JP7039231B2 - 液体吐出ヘッドおよび液体吐出装置 - Google Patents

Description

本発明は、液体吐出ヘッドに対し液体を循環させながら供給する構成に関する。

インクジェット記録ヘッドのような液体吐出ヘッドでは、吐出動作が暫く行われない吐出口において揮発成分の蒸発が進み、インク（液体）の変質が問題となる場合がある。揮発成分が蒸発すると、色材などの含有成分の濃度が上昇し、色材が顔料である場合は顔料の凝集や沈降が起き、吐出状態に影響を与えるためである。具体的には、吐出量および吐出方向がばらつき、画像内に濃度むらやスジが確認される。

このようなインクの変質を抑制するため、近年では、液体吐出装置内でインクを循環させて、液体吐出ヘッドに対し新鮮なインクを定常的に供給する方法が提案されている。特許文献１には、ヒータと圧力室と吐出口とを備える個別流路において液体を循環させる液体吐出ヘッドが開示されている。特許文献１の方法を採用すれば、複数の吐出口に共通する共通流路だけでなく、個々の吐出口に連結する個別流路にも新鮮なインクを定常的に供給することができる。

一方、特許文献２には、液体吐出ヘッドに対し液体を循環させる方向を往方向と復方向で適宜切り替える構成が開示されている。特許文献２の方法を採用すれば、液体が顔料インクのような記録材であっても、供給システムや液体吐出ヘッドにおいて顔料や粒子の沈降や凝集を抑制することができる。

特開２００２－３５５９７３号公報 国際公開第２０１７／０００９９７号

しかしながら、特許文献１のように個別流路で液体を循環させながら、特許文献２のように循環の方向を適宜切り替えた場合、循環経路の非対称性が、吐出動作時において不均衡な圧力損失を生じさせる場合がある。この場合、往路循環時と復路循環時で吐出状態も安定しなくなり、例えば液体吐出ヘッドがインクジェット記録ヘッドである場合には、出力された画像に濃度むらやスジが現れてしまう。

本発明は上記問題点を解決するためになされたものである。よってその目的とするところは、複数の個別流路で液体を循環させながら液体を吐出する液体吐出ヘッドにおいて、個別流路に対する液体の循環方向を適宜切り替えつつも、液体の循環および供給を安定して行うことが可能な液体吐出ヘッドを提供することである。

そのために本発明は、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のエネルギを発生する素子を内部に備える圧力室と、前記圧力室に液体を供給する第１個別流路と、前記圧力室に液体を供給する第２個別流路と、複数の前記第１個別流路に共通して液体を供給する第１共通流路と、複数の前記第２個別流路に共通して液体を供給する第２共通流路と、前記第１共通流路に接続する第１開口と、前記第２共通流路に接続する第２開口と、を備え、前記第１開口、前記第１共通流路、前記第１個別流路、前記圧力室、前記第２個別流路、前記第２共通流路、前記第２開口の順に液体を流動させる第１の循環と、該第１の循環と反対の順に液体を流動させる第２の循環とが、切り替えられる液体吐出ヘッドであって、前記第１共通流路の流路抵抗は前記第２共通流路の流路抵抗よりも小さく、且つ、前記第１個別流路の流路抵抗は前記第２個別流路の流路抵抗よりも小さいことを特徴とする。

本発明によれば、個別流路に対する液体の循環方向を適宜切り替えつつも、液体の循環および供給を安定して行うことが可能となる。

インクジェット記録装置の概略構成図および制御ブロック図 液体吐出ヘッドの外観斜視図 液体循環ユニットおよび液体吐出ヘッドの仕組みを説明するための模式図 液体循環ユニットおよび液体吐出ヘッドの仕組みを説明するための模式図 液体循環ユニットおよび液体吐出ヘッドの仕組みを説明するための模式図 液体循環ユニットおよび液体吐出ヘッドの仕組みを説明するための模式図 液体供給ユニットとバルブユニットのレイアウト図 液体吐出ヘッドの分解斜視図 流路部材の詳細な構成を説明するための図 流路部材の流路構造を説明するための透視図および断面図 吐出モジュールの斜視図および分解図 記録素子基板の構造を詳細に説明するための図 記録素子基板の構造を詳細に説明するための図 従来の一般的な個別流路の構造を説明するための図 従来例の個別流路における往循環での液体の流れを示す図 従来例の個別流路における復循環での液体の流れを示す図 記録素子基板に形成された流路構造を１列の記録素子列について示す図 従来例の流路構造における液体の流れを示す図 従来例の往循環時における圧力分布を示す図 従来例の復循環時における圧力分布を示す図 第１の実施形態の個別流路における往循環での液体の流れを示す図 第１の実施形態の個別流路における復循環での液体の流れを示す図 第１の実施形態の流路構造における液体の流れを示す図 第１の実施形態の往循環時における圧力分布を示す図 第１の実施形態の復循環時における圧力分布を示す図 個別流路の別形態を示す図

（第１の実施形態）
図１（ａ）および（ｂ）は、本発明の液体吐出装置として使用可能なインクジェット記録装置１（以下、単に装置１とも言う）の概略構成図および制御ブロック図である。図１（ａ）に示すように、記録媒体となるシートＳは搬送手段７００に搭載され、記録部２の下方を所定の速度でｘ方向に搬送される。記録部２は、主として後述する液体吐出ヘッド３００と液体循環ユニット５０４（図１では不図示）から構成され、色材を含有するインクを滴としてｚ方向に吐出する吐出口がｙ方向に所定のピッチで配列している。

図１（ｂ）を参照する。ＣＰＵ５００は、ＲＯＭ５０１に記憶されているプログラムに従いＲＡＭ５０２をワークエリアとして使用しながら、装置１全体を制御する。ＣＰＵ５００は、例えば、外部に接続されたホスト装置６００より受信した画像データに対し、ＲＯＭ５０１に記憶されているプログラムおよびパラメータに従って所定の画像処理を施し、液体吐出ヘッド３００が吐出可能な吐出データを生成する。そして、当該吐出データに従って液体吐出ヘッドを駆動し、所定の周波数でインクを吐出させる。更に、このような液体吐出ヘッド３００による吐出動作の最中、搬送モータ５０３を駆動して、吐出周波数に対応した速度でシートＳをＸ方向に搬送する。これにより、シートＳ上には、ホスト装置より受信した画像データに従った画像が記録される。

液体循環ユニット５０４は、液体吐出ヘッド３００に対し液体（インク）を循環させながら供給するためのユニットである。液体循環ユニット５０４は、ＣＰＵ５００の管理のもと、後述する液体供給ユニット２２０のほか、圧力制御ユニット３や切替え機構４など、インクを循環させるシステム全体を制御する。

図２（ａ）および（ｂ）は、本実施形態で使用する液体吐出ヘッド３００の外観斜視図である。液体吐出ヘッド３００は、複数の記録素子や吐出口がｙ方向に配列されて成る記録素子基板１０が、ｙ方向に沿ってＡ４サイズの幅に対応する距離だけ直線状に配列している。個々の記録素子基板１０には、複数の記録素子がｙ方向に配列して成る記録素子列が、ＣＭＹＫのインクに対応するようにｘ方向に並列配置している。すなわち、本実施形態の液体吐出ヘッド３００を用いれば、Ａ４サイズのシートに対し、当該シートのｘ方向への１度の搬送によってフルカラーの画像を記録することができる。

記録素子基板１０の夫々は、フレキシブル配線基板４０と接続端子９３を介して、電気配線基板９０に接続している。電気配線基板９０には、電力を受容するための電力供給端子９２と吐出信号を受信するための信号入力端子９１が配備されている。一方、液体吐出ヘッド３００には筐体８０も設けられており、筐体８０には、個々の記録素子基板１０に液体を供給するための液体供給ユニット２２０（不図示）や、循環制御を行うためのバルブなどが配備されたバルブユニット４００（不図示）が収容される。また、筐体８０の内側両端部には、液体供給ユニット２２０に構成された第１サブタンク２１と第２サブタンク２２に接続するための液体接続部１１１がインク色分用意されている。第１サブタンク２１と第２サブタンク２２については後に詳しく説明する。

以上の構成のもと、記録素子基板１０に配された記録素子のそれぞれは、信号入力端子９１より入力された吐出信号に基づき、電力供給端子９２から供給された電力を用い、液体供給ユニット２２０より供給されたインクを図のＺ方向に吐出する。

図３～図６は、液体循環ユニット５０４および液体吐出ヘッド３００の仕組みを説明するための模式図である。以下、これら４つの図に共通する構成を、図３を参照しながら説明する。

既に説明したように、液体吐出ヘッド３００は各色で共有されるものであるが、ここでは循環経路を説明する便宜上、シアン用の循環経路（Ｃ）、マゼンタ用の循環経路（Ｍ）、イエロー用の循環経路（Ｙ）、ブラック用の循環経路（Ｋ）を分離して示している。以下、シアン用の循環経路（Ｃ）に着目して説明する。

液体吐出ヘッド３００は、第１サブタンク２１と第２サブタンク２２に接続されており、第１サブタンク２１と液体吐出ヘッド３００の間には、供給弁Ｖ３が配されている。また、第１サブタンク２１は、フィルタ１００１およびインクジョイント８を介してメインタンク１００２に接続されている。本実施形態では、第１サブタンク２１、第２サブタンク２２、供給弁Ｖ３、フィルタ１００１およびインクジョイント８を含む構成を、液体供給ユニット２２０と称する。本実施形態では、これら構成が液体供給ユニット２２０として一体化した形態で説明するが、これら構成は分離された位置に個別にレイアウトされていても良い。

なお、メインタンク１００２は、大容量のインクを収容し装置内に交換可能に配置されている。液体吐出ヘッド３００の吐出動作やメンテナンス処理などに伴って、循環経路全体の液体量が所定量以下になった場合、メインタンク１００２から第１サブタンク２１へ液体が補充される。

第１サブタンク２１および第２サブタンク２２には対応する色のインクが収容され、通常状態において上層には空気層、下層に液体層が形成されている。第１サブタンク２１と第２サブタンク２２の上壁には空気層が外部と連通するエア接続口２３が、側壁下方には液体層が液体吐出ヘッド３００と接続する液体接続口２０がそれぞれ設けられている。なお、エア接続口２３においては、装置が多少傾けられてもタンク内のインクが外部に漏れたりインクが混色したりしないように、気液分離膜２４が配備されている。気液分離膜２４としては、流抵抗が低く液体の透過性が低いものが好ましく、例えば撥水性のフィルタを適用することができる。

第１サブタンク２１のエア接続口２３は、個別弁Ｖ２を介して、切替え機構４の第１開閉弁Ｖ１Ａと第４開閉弁Ｖ１Ｄに接続可能になっている。第２サブタンク２２のエア接続口２３は、他の弁を介することなく、切替え機構４の第２開閉弁Ｖ１Ｂと第３開閉弁Ｖ１Ｃに接続可能になっている。

また、第１サブタンク２１の液体接続口２０は、供給弁Ｖ３を介して液体吐出ヘッド３００の第１共通流路５と接続している。第２サブタンク２２の液体接続口２０は、他の弁を介することなく、液体吐出ヘッド３００の第２共通流路６と接続している。

第１開閉弁Ｖ１Ａ、第２開閉弁Ｖ１Ｂ、第３開閉弁Ｖ１Ｃおよび第４開閉弁Ｖ１Ｄを含む切替え機構４は、シアン用の循環経路（Ｃ）、マゼンタ用の循環経路（Ｍ）、イエロー用の循環経路（Ｙ）、ブラック用の循環経路（Ｋ）に対し、共通に作用する機構である。すなわち、第１開閉弁Ｖ１Ａと第４開閉弁Ｖ１Ｄは４つの第１サブタンク２１に接続し、第２開閉弁Ｖ１Ｂと第３開閉弁Ｖ１Ｃは４つの第２サブタンク２２に接続している。また、第１開閉弁Ｖ１Ａと第２開閉弁Ｖ１Ｂは、第１、第２サブタンクとは反対の側で、圧力制御ユニット３の第１圧力調整機構３１と接続している。さらに、第３開閉弁Ｖ１Ｃと第４開閉弁Ｖ１Ｄは、第１、第２サブタンクとは反対の側で、圧力制御ユニット３の第２圧力調整機構３２と接続している。

すなわち、切替え機構４の４つの開閉弁Ｖ１Ａ～Ｖ１Ｄの開閉状態を切り替えることにより、各色の第１サブタンク２１および第２サブタンク２２の空気層と、第１圧力調整機構３１および第２圧力調整機構３２の接続関係を、様々に切り替えることができる。

ここで、第１圧力調整機構３１および第２圧力調整機構３２について簡単に説明する。第１圧力調整機構３１および第２圧力調整機構３２は、内部に弁やバネ、可撓性フィルムなどを備えた所謂減圧型レギュレータおよび背圧型レギュレータで構成され、いずれも接続されたサブタンクの空気層の負圧を所定の範囲に維持する働きを有している。第２圧力調整機構３２は、真空ジョイント９を介して真空ポンプＰと接続されており、真空ポンプＰを駆動することによって、第２圧力調整機構３２よりも上流の空間の負圧を一定範囲に調整する。一方、第１圧力調整機構３１は、内部の負圧の程度に応じて大気連通口３６と接続し、第１圧力調整機構３１よりも下流の空間の負圧を一定範囲に調整する。

本実施形態では、第１圧力調整機構３１で生成される負圧よりも第２圧力調整機構３２で生成される負圧のほうが低く（負圧力が高く）なるように、内部の弁やバネなどの構成が調整されている。このため、第２圧力調整機構３２に接続されたサブタンクの負圧力のほうが第１圧力調整機構３１に接続されたサブタンクの負圧力よりも大きくなり、これらを流体的に接続する液体吐出ヘッド３００内での液体の流れ方向が決まる。すなわち、切替え機構４の４つの開閉弁Ｖ１Ａ～Ｖ１Ｄの開閉状態を切り替えることにより、液体吐出ヘッド３００における液体の流れ方向を、往方向と復方向で切り替えることができる。以下、具体的に説明する。

図３は、切替え機構４の４つの開閉弁Ｖ１Ａ～Ｖ１Ｄのうち、第１開閉弁Ｖ１Ａと第３開閉弁Ｖ１Ｃを開放し、第２開閉弁Ｖ１Ｂと第４開閉弁Ｖ１Ｄを閉じた状態を示している。図において、開放した弁は白で閉塞した弁は黒で示している。すなわち、図３の場合、第１開閉弁Ｖ１Ａ、第３開閉弁Ｖ１Ｃ、個別弁Ｖ２、供給弁Ｖ３、および後述する負圧補償機構３７の開閉弁Ｖ５が開放され、他の弁が閉塞された状態となる。この状態でポンプＰを駆動すると、第３開閉弁Ｖ１Ｃに接続された第２サブタンク２２の負圧が高まり、液体吐出ヘッド３００に含まれる液体が液体接続口２０を介して第２サブタンク２２の液体層に供給される。更に、液体吐出ヘッド３００に生じる負圧によって、第１サブタンク２１に含まれる液体が、液体接続口２０を介して液体吐出ヘッド３００に供給される。すなわち、図３のように、第１開閉弁Ｖ１Ａと第３開閉弁Ｖ１Ｃを開放し、第２開閉弁Ｖ１Ｂと第４開閉弁Ｖ１Ｄを閉じた場合、第１サブタンク２１から液体吐出ヘッドを通り第２サブタンク２２に向かう液体の流れが生成される。以下、このような液体の循環を往循環と称す。

一方、図４は、切替え機構４の４つの開閉弁Ｖ１Ａ～Ｖ１Ｄのうち、第１開閉弁Ｖ１Ａと第３開閉弁Ｖ１Ｃを閉塞し、第２開閉弁Ｖ１Ｂと第４開閉弁Ｖ１Ｄを開放した状態を示している。この状態でポンプＰを駆動すると、第４開閉弁Ｖ１Ｄに接続された第１サブタンク２１の負圧が高まり、液体吐出ヘッド３００に含まれる液体が液体接続口２０を介して第１サブタンク２１の液体層に供給される。更に、液体吐出ヘッド３００に生じる負圧によって、第２サブタンク２２に含まれる液体が、液体接続口２０を介して液体吐出ヘッド３００に供給される。すなわち、図４のように、第１開閉弁Ｖ１Ａと第３開閉弁Ｖ１Ｃを閉塞し、第２開閉弁Ｖ１Ｂと第４開閉弁Ｖ１Ｄを開放した場合、第２サブタンク２２から液体吐出ヘッドを通り第１サブタンク２１に向かう、図３とは反対の液体の流れが生成される。以下、このような液体の循環を復循環と称す。

図３で示す往循環と図４で示す復循環の切り替えは、各色の第１サブタンク２１と第２サブタンク２２に配備されている液体の残量検知センサの検知結果など、様々な条件に基づいてＣＰＵ５００が判断し、４つの開閉弁Ｖ１Ａ～Ｖ１Ｄを制御することにより行う。例えば、ＣＰＵ５００は、上流側のサブタンクで液体残量が下限値に達したタイミングで上記切替えを行っても良いし、同じ方向の流動が所定時間継続されたタイミングで行っても良い。このような開閉弁の切り替え動作は、液体吐出ヘッド３００が吐出動作を停止している状態で行うが、切り替え動作自体が数秒で完了できるため、装置のダウンタイムとして問題視されることはない。

一方、第２サブタンク２２の残量が下限値以下であり、第１サブタンク２１の残量が上限値以下である場合、ＣＰＵ５００は、各色の供給弁Ｖ３を閉塞し、個別弁Ｖ２を開放し、切替え機構４を図４の状態にセットし、ポンプＰを駆動する。この際後述するバイパス弁Ｖ４は開放する。すなわち、供給弁Ｖ３で第１サブタンク２１を液体吐出ヘッド３００から分離した状態で、第１サブタンク２１内に第２圧力調整機構３２によって比較的高い負圧をかける。これにより、第１サブタンク２１には、インクジョイント８およびフィルタ１００１を介してメインタンク１００２より液体が供給される。そして、残量検知センサによって第１サブタンク２１に収容された液体が上限値を超えたことを検知すると、ＣＰＵ５００は、そのインク色の個別弁Ｖ２を閉じる。これにより、いずれのインク色についても第１サブタンク２１の液体量を上限値まで補充することができる。

なお、上記補充動作の間、液体吐出ヘッド３００には、第１圧力調整機構３１によって、所定量の静負圧が第２のサブタンク２２を介してかけられているため、個々の吐出口においてメニスカスは維持されている。

上記第１サブタンク２１への補充動作が完了すると、ＣＰＵ５００は、切替え機構４を図４の状態から図３の状態に切り替え、供給弁Ｖ３と個別弁Ｖ２を開放する。これにより、第１サブタンク２１よりも第２サブタンク２２の負圧力が高くなり、第１サブタンク２１に補充された液体は液体吐出ヘッド３００を介して第２サブタンク２２に流動し、往循環の状態で液体吐出ヘッド３００の吐出動作を開始することができる。

その後、しばらくの間、第１サブタンク２１から第２サブタンク２２に向かう往循環が維持される。そして、ＣＰＵ５００が自身の判断によって切替え機構４を再び図３の状態から図４の状態に切り替えると、流動方向は逆転し、第２サブタンク２２から第１サブタンク２１への復循環が開始される。このように、本実施形態の液体循環システムでは、ＣＰＵ５００による切替え機構４の切り替えによって、往循環と復循環を適切なタイミングで切り替えることにより、液体に含まれる顔料などの粒子の沈降や凝集を抑制することができる。

電源ＯＦＦ時のようなノーマルステートでは、各色の個別弁Ｖ２と供給弁Ｖ３は閉じられ、ポンプＰの駆動は停止され、切替え機構４の各開閉弁は図３の状態で維持される。すなわち、相対的に負圧力の低い第１圧力調整機構３１が第１サブタンク２１に、相対的に負圧力の高い第２圧力調整機構３１が第２サブタンク２２に、接続された状態でポンプＰが停止される。

このとき、液体吐出ヘッド３００は、第１サブタンク２１とは圧力的に切り離され、第２サブタンク２２とのみ接続された状態となる。すなわち、液体吐出ヘッド３００には第２圧力調整機構３１によって比較的強い負圧が作用した状態で吐出口のメニスカスが保持される。このため、電源がＯＦＦされている間に、多少の圧力変動が起きたり、装置が傾けられたりしても、液体吐出ヘッド３００からの液体の垂れを抑えることができる。

更に本実施形態においては、第２圧力調整機構３２と切替え機構４の間にエアバッファ７を設け、ノーマルステートの間に環境が大きく変化した場合や、着荷後の再移動によって装置が大きく傾けられた場合でも液体の垂れを抑制できるようにしている。具体的には、大気圧の低下や環境温度の上昇によって第２サブタンク２２内の空気が膨張した場合でも、膨張した分の空気をエアバッファ７に収容し、体積変化に伴う圧力変化が液体吐出ヘッドに影響しないようにしている。本実施形態のエアバッファ７としては、例えばゴムで形成された袋状部材や、内部にバネ部材収容した袋状部材などを好適に用いることができる。

本実施形態のような圧力調整機構を採用すれば、サブタンクと液体吐出ヘッドの水頭差に伴うインク漏れなどを予め抑制することができる。逆に言えば、本実施形態のような圧力調整機構を採用した構成であれば、液体吐出ヘッド３００とサブタンクを、装置内において比較的自由にレイアウトすることが可能となる。

ところで、液体吐出ヘッド３００に構成される流路の内圧は、第１圧力調整機構３１と第２圧力調整機構３２が生成する負圧のほか、液体吐出ヘッド３００が実行する吐出動作にも影響を受ける。そして、液体吐出ヘッド３００が多数の吐出動作を高周波に行った場合、液体吐出ヘッド３００の内部でも負圧が生成され、往循環か復循環かによらず、第１共通流路５からも第２共通流露６からも液体吐出ヘッド３００に向けて液体が流動する。

この際、流動の下流に位置する第２圧力調整機構３２やポンプＰにおいては、逆止弁などが配備されており、逆流が生じないようになっている。このため、液体吐出ヘッド３００より高周波の吐出動作が継続して行われると、液体吐出ヘッド３００と第２圧力調整機構３２の間にあるサブタンクの負圧が大きくなり、液体吐出ヘッド３００に対し液体を十分に補充（リフィル）できない状況が生じる。

図５は、上記状況を示す図である。切替え機構４は図３と同様、第１開閉弁Ｖ１Ａと第３開閉弁Ｖ１Ｃを開放し、第２開閉弁Ｖ１Ｂと第４開閉弁Ｖ１Ｄを閉塞した状態となっている。すなわち、液体は第１サブタンク２１から液体吐出ヘッド３００に供給され、第２サブタンク２２に排出される（往循環）。図では、シアンインク（Ｃ）の液体吐出ヘッド３００の中央部の吐出口と、イエローインク（Ｙ）の液体吐出ヘッド３００の全吐出口で、吐出動作が行われている状態を示している。このような状態が継続し、吐出口でのリフィル不足が発生すると、シアンインクおよびイエローインクの吐出動作が正常に行われなくなり、シート上では画像のかすれや濃度むらが感知されてしまう。また、吐出頻度が少ない吐出口では、近傍の流路において液体が多量に流れるため、液路の温度が急激に低下して吐出動作が乱れてしまう。

本実施形態の液体供給システムでは、以上のような状況を回避するため、負圧補償機構３７を備えている。負圧補償機構３７は、受動弁３３と開閉弁３４で構成され、第１圧力調整機構３１の直下流と第２圧力調整機構３２の直上流を直接接続する経路の途中に設けられている。開閉弁３４は、アイドリング中や吐出動作を行っている最中など、基本的な状態において開放している。一方、受動弁３３は、第１圧力調整機構３１側の圧力と第２圧力調整機構３２側の圧力の差が、所定値以上になったときに開放し、所定値未満の場合は閉塞するようになっている。このため、液体吐出ヘッド３００の吐出動作によって、第２圧力調整機構３２の上流の内圧が低下しても、受動弁３３の開放によってサブタンクの内圧は所定の負圧より下がることは無い。また、吐出動作を行っていないマゼンタやブラックの液体吐出ヘッド３００においても、サブタンク内の負圧は殆ど変化しないため、安定した流動を維持することができる。

図６は、液体吐出ヘッド３００の回復モードを説明するための図である。本実施形態の回復モードとは、吐出動作を行っていない液体吐出ヘッド３００において、比較的強い圧力で液体を流動させることにより、液体吐出ヘッド３００内に残留する泡や増粘インク及び異物などを排出するモードである。本実施形態では、回復モードのために、第２圧力調整機構３２の直上流と直下流を接続する流路と、その途中にバイパス弁Ｖ４を設けている。バイパス弁Ｖ４は、アイドリング中や吐出動作を行っている最中など、通常の状態では閉塞している。

回復モードを実行するとき、ＣＰＵ５００は、負圧補償機構３７の開閉弁Ｖ５を閉じ、バイパス弁Ｖ４を開き、ポンプＰを駆動する。バイパス弁Ｖ４が開くことにより、第２圧力調整機構３２の負圧調整値に係らず、ポンプＰの吸引力は切替え機構４によって接続されたサブタンク（図６の場合は第２サブタンク２２）に直接作用する。この際、第２圧力調整機構３２の直上流の負圧力は急激に高まるが、負圧補償機構３７の開閉弁Ｖ５は閉塞しているため、第１圧力調整機構３１の負圧調整値は維持される。結果、第１圧力調整機構３１の下流と第２圧力調整機構３２の上流の圧力差は通常よりも大きくなり、第１サブタンク２１から液体吐出ヘッド３００を経て第２サブタンク２２に向けて液体は通常よりも速い速度で流動する。これにより、液体吐出ヘッド３００内に残留する泡や増粘インク、異物などを強制的に排出することができる。

本実施形態の回復モードでは、以上のような高速度の流動を、切替え機構４の開閉弁を切替えながら、往循環と復循環で交互に繰り返す。このような回復モードであれば、従来のように、吐出口面にキャップを当接してキャップ内に負圧をかけて吐出口からインクを強制的に排出する回復モードに比べ、回復機構の簡素化と廃インクの低減を実現しつつ、異物などをより効果的に排出することができる。

なお、回復モードにおけるポンプＰの駆動力（吸引力）は、液体吐出ヘッド３００に配列する複数の吐出口において、メニスカスが正常に維持できる範囲で調整されることが好ましい。但し、回復モードの最中には吐出動作が行われないため、回復モードにおけるポンプＰの吸引力は比較的高い値に設定することができる。
図７（ａ）～（ｃ）は、液体供給ユニット２２０とバルブユニット４００の、装置内におけるレイアウトを示す図である。液体供給ユニット２２０とバルブユニット４００は、図７（ａ）および（ｂ）に示す順番で積層され、図２（ａ）および（ｂ）で示した液体吐出ヘッド３００の筐体８０に搭載される。図７（ａ）は液体供給ユニット２２０とバルブユニット４００を連結した状態の斜視図、図７（ｂ）は液体供給ユニット２２０とバルブユニット４００を分解した状態の斜視図を示している。また、図７（ｃ）は液体供給ユニット２２０とバルブユニット４００を連結した状態の上面図を示している。図３～図６で説明した機構のうち液体吐出ヘッド３００、メインタンク１００２およびポンプＰ以外のほぼ全てが、これら液体供給ユニット２２０とバルブユニット４００のいずれかにレイアウトされている。

バルブユニット４００は、図３～図６で説明した弁のうち、供給弁Ｖ３を除く全ての弁が板状の基板上にレイアウトされて構成されている。具体的には、切替え機構４を構成する４つの開閉弁Ｖ１Ａ、Ｖ１Ｂ、Ｖ１Ｃ、Ｖ１Ｄ、各インク色に対応する個別弁Ｖ２、バイパス弁Ｖ４、負圧補償機構３７を構成する開閉弁Ｖ５と受動弁３３、がレイアウトされている。また、負圧調製ユニット３、エアバッファ７、インクジョイント８および真空ジョイント９も、バルブユニット４００に設けられている。負圧調製ユニット３においては、第１圧力調整機構３１と第２圧力調整機構３２に相当する２つのレギュレータが、共通のボディの中に隣り合うように配置されている。

一方、液体供給ユニット２２０は、ほぼ直方体の外形を有し、その内部に各インク色に対応する第１サブタンク２１と第２サブタンク２２が形成されている。また、液体供給ユニット２２０の上面には、夫々のサブタンクの気体層が、開閉弁Ｖ１Ａ、Ｖ１Ｂ、Ｖ１Ｃ、Ｖ１Ｄと接続するためのエア接続口２３が形成されている。更に、第１サブタンク２１の上位であって、バルブユニット４００インクジョイント８に対応する位置には、フィルタ１００１が配備されている。第１サブタンク２１と液体吐出ヘッド３００の間に配される供給弁Ｖ３については、液体供給ユニット２２０の底部にレイアウトされている。

本実施形態においては、装置全体のコストの観点より、インク色ごとに個別に開閉を制御する必要のある個別弁Ｖ２のみを電磁弁とし、他の弁はモータとギア・カム機構によって開閉が制御されるメカ機構弁としている。但し、上記構成は本発明を限定するものではない。個別弁Ｖ２も他の弁と同様のメカ機構弁としても良いし、全ての弁を電磁弁としても良い。

本実施形態では、圧力損失が十分に小さいエア配管を用いて、ポンプＰ、圧力制御ユニット３、切替え機構４を第１サブタンク２１および第２サブタンク２２と接続している。このため、圧力損失を考慮しなくても各機構を比較的自由にレイアウトすることができ、図７に示したような省スペースで小型な構成が実現可能となっている。

このように、本実施形態においては、液体吐出ヘッド３００、液体供給ユニット２２０およびバルブユニット４００を、鉛直方向に積層して互いに接続させている。そして、液体吐出ヘッド３００と液体供給ユニット２２０から成る部分をユニット化し、装置に対し個別に交換可能な構成としている。つまり、上記ユニットは、メインタンク１００２やバルブユニット４００との接続部を解除したり接合したりするのみで、新しい物に交換することができる。

図８は、液体吐出ヘッド３００の分解斜視図である。液体吐出ヘッド３００は、剛性を担保するための筐体８０に対し、＋ｚ方向側より流路部材２１０と吐出モジュール２００とカバー部材１３０が取り付けられ、－ｙ方向側には電気配線基板支持部８２とともに電気配線基板９０がビス止めされて構成される。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の３層で構成される。吐出モジュール２００はＹ方向に配列する１５個の記録素子基板１０を有している。カバー部材１３０は１５個の記録素子基板１０が配列する外周を被覆する。

筐体８０は、液体吐出ヘッド３００の反りを高精度に矯正して、記録素子基板１０の位置精度を確保する役割を果す。このため、筐体８０は十分な剛性を有することが好ましい。好適な材質としてはＳＵＳやアルミなどの金属材料やアルミナなどのセラミックが挙げられる。筐体８０の底部には、ジョイントゴム１００を挿入するための開口８３、８４が設けられている。液体供給ユニット２２０と、液体吐出ヘッド３００とは、ジョイントゴム１００を介して液体の流入出が行われる。

１５個の記録素子基板１０からなる吐出モジュール２００は、液体を滴として吐出する構成を備え、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個々の記録素子基板１０に導く構成である。流路部材２１０および吐出モジュール２００については後に詳しく説明する。

カバー部材１３０は、記録素子基板１０の吐出口面を露出させるための長尺の開口１３１を有している。開口１３１周囲の枠部は、液体吐出ヘッド３００の吐出口面を保護しする際に、ゴム状のキャップ部材と当接する。液体吐出ヘッド３００の製造時において、枠部の内側に接着剤、封止材、充填材を塗布した後、当該面を吐出モジュール２００と接着させることにより、キャップ部材との密着度を高め、吐出口面の保護や回復処理の効果を高めることができる。

図９（ａ）～（ｆ）は、流路部材２１０の詳細な構成を説明するための図である。図９（ａ）および（ｂ）は第１流路部材５０の表裏面、図９（ｃ）および（ｄ）は第２流路部材６０の表裏面、図９（ｅ）および（ｆ）は第３流路部材７０の表裏面をそれぞれ示している。図９（ａ）が吐出モジュール２００との当接面となり、図９（ｆ）が液体供給ユニット２２０との当接面となる。また、図９（ｂ）に示す第１流路部材５０の面と図９（ｃ）に示す第２流路部材６０の面が当接し、図９（ｄ）に示す第２流路部材６０の面と図９（ｅ）に示す第３流路部材７０の面が当接する。

液体供給ユニット２２０より供給された液体を吐出モジュール２００の各記録素子基板１０に導くための流路構成と、各記録素子基板１０で消費されなかった液体を液体供給ユニット２２０に戻すための流路構成が、これら流路部材によって実現されている。このような流路部材２１０は、筐体８０の底部にビス止め固定されており、その反りや変形が抑えられている。

第３流路部材７０において、液体供給ユニット２２０と当接する面（図９（ｆ））には、図２で説明した液体接続部１１１に対応する位置に、複数の連通口７２が形成されている。これら連通口７２は背面側（図９（ｅ））に貫通しており、背面側にはｙ方向に延在する共通流路溝７１が形成されている。図において、８本の共通流路溝７１のうち、４本が第１サブタンク２１に接続する共通流路溝７１であり、残りの４本が第２サブタンク２２に接続する共通流路溝７１である。このような構成のもと、第１、第２サブタンクのうち、上流側のサブタンクに接続する共通流路溝７１では、連通口７２より供給された液体を、その背面にてｙ方向に広げる。下流側のサブタンクに接続する共通流路溝７１では、ｙ方向に回収した液体を連通口７２に回収する。

第２流路部材６０において、第３流路部材７０の図９（ｅ）に示す面と当接する面（図９（ｄ））には、第３流路部材７０に形成された共通流路溝７１に対応する位置にｙ方向に延在する共通流路溝６２が形成されている。更に、個々の共通流路溝６２には、背面側（図９（ｃ））に貫通する連通口６１が、ｙ方向の所々に形成されている。このような構成のもと、第１、第２サブタンクのうち、上流側のサブタンクに接続する共通流路溝６２では、受容した液体を背面（図９（ｃ））の連通口６１に供給する。下流側のサブタンクに接続する共通流路溝６２では、連通口６１より回収した液体をｙ方向に広げる。

第１流路部材５０において、第２流路部材６０の図９（ｃ）に示す面と当接する面（図９（ｂ））には、第２流路部材６０の連通口６１から、記録素子基板１０の個々の記録素子列が形成された位置までインクを導くための個別流路溝５２が形成されている。個々の個別流路溝５２において、連通口６１とは反対の端部には、背面側（図９（ａ））に貫通する連通口５１が形成されている。このような構成のもと、上流側のサブタンクより連通口６１を介して流入された液体は、個別流路溝５２に沿って連通口５１に向かう。そして、第１流路部材５０の吐出モジュール２００と対向する面（図９（ａ））から、吐出モジュール２００（記録素子基板１０）に供給される。一方、吐出モジュール２００にて消費されなかった液体は、上記流路と逆の流路を辿って図９（ｆ）の連通口７２まで達し、下流側のサブタンクに流出する。

第１流路部材５０、第２流路部材６０、第３流路部材７０のそれぞれは、液体（インク）に対して十分な耐腐食性を有し、線膨張率の低い材質から構成されることが好ましい。好適に使用可能な材質としては、アルミナや、樹脂材料、特にＬＣＰ（液晶ポリマー）、ＰＰＳ（ポリフェニルサルファイド）が挙げられる。また、ＰＳＦ（ポリサルフォン）や変性ＰＰＥ（ポリフェニレンエーテル）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なども挙げられる。流路部材２１０を形成する際には、第１流路部材５０、第２流路部材６０、第３流路部材７０を互いに接着してもよいが、材質として樹脂複合樹脂材料を選択した場合には、溶着によって接合することもできる。

図１０（ａ）および（ｂ）は、流路部材２１０の内部に形成された流路構造を説明するための透視図および断面図である。図１０（ａ）は、流路部材２１０をｚ方向から観察した場合の拡大透視図である。ここでは、図９（ｄ）および（ｅ）で示される８本の共通流路溝６２（７１）のうち、第１サブタンク２１に接続する流路溝を、各インク色について６１０Ｃ、６１０Ｍ、６１０Ｙ、６１０Ｋとして示している。また、第２サブタンク２２に接続する流路溝を、各インクについて６２０Ｃ、６２０Ｍ、６２０Ｙ、６２０Ｋとして示している。

さらに、図９（ｂ）で示される個別流路溝５２のうち、第１サブタンク２１に接続する流路溝を、５１０Ｃ、５１０Ｍ、５１０Ｙ、５１０Ｋとして、第２サブタンク２２に接続する流路溝を、５２０Ｃ、５２０Ｍ、５２０Ｙ、５２０Ｋとして示している。このように、連通口７２、共通流路溝７１、６１、連通口６１、個別流路溝５２および連通口５１は、いずれも、インク色ごとに、第１サブタンク２１に接続する流路と、第２サブタンク２２に接続する流路が独立して用意されている。

図１０（ｂ）は、図１０（ａ）のＸｂ－Ｘｂ断面図である。第３流路部材７０と第２流路部材６０の重ね合わせによって、第１サブタンク２１に接続する４つの流路溝６１０Ｃ、６１０Ｍ、６１０Ｙ、６１０Ｋと、第２サブタンク２１に接続する４つの流路溝６２０Ｃ、６２０Ｍ、６２０Ｙ、６２０Ｋとが形成されている。シアンインク（Ｃ）の第１サブタンク２１に接続するための流路溝６１０Ｃとイエローインク（Ｙ）の第２サブタンク２２に接続するための流路溝６２０Ｙが、第１流路部材５０に形成された個別流路５１０Ｃと５２０Ｙに、それぞれ接続している。吐出モジュール２００には、実際に液体を吐出する機構を備えた記録素子基板１０のほか、記録素子基板１０を支持するための支持部材１２０も含まれており、図１０（ｂ）ではこれらの内部に形成されている流路も示している。

以上説明した構成により、本実施形態の液体吐出ヘッド３００では、切替え機構４を図３の様に設定したとき即ち往循環のとき、液体は、共通流路６１０→個別流路５１０→記録素子基板１０→個別流路５２０→共通流路６２０の順に流れる。一方、切替え機構４を図４の様に設定したとき即ち復流動のとき、液体は、共通流路６２０→個別流路５２０→記録素子基板１０→個別流路５１０→共通流路６１０の順に流れる。なお、図１０（ａ）および（ｂ）で示したブラック、シアン、マゼンタ、イエローのＸ方向における流路溝の配列順序は一例であり、他の順序とすることもできる。

図１１（ａ）および（ｂ）は、吐出モジュール２００の斜視図および分解図である。吐出モジュール２００は、支持部材１２０に記録素子基板１０を接着し、記録素子基板１０の端子１０ａとフレキシブル配線基板４０の端子４１をワイヤーボンディングによって電気接続し、ワイヤーボンディング部を封止材１１０で封止することで製造される。フレキシブル配線基板４０において、記録素子基板１０との接続部とは反対の位置にある端子４２は、図２で説明した電気配線基板９０の接続端子９３と電気接続される（図２参照）。支持部材１２０には、図１０（ｂ）で説明した個別流路５１０、５２０と接続するための液体連通口１２１が、第１流路部材５０の連通口５１と対応する位置に形成されている。支持部材１２０は、記録素子基板１０の支持体であると同時に、記録素子基板１０と流路部材２１０との間に位置する１つの流路部材でもある。このため、平面度が高く、十分に高い信頼性をもって記録素子基板１０と接合できるものが好ましい。好適に使用可能な材質としては例えばアルミナや樹脂材料が挙げられる。

図１２（ａ）～（ｃ）および図１３（ａ）および（ｂ）は、記録素子基板１０の構造を詳細に説明するための図である。図１２（ａ）は記録素子基板１０の上面図、図１２（ｂ）は図１２（ａ）に示す領域ＸＩＩｂの拡大図、図１２（ｃ）は記録素子基板１０の背面図である。また、図１３（ａ）は、図１２（ａ）のＸＩＩＩａ－ＸＩＩＩａ断面図、同図（ｂ）は隣接する記録素子基板１０の接続状態を示す図である。図１３（ａ）に示すように、１つの記録素子基板１０は、主に感光性樹脂から成る流路形成部材１２と、シリコンから成る基板１１と、薄膜の蓋部材１４がｚ方向に積層されて構成されている。以下、順番に説明する。

図１２（ａ）の上面図に示すように、１つの流路形成部材１２には、同色のインクを吐出する吐出口１３がｙ方向に配列して成る吐出口列が、インク色に対応する数（４列）だけｘ方向に並列配置している。また、その端部にはフレキシブル配線基板４０と接合するための端子１０ａが形成されている。本実施形態の記録素子基板１０は平行四辺形を呈しており、ｙ方向に１５枚配列することにより吐出モジュール２００が形成される。

図１２（ｂ）は、図１２（ａ）に示す領域ＸＩＩｂの拡大図である。流路形成部材１２において、隔壁２７が所定のピッチでｙ方向に並び区画することによって複数の圧力室３０が形成されている。基板１１の表面であって個々の圧力室３０に対応する位置には、電気熱変換素子である記録素子１５が配されている。また、流路形成部材１２の、記録素子１５とｚ方向に対向する位置には、記録素子１５によってエネルギが付与された液体を吐出するための吐出口１３が形成されている。個々の記録素子１５、圧力室３０、吐出口１３で形成される個別流路の構造については、後に詳しく説明する。

一方、吐出口列のｘ方向両側には、流路部材２１０の個別流路５１０と連結し複数の圧力室３０に接続される第１基板供給路１８と、流路部材２１０の個別流路５２０と連結し複数の圧力室３０に接続される第２基板供給路１９が、ｙ方向に延在している。また、図１３（ａ）の断面図にも示すように、第１基板供給路１８には圧力室３０と連通する第１供給口１６が、第２基板供給路１９には圧力室３０と連通する第２供給口１７が、それぞれの圧力室３０に対応づけて形成されている。圧力室３０の内部の液体は、第１供給口１６や第２供給口１７を介して、圧力室３０の外部との間で往復流動される。

更に、図１２（ｃ）にも示すように、第１流路部材５０と接する側に配された蓋部材１４には、第１流路部材５０の連通口５１および支持部材１２０の液体連通口１２１に対応する位置に複数の開口が形成されている。ここでは、記録素子基板１０内の第１基板供給路１８に接続する開口を第１開口２５、第２基板供給路１９に接続する開口を第２開口２６とする。このような蓋部材１４においては、液体（インク）に対する十分な耐食性と、混色防止の観点から複数の第１開口２５と第２開口２６の高いレイアウト精度が求められる。よって例えば、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第１開口２５および第２開口２６を形成することが好ましい。

図１３（ｂ）は、記録素子基板１０の接続状態を示す図である。図１２（ａ）でも説明したように、本実施形態の記録素子基板１０は平行四辺形を呈している。そして、この記録素子基板１０の複数を、互いの側辺を当接させながらｙ方向に連続配置することにより、４色のインクに対応する４列の吐出口列が形成される。この際、２つの記録素子基板１０の接続箇所において、一方の記録素子基板１０の最端部に位置する少なくとも１つの吐出口１３と、もう一方の記録素子基板１０の最端部に位置する吐出口１３が、ｙ方向の同じ位置にレイアウトされるようになっている。言い換えると、そのようにレイアウトされるように、平行四辺形の傾き角度が設計されている。図では、Ｄ線上の２つの吐出口１３が、ｙ方向の同じ位置にレイアウトされている。

このような構成によれば、液体吐出ヘッド製造時に２つの記録素子基板１０が多少ずれて接続されてしまっても、接続部に相当する位置の画像は、オーバーラップ領域に含まれる複数の吐出口の恊働によって印刷することができる。よって、紙面上にされた画像においては、上記ずれに伴う黒スジや白抜けを目立たなくすることができる。なお、以上では記録素子基板１０の主平面を平行四辺形としたが、本発明はこれに限るものではない。例えば長方形、台形、その他形状の記録素子基板を用いることもできる。

図１４（ａ）～（ｃ）は、記録素子１５、圧力室３０、吐出口１３の組で形成される従来の一般的な個別流路の構造を説明するための図である。図１４（ａ）は吐出口１３の側（＋ｚ方向側）から見た平面図、図１４（ｂ）は同図（ａ）のＸＩＶｂｃ－ＸＩＶｂｃ断面図、図１４（ｃ）は同断面の斜視図である。

既に説明したように、圧力室３０に対応する位置には、記録素子１５と吐出口１３が、ｚ方向に対向している。記録素子１５は端子１０ａと電気的に接続されており、電気配線基板９０及びフレキシブル配線基板４０を介して、装置本体の制御回路によって駆動される。一方、圧力室３０の±ｘ方向の両側には、個々の圧力室３０に対応づけられた第１供給口１６と第２供給口１７が配されている。第１供給口１６は第１基板供給路１８と、第２供給口１７は第２基板供給路１９とそれぞれ連通し、どちらの経路からも圧力室３０に対し液体を供給することができるようになっている。ここでは、第１供給口１６から圧力室３０までの流路を第１ノズル流路（第１個別流路）２８、第２供給口１７から圧力室３０までの流路を第２ノズル流路（第２個別流路）２９としている。吐出動作を行っていない時、吐出口１３には、液体のメニスカスが形成されている。

このような構成のもと、記録素子基板１０においては、切替え機構４を図３の様に設定した往循環のとき、次の順に液体が流れる。即ち、第１開口２５→第１基板供給路（第１共通流路）１８→第１供給口１６→第１ノズル流路（第１個別流路）２８→圧力室３０→第２ノズル流路（第２個別流路）２９→第２供給口１７→第２基板供給路（第２共通流路）１９→第２開口２６の順に液体が流れる。一方、切替え機構４を図４の様に設定した復循環のときは、次の順に液体が流れる。すなわち、第２開口２６→第２基板供給路１９→第２供給口１７→第２ノズル流路２９→圧力室３０→第１ノズル流路２８→第１供給口１６→第１基板供給路１８→第１開口２５の順に液体が流れる。そして、どちらの流方向の場合も、流動速度は０．１～１００ｍｍ／ｓ程度の緩やかな流れであり、吐出口１３におけるメニスカスは維持されている。

吐出データに従って記録素子１５に電圧パルスが印加されると、記録素子１５の急激に発熱によって圧力室３０に収容されている液体中に膜沸騰が生じ、その泡の成長エネルギによって、記録素子１５と対向する吐出口１３から液体が吐出される。その後、吐出によって消費された分の液体は、第１ノズル流路２８と第２ノズル流路２９の両側から圧力室３０に補充（リフィル）される。

図１５（ａ）～（ｄ）および図１６（ａ）～（ｄ）は、図１４（ａ）～（ｃ）に示した個別流路における、往循環および復循環での液体の流れをそれぞれ示す図である。既に説明したように、往循環の場合、液体は第１供給口１６→第１ノズル流路２８→圧力室３０→第２ノズル流路２９→第２供給口１７の順に液体が流れる（図１５（ａ）（ｂ））。一方、復循環の場合、液体は第２供給口１７→第２ノズル流路２９→圧力室３０→第１ノズル流路２８→第１供給口１６の順に液体が流れる（図１６（ａ）（ｂ））。

図１５（ｃ）および図１６（ｃ）は、流路抵抗を示す模式図である。ここでは、第１ノズル流路２８の流路抵抗ＲＳ１、第２ノズル流路２９の流路抵抗ＲＳ２として示している。従来は、第１ノズル流路２８も第２ノズル流路２９も同型に製造しているため、第１ノズル流路２８の流路抵抗ＲＳ１と第２ノズル流路２９の流路抵抗ＲＳ２の大きさは同等である（ＲＳ２＝ＲＳ１）。

図１５（ｄ）および図１６（ｄ）は、吐出口１３から液体が吐出された直後の液体の流れを示している。記録素子１５の駆動により圧力室３０内に発生した気泡の収縮により、吐出口１３から液体が吐出されると、第１ノズル流路２８と第２ノズル流路２９の双方から圧力室３０に向けて液体が供給（リフィル）される。但し、既に説明した圧力制御ユニット３により、往循環の場合は第２ノズル流路２９側の方が第１ノズル流路２８側よりも負圧が高くなっている。このため、第１ノズル流路２８側から供給される液体の量が、第２ノズル流路２９側から供給される液体の量よりも多くなる（図１５（ｄ））。また、復循環の場合は第１ノズル流路２８側の方が第２ノズル流路２９側よりも負圧力が高くなっている。このため、第２ノズル流路２９側から供給される液体の量が、第１ノズル流路２８側から供給される液体の量よりも多くなる（図１６（ｄ））。すなわち、往循環であっても副循環であっても、吐出後のリフィルにおいては、より多くの液体が循環方向に沿って供給される。

しかしながら、リフィル時における個別流路における液体の流動は、個別流路の流路抵抗ＲＳ１およびＲＳ２だけでなく、記録素子基板１０に構成された様々な流路構成からも影響を受ける。そして、液体の吐出とリフィルを多数の圧力室で高周波に繰り返すような場合は、記録素子基板１０における圧力室３０の両側の２つの経路の構造の違いが、これら流路の間に不均衡な圧力損失を生じさせる場合がある。

図１７は、記録素子基板１０に形成された流路構造を、１列の記録素子列について示す図である。ここでは、記録素子基板１０を構成する蓋部材１４、基板１１、流路形成部材１２に形成された流路を、＋ｚ方向（吐出口１３の側）から透視した状態を示している。

上位層である流路形成部材１２においては、隔壁２７と、隔壁２７によって区画された圧力室３０に対応する領域に吐出口１３が形成されている。中位層である基板１１には、ｙ方向に延在する第１基板流路１８と第２基板流路１９が圧力室３０の配列を挟むように配備され、第１基板流路１８と接続する第１供給口１６と、第２基板流路１９と接続する第２供給口１７が圧力室３０に対応づけて形成されている。下位層である蓋部材１４には、第１基板流路１８と接続する第１開口２５と、第２基板流路１９と接続する第２開口２６が形成されている。ここでは、１列の記録素子列に対し第１開口２５は中央を挟んで２つ、第２開口２６は中央に１つ形成された場合を示している。

薄膜である蓋部材１４においては、このような開口が対応する位置に並んでいると強度が損なわれる恐れがある。よって本実施形態では、４色分の第１開口２５と第２開口２６を図１２（ｃ）に示すように分散させてレイアウトし、蓋部材の強度が必要以上に損なわれないようにしている。しかしながら、圧力室３０の両側の経路における、このような開口の数の違いは、往循環時と復循環時で吐出動作時における不均衡な圧力損失を招くことがある。以下、具体的に説明する。

図１７に示すように、２つの第１開口２５によって液体が供給される第１基板供給路１８では、第１開口部２５から第１供給口１６までの距離が比較的短い。図では、第１開口部２５から、最も離れた位置（距離Ｌ１）にある第１供給口１６までの流路抵抗をＲＣ１で示している。一方、１つの第２開口２６によって液体が供給される第２基板供給路１９では、第２開口２６から第２供給口１７までの距離が比較的長い。図では、第２開口２６から、最も離れた位置（距離Ｌ２）にある第２供給口１７までの流路抵抗をＲＣ２で示している。同じ形状および長さの第１基板供給路１８および第２基板供給路１９であっても、接続する開口の数が少ない第２基板供給路１９のほうが、より長い距離（Ｌ２＞Ｌ１）を介して第２供給口１７に液体を運ぶため、結果的に流路抵抗が大きくなる（ＲＣ１＜ＲＣ２）。そしてこの流抵抗の違いは、吐出動作を行っていない場合の定常循環には然程影響しないものの、吐出動作を行った場合の圧力損失には少なからず影響を及ぼす。

図１８（ａ）～（ｄ）は、図１７に示す流路構造における液体の流れを、往循環と復循環および定常循環時と吐出動作時について示す図である。図１８（ａ）は往循環における定常循環時を、図１８（ｂ）は往循環における吐出動作時を、図１８（ｃ）は復循環における定常循環時を、図１８（ｄ）は復循環における吐出動作時を、それぞれ示している。いずれの図においても液体の流量を矢印の太さで示している。

上述したように、二つの開口（第１開口２５）を有する第１基板供給流路１８のほうが、一つの開口（第２開口２６）を有する第２基板供給流路１９に比べて、個々の圧力室３０までの距離は短く、流路抵抗は小さい（ＲＣ１＜ＲＣ２）。しかしながら、急激な圧力変化を伴わない定常循環時において、このような流路抵抗の違いは液体の流れに大きく影響しない。よって、圧力制御ユニット３が生成する第１基板供給流路１８と第２基板供給流路１９の圧力差は維持され、図１８（ａ）に示す往循環であっても図１８（ｃ）に示す復循環であっても、液体の流れは緩やかで安定している。

一方、吐出動作によって複数の吐出口１３から液体が吐出されると、既に図１５および図１６でも説明したように、第１ノズル流路２８においても第２ノズル流路２９においても、圧力室３０に向かう大きな流れが生じる（図１８（ｂ）（ｄ））。この際、定常循環時と同様、圧力制御ユニット３が生成する差圧があるため、往循環時には第１ノズル流路２８からより多くの液体が供給され（図１８（ｂ））、復循環時には第２ノズル流路２９からより多くの液体が供給される（図１８（ｄ））。但し、このような吐出動作時には、第１ノズル流路２８においても第２ノズル流路２９においても、その内圧は圧力制御ユニット３が調整する圧力値から大きく変動することになる。

図１９（ａ）および（ｂ）は、往循環時における、第１基板供給路１８と、第２基板供給路１９と、圧力室３０における圧力分布を示す図である。図１９（ａ）が定常循環時の圧力分布、図１９（ｂ）は、吐出動作時の圧力分布をそれぞれ示している。どちらの図においても、横軸はｙ方向の位置を示し、縦軸はそれぞれの位置の内圧を示している。

図１９（ａ）に示すように、吐出動作が行われない定常循環時では、ｙ方向の全領域で、第２サブタンク２２に接続する第２基板供給路１９の内圧が第１サブタンク２１に接続する第１基板供給路１８の内圧よりも低い（負圧が高い）状態で安定している。このような差圧によって、圧力室３０では第１基板供給路１８から第２基板供給路１９に向かうように液体が流れ、その内圧は、第１基板供給路１８と第２基板供給路１９のほぼ中間値を維持している。

一方、図１９（ｂ）は、図１７の第２開口よりも右側（－ｚ方向側）の吐出口１３で吐出動作を行った時の圧力分布を示している。吐出動作時では、多くの液体が圧力室３０に流入するため、第１基板供給路１８でも第２基板供給路１９でも、その内圧はほぼ全領域で低下している。この際、流路抵抗ＲＣ２が大きく第２開口２６より液体が相対的に補充され難い第２基板供給路１９の内圧は、流抵抗ＲＣ１が小さく第１開口２５より液体が相対的に補充され易い第１基板供給路１８の内圧よりも更に大きく低下している。すなわち、往循環において、第１基板供給路１８と第２基板供給路１９の差圧は定常循環時よりも吐出動作時のほうが大きくなる。但し、定常循環時でも吐出動作時でも両者の内圧の高低関係は保たれるため、往循環自体が崩れることはない。

これに対し、図２０（ａ）および（ｂ）は、復循環時における、第１基板供給路１８と、第２基板供給路１９と、圧力室３０における圧力分布を図１９（ａ）および（ｂ）と同様に示す図である。吐出動作が行われない定常循環時では、図１９（ａ）に対し、第１基板供給路１８の内圧と第２基板供給路１９の内圧の高低関係は逆転するものの、図１９（ａ）と同様にｙ方向の全領域で圧力は安定している。よって、両者の差圧によって、圧力室３０では第２基板供給路１９から第１基板供給路１８に向かうように液体が流れる。

一方、吐出動作時を示す図２０（ｂ）では、第１基板供給路１８、第２基板供給路１９、および圧力室３０の内圧が互いに近づいている。これは、下流側である第２基板供給路１９の流抵抗ＲＣ２の方が上流側である第１基板供給路１８の流抵抗ＲＣ１よりも大きく、第２基板供給路１９の方が第１基板供給路１８よりも内圧が大きく低下するためである。結果、領域Ｄのように第２基板供給路１９の内圧が第１基板供給路１８の内圧よりも低くなり流動の方向が逆転してしまう箇所や、領域Ｅのように流動自体が停止してしまう領域が発生する。また、実際に吐出動作を行っていないような領域Ｃにおいても、第１基板供給路１８と第２基板供給路１９の差圧が減少し、安定した復循環が維持できなくなってしまう。すなわち、往循環時の吐出動作に比べ復循環時の吐出動作では、第１基板供給路１８と第２基板供給路１９の間で好適な差圧が維持できず、吐出不良や循環不良に伴う顔料の凝縮や沈降が懸念される。

以上説明したような第２基板供給路１９における圧力損失は、吐出動作時における第２ノズル流路２９への急激な流動によって起こるものである。よって、本発明者らは、第２基板供給路１９に接続する第２ノズル流路２９の流路抵抗ＲＳ２を更に大きくして、第２基板供給路１９から第２ノズル流路２９への流動を抑えれば、第２基板供給路１９における圧力損失を緩和できると判断した。

図２１（ａ）～（ｄ）および図２２（ａ）～（ｄ）は、本実施形態の個別流路における液体の流れを、図１５（ａ）～（ｄ）および図１６（ａ）～（ｄ）と同様に示す図である。図２１（ａ）～（ｄ）は往循環における液体の流れを、図２２（ａ）～（ｄ）は復循環における液体の流れを、それぞれ示している。

本実施形態では、圧力室３０を区画する隔壁２７の形状を第１供給口１６側と第２供給口１７側で異ならせている。そして、第２供給口１７側と圧力室３０を接続する第２ノズル流路２９のｙ方向の幅を、第１供給口１６側と圧力室３０を接続する第１ノズル流路２８のｙ方向の幅よりも狭くしている。これにより、第２ノズル流路２９の流抵抗ＲＳ２は第１ノズル流路２８の流抵抗ＲＳ１よりも大きくなり（ＲＳ２＞ＲＳ１）、第２ノズル流路２９には、第１ノズル流路２８や図１５および図１６で示した従来の第２ノズル流路２９に比べて、液体が流れ難くなる。その結果、吐出動作時においても、図１５（ｄ）や図１６（ｄ）で示した従来例に比べ、第２ノズル流路２９から圧力室３０に供給される液体の量が減少し、第２ノズル流路２９における圧力損失も緩和できる。

図２３（ａ）～（ｄ）は、本実施形態を採用した場合の液体の流れを、図１８（ａ）～（ｄ）と同様に示す図である。図２３（ａ）および（ｃ）に示す定常循環時の流れは、従来例である図１８（ａ）および（ｃ）と殆ど変わらない。すなわち、往循環においても復循環においても、圧力制御ユニット３が生成する第１基板供給流路１８と第２基板供給流路１９の圧力差は維持され、液体の流れは緩やかで安定している。本実施形態において、定常循環時の流動速度は０．１～１００ｍｍ／ｓ程度である。

図２３（ｂ）および（ｄ）に示す吐出動作時においては、第２ノズル流路２９における流抵抗が大きい分、第２基板供給路１８から第２ノズル流路２９に流出する液体量は、図１８（ｂ）および（ｄ）にくらべて減っている。すなわち、圧力室３０においては、図１８（ｂ）および（ｄ）の場合よりも多くの液体が第１ノズル流路２８から供給される状態となる。

ここで、個々の圧力室３０において、第１ノズル流路２８から供給される液体の量を、第２ノズル流路２９から供給される液体の量よりも多くするための条件について説明する。再度、図２１および図２２を参照し、吐出口１３における毛管力をＰＮ_OZ、第１供給口１６側の圧力損失をＰ１、第２供給口１７側の圧力損失をＰ２とし、ＰＮ_OZとＰ１の差分をΔＰ１、ＰＮ_OZとＰ２の差分をΔＰ２とする。このとき、第１ノズル流路２８から供給される液体の量を、第２ノズル流路２９から供給される液体の量よりも多くするために、往循環では、
（ΔＰ１／ＲＳ１）＞（ΔＰ２／ＲＳ２）
であることが求められる。一方、復循環では、
（ΔＰ１／ＲＳ１）＜（ΔＰ２／ＲＳ２）
であることが求められる。すなわち、上記式が満足されるように、記録素子基板における流路構造を調整することにより、吐出動作時には常に第１ノズル流路２８から供給される液体の量を、第２ノズル流路２９から供給される液体の量よりも多くすることができる。

図２４（ａ）および（ｂ）は、本実施形態の個別流路を用いた場合の、往循環時における、第１基板供給路１８と、第２基板供給路１９と、圧力室３０における圧力分布を図１９（ａ）および（ｂ）と同様に示す図である。また、図２５（ａ）および（ｂ）は、本実施形態の個別流路を用いた場合の、復循環時における、第１基板供給路１８と、第２基板供給路１９と、圧力室３０における圧力分布を図２０（ａ）および（ｂ）と同様に示す図である。

往循環においても復循環においても、吐出動作を行わない定常循環時での圧力は、従来例で説明した図１９（ａ）および図２０（ａ）と同様、ｙ方向の全領域で安定している。一方、吐出動作時においては、特に図２５（ｂ）に示す復循環において、本実施形態の効果が現れている。具体的には、第２ノズル流路２９における流路抵抗ＲＳ２が大きくなった分（ＲＳ２＞ＲＳ１）、第２基板供給路１９から第２ノズル流路２９への急激な液体流出が抑えられるため、図２０（ｂ）に比べて第２基板供給路１９の圧力損失が緩和されている。結果、第１基板供給路１８、第２基板供給路１９、および圧力室３０の内圧の高低関係が、定常循環時と同じ順位で維持され、吐出動作時においても、第２基板供給路１９から第１基板供給路１８に向かう復循環を安定して維持することができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、第１開口２５と第２開口２６のレイアウトに応じて第１ノズル流路２８と第２ノズル流路２９の形状および流路抵抗を調整することにより、吐出動作時における圧力損失を緩和している。結果、循環方向に関わらず、個々の吐出口において安定した吐出動作を維持しつつ、循環不良に伴う顔料の凝縮や沈降を緩和することができる。

（その他の実施形態）
上記実施形態では、第１ノズル流路２８の流抵抗ＲＳ１と第２ノズル流路２９の流抵抗ＲＳ２を異ならせるために、第１ノズル流路２８と第２ノズル流路２９とでｙ方向の幅を異ならせた。より詳しくは、第２ノズル流路２９のｙ方向の幅が第１ノズル流路２８のｙ方向の幅よりも小さくなるように、個々の圧力室３０を区画する隔壁２７の形状を調整した。しかしながら、本発明はこのような構成に限定されるものではない。例えば、第１ノズル流路２８と第２ノズル流路２９とで、ｚ方向の高さを異ならせたり隔壁２７によって狭められるｘ方向の距離を異ならせたりしても、流抵抗ＲＳ１と流抵抗ＲＳ２の大きさを調整することはできる。

また、図２６（ａ）のように、第１ノズル流路２８と第２ノズル流路２９の途中に、流路抵抗を付与するためのノズルフィルタ３４および３５を設け、これらの形状や厚み又は数を異ならせることによって、流抵抗ＲＳ１と流抵抗ＲＳ２を調整しても良い。この際、ノズルフィルタを設けるのは第２ノズル流路２９の途中のみであっても良い。更に、図２６（ｃ）のように、第１供給口１６および第２供給口１７の開口面積の大きさを異ならせることによっても、流抵抗ＲＳ１と流抵抗ＲＳ２を調整することはできる。

上記実施形態のように圧力室３０の入口と出口の大きさを異ならせることは、流動の均等化を図る上で効果的ではあるが、記録素子１５に電圧パルスを印加した場合に圧力室３０での発泡がｘ方向に非対称になりやすい。そして、発泡が非対称になると、結果として液滴の吐出方向をｚ方向から傾け、シートにおける液滴の着弾位置をずらし、画像内においてムラやスジを目立たせてしまう場合がある。図２６（ａ）や（ｂ）のように、圧力室３０から比較的距離を置いた位置での非対称構造であれば、圧力室３０での発泡形状に影響しない状態で、圧力損失を緩和することができる。

なお、以上では、記録素子１５として電気熱変換素子を用いたサーマル方式のインクジェット記録ヘッドを例に説明してきたが、本発明の液体吐出ヘッドはこのような形態に限定されるものではない。液滴を吐出させるためのエネルギ発生素子は、ピエゾ素子など他の方式の素子であってもよい。

また、以上では、第１サブタンク２１と第２サブタンク２２を用意し、液体吐出ヘッド３００を介してこれら２つのサブタンクの間で液体を往循環および復循環させる形態で説明したが、サブタンクは必ずしも２つ用意されていなくても良い。１つのサブタンクが、２つの経路を介して液体吐出ヘッドに接続した形態において、往循環と復循環を行う形態であっても本発明を適用することはできる。

更に、以上では、往循環と復循環を切り替えるための切替え機構４について、第１開閉弁Ｖ１Ａ～第４開閉弁Ｖ１Ｄを備える構成としたが、切替え機構の構成はこれに限定されるものではい。例えば、三方弁やスライド弁を２つ配す構成など、他の構成を採用した場合であっても往循環と復循環を切り替えることができれば、本発明を有効に機能させることはできる。

更にまた、以上ではシートＳ幅に対応する距離だけ吐出口１３を配列させたフルライン型のインクジェット記録ヘッドを例に説明してきたが、本発明の液体吐出ヘッドはシリアル型のインクジェット記録ヘッドにも適用することができる。シリアル型のインクジェット記録ヘッドの場合、ライン型のインクジェット記録ヘッドに比べて記録素子基板１０の配列数は少ないが、個々の記録素子基板１０における流動の構成は上記実施形態と同様である。但し、この場合、シートに対して相対的に移動するキャリッジに搭載されるのは、流路部材と吐出モジュールのみとし、液体供給ユニット２２０とバルブユニット４００については、装置の別の位置に固定されていることが好ましい。このようなシリアル型のインクジェット記録ヘッドであっても、本発明の構成を好適に用いることができる。

１３ 吐出口
１５ 記録素子
１８ 第１基板供給路（第１共通流路）
１９ 第２基板供給路（第２共通流路）
２５ 第１開口
２６ 第２開口
２８ 第１ノズル流路（第１個別流路）
２９ 第２ノズル流路（第２個別流路）
３０ 圧力室
３００ 液体吐出ヘッド

Claims (19)

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のエネルギを発生する素子を内部に備える圧力室と、
   前記圧力室に液体を供給する第１個別流路と、
   前記圧力室に液体を供給する第２個別流路と、
   複数の前記第１個別流路に共通して液体を供給する第１共通流路と、
   複数の前記第２個別流路に共通して液体を供給する第２共通流路と、
   前記第１共通流路に接続する第１開口と、
   前記第２共通流路に接続する第２開口と、
   を備え、
   前記第１開口、前記第１共通流路、前記第１個別流路、前記圧力室、前記第２個別流路、前記第２共通流路、前記第２開口の順に液体を流動させる第１の循環と、該第１の循環と反対の順に液体を流動させる第２の循環とが、切り替えられる液体吐出ヘッドであって、
   前記第１共通流路の流路抵抗は前記第２共通流路の流路抵抗よりも小さく、且つ、
   前記第１個別流路の流路抵抗は前記第２個別流路の流路抵抗よりも小さいことを特徴とする液体吐出ヘッド。
2. 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のエネルギを発生する素子を内部に備える圧力室と、
   前記圧力室に液体を供給する第１個別流路と、
   前記圧力室に液体を供給する第２個別流路と、
   複数の前記第１個別流路に共通して液体を供給する第１共通流路と、
   複数の前記第２個別流路に共通して液体を供給する第２共通流路と、
   前記第１共通流路に接続する第１開口と、
   前記第２共通流路に接続する第２開口と、
   を備え、
   前記第１開口、前記第１共通流路、前記第１個別流路、前記圧力室、前記第２個別流路、前記第２共通流路、前記第２開口の順に液体を流動させる第１の循環と、該第１の循環と反対の順に液体を流動させる第２の循環とが、切り替えられる液体吐出ヘッドであって、
   前記第１共通流路における、前記第１開口から該第１開口から最も遠い位置にある前記第１個別流路までの流路抵抗は、前記第２共通流路における、前記第２開口から該第２開口から最も遠い位置にある前記第２個別流路までの流路抵抗よりも小さく、且つ、
   前記第１個別流路の流路抵抗は前記第２個別流路の流路抵抗よりも小さいことを特徴とする液体吐出ヘッド。
3. 前記第１共通流路における、前記第１開口と該第１開口から最も遠い位置にある前記第１個別流路との距離は、前記第２共通流路における、前記第２開口と該第２開口から最も遠い位置にある前記第２個別流路との距離よりも小さいことを特徴とする請求項１または２に記載の液体吐出ヘッド。
4. 前記第１開口の数は前記第２開口の数よりも多い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個別流路から前記圧力室に接続する流路の断面は、前記第２個別流路から前記圧力室に接続する流路の断面よりも大きいことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
6. 前記第２個別流路には、前記第２個別流路の流路抵抗が前記第１個別流路の流路抵抗よりも大きくなるようなフィルタが配されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
7. 前記第１開口は前記第２開口よりも開口面積が大きいことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
8. 前記吐出口より液体が吐出されないとき、前記第１の循環および前記第２の循環における液体の流動速度は、０．１～１００ｍｍ／ｓであ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. 前記第１の循環において前記吐出口より液体が吐出されたときも、前記第２の循環において前記吐出口より液体が吐出されたときも、前記圧力室を充填するために前記第１個別流路から前記圧力室に供給される液体の量は前記第２個別流路から前記圧力室に供給される液体の量よりも多い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. 前記吐出口における毛管力と前記第１個別流路における圧力との差をΔＰ１、前記毛管力と前記第２個別流路における圧力との差をΔＰ２、前記第１個別流路の流路抵抗をＲＳ１、前記第２個別流路の流路抵抗をＲＳ２としたとき、
    前記第１の循環においては、
    （ΔＰ１／ＲＳ１）＞（ΔＰ２／ＲＳ２）が満足され、
    前記第２の循環においては、
    （ΔＰ１／ＲＳ１）＜（ΔＰ２／ＲＳ２）が満足される
    ことを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
11. 前記圧力室に配され、液体が吐出するために必要なエネルギを生成する記録素子を更に備え、前記記録素子は電圧が印加されることによって発熱し、液体中に膜沸騰を生じさせる電気熱変換素子であ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. 前記液体は色材を含有するインク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. 前記圧力室に配され、液体が吐出するために必要なエネルギを生成する記録素子を更に備え、
    前記吐出口、前記圧力室、前記記録素子、前記第１個別流路、前記第２個別流路、前記第１共通流路、前記第２個別流路、前記第１開口および前記第２開口を、異なる色の前記インクのそれぞれに対応づけて備えることを特徴とする請求項１２に記載の液体吐出ヘッド。
14. 前記圧力室に配され、液体が吐出するために必要なエネルギを生成する記録素子が配列された記録素子基板と、
    前記記録素子基板を支持する流路部材と、を更に備え、
    前記第１個別流路および第２個別流路、前記第１共通流路および第２共通流路は前記記録素子基板に設けられていることを特徴とする請求項１から１３のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
15. 前記流路部材の上に、複数の前記記録素子基板が直線状に設けられてい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. 前記流路部材には、前記第１開口と連通する共通流路と、前記第２開口と連通する共通流路とを備える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. 請求項１から１６のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドと、
    前記第１の循環と前記第２の循環を切替えるための切替え手段と、
    を備え、
    前記切替え手段を用いて、前記第１の循環と前記第２の循環を切替えながら吐出データに従って前記液体吐出ヘッドに吐出動作を実行させることを特徴とする液体吐出装置。
18. 前記第１共通流路と接続する第１サブタンクと、
    前記第２共通流路と接続する第２サブタンクと、
    内圧を所定値に調整する第１圧力調整機構と、
    内圧を前記所定値よりも低い値に調整する第２圧力調整機構と、
    を更に備え、
    前記切替え手段は、前記第１の循環では、前記第１サブタンクを前記第１圧力調整機構に接続し、且つ前記第２サブタンクを前記第２圧力調整機構に接続し、前記第２の循環では、前記第１サブタンクを前記第２圧力調整機構に接続し、且つ前記第２サブタンクを前記第１圧力調整機構に接続することを特徴とする請求項１７に記載の液体吐出装置。
19. シートを、前記液体吐出ヘッドに対し相対的に移動する移動手段を更に備え、
    前記移動手段による前記シートの相対的な移動の最中に前記液体吐出ヘッドより吐出データに従って前記シートに向けて液体を吐出することにより前記シートに画像を記録することを特徴とする請求項１７または１８に記載の液体吐出装置。

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