す概略図である。図７（ａ）、（ｃ）、（ｅ）及び図８（ａ）、（ｃ）は、支持部材４を記録素子基板１側から見た概略斜視図である。図７（ｂ）、（ｄ）、（ｆ）及び図８（ｂ）、（ｄ）は、図７（ａ）、（ｃ）、（ｅ）及び図８（ａ）、（ｃ）の支持部材４をそれぞれベース基板２側から見た概略斜視図である。図９は、導入口９の他の例を示す概略図であり、（ａ）は支持部材４をベース基板２側から見た概略斜視図であり、（ｂ）は、支持部材４を記録素子基板１側から見た概略斜視図である。なお、図９（ｂ）は、内部構造を破線で示している。
図７及び図８（ａ）、（ｂ）は、１つの支持部材４に対して液室６が１つ設けられた構成であり、図８（ｃ）、（ｄ）、図９（ａ）は、１つの支持部材４に対して液室が２つ設けられた構成である。図９（ｂ）は、１つの支持部材４に対して液室が４つ設けられた構成である。

１つの支持部材４に液室が複数設けられる構成では、記録素子基板１と支持部材４との接触面積を大きく取れるので、記録素子基板１と支持部材４の接着性が高く液体の漏れが起きにくいというメリットがある。その一方で、液室６のサイズが小さいので液体充填時に泡残りが懸念されるというデメリットもある。泡残りの懸念が無い場合には、１つの支持部材４に複数の液室６を設けても問題無い。例えば図９（ｂ）のように１つの支持部材４に４つの液室６を設ける構成も採用できる。

また図７、図８、及び図９（ａ）の支持部材４では、液室６の長手方向の断面は長方形となっており、液室６は直方体である。しかしながら、必ずしも液室６の形状は直方体に限る必要は無く、図９（ｂ）のように液室６の長手方向の断面が略三角形状でもよく台形状であっても良い。

本発明では、分岐口３１に第１及び第２の分岐口ノッチ部５１、５２（図２参照）を設けることで、温度調整中の記録待機時において、共通流路３内の液体の流れによる力を駆動力として、液室６内に渦流を形成し液室６内の液体を効率的に撹拌する機能を有する。この機能により、液室６内の液体の温度のばらつきを抑制できる。

まず、第１及び第２の分岐口ノッチ部５１、５２を、第１及び第２の導入口ノッチ部５５、５６を用いて説明する。

図７〜図９にそれぞれ示したように、第１及び第２の導入口ノッチ部５５、５６の形状は様々な形態を取り得ることが可能である。第１及び第２の導入口ノッチ部５５、５６は、導入口９の、共通流路３を流れる液体の流れの方向の上流側において、液体の流れの方向に沿う中心線に関して非対称となるように形成されている。具体的には、導入口９を形成する開口部の上流側の形状は、この開口部の重心を通り流れの方向に沿う直線に対して非対称の形状となっている。またノッチ部の位置として好ましくは、導入口９の、共通流路３を流れる液体の流れの方向と直交する方向のいずれかの端部側に第１及び第２の導入口ノッチ部５５、５６が設けられている。

なお、図８（ａ）、（ｂ）に示したように、第２の導入口ノッチ部５６を導入口９に必ずしも設ける必要は無い。しかしながら、本発明の効果を考慮すると、図７、図８（ａ）、（ｂ）や図９のように第２の導入口ノッチ部５６を導入口９に設ける方が好ましい。また、第１及び第２の導入口ノッチ部５５、５６の形状は所望の効果が得られる限り互いに異なった形状であっても良い。

本発明における「ノッチ部」は、例えば図７（ｃ）のように、導入口９の、共通流路３を流れる液体の流れの方向の上流側と下流側において一部が切欠き形状とすることができる。あるいは、「ノッチ部」は、例えば図７（ａ）のように、導入口９の、共通流路３を流れる液体の流れの方向の上流側と下流側の全体が、共通流路３を流れる液体の流れの方向に対して傾斜する形状であってもよい。

ここで、第１の導入口ノッチ部５５の一部は液室６の側壁６ａの延長上に位置することが好ましい。このようにすると液室６内に液体を充填する際に、泡残り無く充填することが可能になるからである。何故ならば、共通流路３から導入される液体が導入口９に達した際に、第１の導入口ノッチ部５５が液室６の側壁６ａへと液体を誘導して、液室６の底部へと連なる液体流路を形成するからである。一旦、液体流路が形成されると液体はその流路を優先して流れるので、液室６の底部から液体が満たされ、導入口９を液体が塞いでしまい、液室６内に気泡が残存することを防止できる。また、第２の導入口ノッチ部５６の一部も液室６の側壁６ａの延長上に位置することが好ましい。このようにすることで、液室６から共通流路３に液体が流出する際に、液体が液室６の側壁６ａに沿って第２の導入口ノッチ部５６から共通流路３に流出することができるからである。

第１の導入口ノッチ部５５と第２の導入口ノッチ部５６の位置関係は、図７（ｅ）、（ｆ）、図８（ｃ）、（ｄ）や図９のように、共通流路３を流れる液体の流れの方向と直交する方向で同じ位置でよい。あるいは、図７（ａ）〜（ｄ）のように、第１及び第２の導入口ノッチ部５５、５６が、液体の流れの方向に沿う中心線に関して反対側に設けられていてもよく、この構成は、以降で説明する本発明の作用効果を最も大きくすることができるため好ましい。

次に、第１の分岐口ノッチ部５１及び第２の分岐口ノッチ部５２の作用について図１０を用いて詳細に説明する。なお、上述と同様に、導入口９を備える支持部材４を用いて説明する。図１０は、液室６内の液体の流れを説明するための概略図であり、図７（ｃ）、（ｄ）の支持部材４を用いた場合である。なお、図１０は、支持部材４のベース基板２側を示しており、液体の流れをわかりやすくするために、支持部材４の内部の液室６を破線で示している。また、図１０の矢印は、温度調整中の記録待機時における液体の流れを示す。

図１０に示すように、第１の導入口ノッチ部５５に達した共通流路３を流れる液体の一部は第１の導入口ノッチ部５５から液室６内に浸入する流れ（浸入流れ）を形成する。浸入流れは、毛管力や重力により、液室６の側壁６ａに沿って液室６の底部（記録素子基板１側の部分）に向かって流れた後、底部に衝突して、液室６の底部近傍を、共通流路３を流れる液体の流れの方向の上流側へ向かって流れる流れ（第１の流れ）Ａを形成する。

一方、導入口の下流側に形成される第２の導入口ノッチ部５６の近傍では、液室６から第２の導入口ノッチ部５６を経由して共通流路３へ流れる流れ（第２の流れ）Ｂが形成される。これら第１の流れＡと第２の流れＢの作用によって、図１０に示すような渦が液室６内に形成される。

一般的に、温度調整中の記録待機時には記録素子基板のサブヒータによって、液室内の液体は加熱されているので、液室内の液体には温度の高い領域が形成される。一方、本発明の構成では液体の不吐出時にも共通流路３内の液体を循環させておくことで、上述の渦により液室６内の液体が撹拌されるため、液室６内の液体に温度の高い領域が形成され難くなっている。このため、記録開始時に記録素子基板１に供給される液体の温度を低くすることができる。すなわち、第１及び第２の分岐口ノッチ部５１、５２の作用は、温度調整中の記録待機時において、共通流路３を流れる液体の流れを利用して、液室６内に渦流を発生させ、液室６内の液体の撹拌を促進し、液体の温度差を小さくできるものである。

なお、液室６のサイズが比較的大きい場合には、液室６内での自然対流によって、液室６内の液体は撹拌されるので、本発明の効果と同様の効果が得られる。しかし、この場合でも本発明の構成を併用することにより、液室６内の撹拌効果を更に強めることができるので、液室６内の液体に温度の高い領域が形成されることをより防止することができる。

次に、数値解析シミュレーションにより、本発明の効果を検証した。

実施形態１として、図７（ａ）に示した構造の支持部材４を用いて構成した図1の液体吐出ヘッド５（ライン型ヘッド）を、図４のように、温調タンク２２、循環ポンプ１９などに接続し、液体を温度調整させながら記録待機させた。

比較例１として、図１１に示す、ノッチ部が設けられていない導入口６２を有する支持部材６１を用いて構成した以外はすべて同様にした場合の数値解析シミュレーションを行った。なお、図１１（ａ）は、支持部材６１を記録素子基板側から見た概略斜視図、図１１（ｂ）は、支持部材６１をベース基板側から見た概略斜視図である。

なお、実施形態１及び比較例１ともに分配口と導入口は同一形状とした。即ち、実施形態１においては、図示していないが、ベース基板２の分配口１８にも第１及び第２の分配口ノッチ部５３、５４が形成されている。また、記録素子基板同士の温度差を低減するために、導入口の開口面積は、支持部材のベース基板との接触面積の２５％として、各記録素子基板からベース基板への伝熱量を抑制した。

シミュレーション時には共通流路内の液体の循環量を２５ｍＬ／ｍｉｎ、記録素子基板の調整温度は５５℃とした。その他の数値解析に用いた計算条件は、記録素子基板当りの投入電力：２２．５（Ｗ）、記録速度：１８（ｉｎｃｈ／ｓ）、吐出液滴サイズ：２．８（ｐＬ）、画像解像度：１２００（ｄｐｉ）、液体供給温度：２７（℃）である。

実施形態１では、温度調整中の記録待機時における各液室６内の４０℃以上の平均液体体積は、０．３９ｍＬであった。一方、比較例１では４０℃以上の平均液体体積は０．４１ｍＬであった。つまり、実施形態１の４０℃以上の平均液体体積は、比較例１のそれを下回った。これは、上述したように、ノッチ部の作用によって液室内の液体が撹拌されたためと考えられる。

次に実施形態１及び比較例１の液体吐出ヘッドで、記録素子基板を温度調整しながら３００秒間記録待機した後に１００％ベタ画像を記録させた。この時の、共通流路３の最下流側の記録素子基板における、吐出口内の最高温度の時間変化を図１２に示す。図１２から判るように、実施形態１は比較例１よりも記録開始後の吐出口内の最高温度が低減されていた。

実施形態２は、図９（ｂ）に示した、４つの液室を有する支持部材４を用いて液体吐出ヘッド５（ライン型ヘッド）を構成した以外は実施形態１と同様の構成である。また比較例２は、実施形態２にノッチ部を設けない以外は実施形態２と同様の構成である。そして、実施形態２と比較例２の数値解析シミュレーションを行った。シミュレーションの条件は、上述の実施形態１と同様である。

記録素子基板を温度調整しながら３００秒間記録待機した後に１００％ベタ画像を記録させた。このときの、共通流路３の最下流側の記録素子基板における、吐出口内の最高温度の時間変化を図１３に示す。図１３から判るように、実施形態２は比較例２よりも記録開始後の吐出口内の最高温度が低減されていた。

このように本発明の液体吐出ヘッド５によれば、記録待機状態で記録素子基板１の温度調整を行った場合でも記録開始後の記録素子基板の温度の昇温が抑制される。そのため、ムラの少ない画像を高速記録することが可能である。

１ 記録素子基板
２ ベース基板
３ 共通流路
４ 支持部材
５ 液体吐出ヘッド
６ 液室
６ａ 側壁
９ 導入口
１１ 吐出口
１４ 液体供給口
１８ 分配口
２４ ヒータ（温度調整手段）
３１ 分岐口
４１ 吐出部材
５１ 第１の分岐口ノッチ部
５２ 第２の分岐口ノッチ部
５３ 第１の分配口ノッチ部
５４ 第２の分配口ノッチ部
５５ 第１の導入口ノッチ部
５６ 第２の導入口ノッチ部

Claims (8)

1. 液体を吐出する吐出口と、前記吐出口から液体を吐出するために利用されるエネルギーを発生するエネルギー発生素子と、前記吐出口に供給する液体を貯留する液室と、加熱手段と、を備える複数の吐出部材と、
   前記複数の吐出部材に供給する液体を供給するための共通流路を備え、前記複数の吐出部材を支持する支持部材と、
   を備える液体吐出ヘッドであって、
   前記吐出部材には、前記共通流路から前記液室に液体を供給する開口部が形成されており、
   前記開口部の、前記共通流路を流れる液体の流れの方向の上流側にはノッチ部が形成されており、前記開口部の上流側の形状は、前記開口部の重心を通り前記流れの方向に沿う線に関して非対称である、液体吐出ヘッド。
2. 前記ノッチ部は、前記開口部の、前記共通流路を流れる液体の流れの方向と直交する方向の少なくとも一方の端部側に設けられている、請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
3. 前記共通流路に沿って複数の前記吐出部材が配置されている、請求項１または２に記載の液体吐出ヘッド。
4. 前記開口部の、前記共通流路を流れる液体の流れの方向の下流側には第２のノッチ部が形成されている、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
5. 液体を吐出する吐出口と、前記吐出口に供給する液体を貯留する液室と、を備える複数の吐出部材と、
   前記複数の吐出部材に供給する液体を供給するための共通流路を備え、前記複数の吐出部材を支持する支持部材と、
   を備える液体吐出ヘッドであって、
   前記共通流路と前記液室とは開口部を介して連通しており、
   前記開口部の、前記共通流路を流れる液体の流れの方向の上流側の形状は、前記開口部の重心を通り前記流れの方向に沿う線に関して非対称である、液体吐出ヘッド。
6. 前記開口部の上流側にはノッチ部が形成されている、請求項５に記載の液体吐出ヘッド。
7. 前記共通流路に沿って複数の前記吐出部材が配置されている、請求項５または６に記載の液体吐出ヘッド。
8. 前記開口部の、前記共通流路を流れる液体の流れの方向の下流側には第２のノッチ部が形成されている、請求項５ないし７のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。