JP7166868B2 - 液体吐出ヘッド及び液体吐出装置 - Google Patents

Description

本発明は、画像を記録するなどの目的のために、インク等の液体を吐出する記録素子を備えた液体吐出ヘッド及び液体吐出装置に関する。

液体を吐出するためのエネルギを発生する素子に記録データに応じて電圧パルスを印加し、発生したエネルギを利用してインク等の液体を吐出させる液体吐出ヘッドは、高精細且つ高速に画像を出力できることから、広く有用されている。

特に、複数の記録素子基板を記録用紙の幅に対応して配列したページワイド型の液体吐出ヘッドを備えた液体吐出装置は、更なる高速出力が可能となることから、近年急速に普及している。特許文献１にはページワイド型の液体吐出ヘッドが開示されている。また、印字動作時のヘッド温度を所定の温度に調整（以下、温調）するため液体吐出ヘッドにヒーター等の加熱手段を備える構成が知られている。

特表２００８－５２６５５３号公報

ところでインクジェットヘッド等の液体吐出ヘッドは本来の画像形成のための液体の吐出とは別に、記録動作中に、メディア対してプリンタ本体に設置されたキャッピング部材などに吐出を行う、所謂予備吐と呼ばれる動作を行う場合がある。予備吐は、吐出口内の液体の乾燥による増粘などに起因する印字不良や画質低下などを防止する目的で行われる。しかしながら上述した液体吐出ヘッドの温調動作中に予備吐を行うと、一定温度に保っていたインクを放出し、冷えたインクが流入してくるため温調動作を行っていても一時的にヘッド温度が下がる原因となる。また、再度温度を上昇させるための消費電力も追加で必要になる。特に、吐出口の数が多いページワイド型の液体吐出ヘッドにおいては、予備吐に必要なインク量も多くなるため、これらの影響が大きくなる。

本発明の目的は、上記課題を解決するものである。すなわち温調動作を行う液体吐出ヘッドにおいて、予備吐による一時的な温度変化と消費電力の増大を抑制した液体吐出ヘッドならびに液体吐出装置を提供することである。

上記目的を達成する本発明は、被記録媒体に対して記録を行うために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が配される圧力室と、を含むノズルと、前記液体を加熱するための加熱手段と、
を備える液体吐出ヘッドであって、前記記録を行う動作期間中において、前記圧力室内の液体は当該圧力室の外部との間で循環され、かつ、前記記録を行う動作期間中において、予備吐受け又は被記録媒体に向けて液体が予備吐される回数の全ノズルの平均値が、１つのノズル当たり０発以上９発以下であることを特徴とする。
また本発明は、被記録媒体に対して記録を行うために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が配される圧力室と、を含むノズルと、前記液体を加熱するための加熱手段と、前記液体の温度を測定するための温度センサーと、を備える液体吐出ヘッドと、前記温度センサーの測定値に応じて液体を前記加熱手段により所定温度に加熱する温調制御部と、を備える液体吐出装置であって、前記記録を行う動作期間中において、前記圧力室内の液体は当該圧力室の外部との間で循環され、かつ、前記記録を行う動作期間中において、予備吐受け又は被記録媒体に向けて液体が予備吐される回数の全ノズルの平均値が、１つのノズル当たり０発以上９発以下であることを特徴とする。

また本発明は、被記録媒体に対して記録を行うために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が配される圧力室と、を含むノズルと、前記液体を加熱するための加熱手段と、前記液体の温度を測定するための温度センサーと、を備える液体吐出ヘッドと、前記温度センサーの測定値に応じて液体を前記加熱手段により所定温度に加熱する温調制御部と、を備える液体吐出装置であって、前記記録を行う動作期間中において前記圧力室内の液体は当該圧力室の外部との間で循環され、前記動作期間中において、全てのノズルの内、１つのノズル当たりの平均予備吐数が０発以上２０発以下であることを特徴とする。

以上の構成によれば、温調動作を行う液体吐出ヘッドにおいて、記録動作中における液体吐出ヘッド温度変化と消費電力の増大を抑制することができる。

第１の実施形態の液体吐出装置の概略構成を示す斜視図である。 図１に示す液体吐出装置の循環流路を示す図である。 本発明の第１の実施形態の液体吐出ヘッドの斜視図である。 図３に示す液体吐出ヘッドの分解斜視図である。 図３に示す液体吐出ヘッドの各流路部材の平面図及び底面図である。 図５に示す流路部材の一部拡大の透視図である。 図３に示す液体吐出ヘッドの断面図である。 図３に示す液体吐出ヘッドの吐出モジュールの斜視図及び分解斜視図である。 図３に示す液体吐出ヘッドの記録素子基板の平面図、拡大平面図、及び背面図である。 図３に示す液体吐出ヘッドの一部切欠の斜視図である。 図３に示す液体吐出ヘッドの隣り合う２つの記録素子基板の要部拡大の平面図である。 第２の実施形態の液体吐出ヘッドの概略構成を示す斜視図である。 図１２に示す液体吐出ヘッドの分解斜視図である。 図１２に示す液体吐出ヘッドの各流路部材の平面図である。 図１２に示す液体吐出ヘッドの記録素子基板と流路部材との液体の接続関係を示した透視図である。 図１２に示す液体吐出ヘッドの断面図である。 図１２に示す液体吐出ヘッドの吐出モジュールの斜視図及び分解斜視図である。 図１２に示す液体吐出ヘッドの記録素子基板とカバープレートの平面図である。 第２の実施形態の液体吐出装置の概略構成を示す斜視図である。 第１の実施形態の記録素子基板の温度センサーと温調ヒーターの配置を示す図である。 第１の実施形態の液体吐出ヘッドの吐出と消費電力の関係を示す図である。 第１の実施形態の変形例として、記録素子基板の温度センサーと温調ヒーターの配置を示す図である。 第１の実施形態の変形例として、液体吐出ヘッドの記録素子基板の配置を示す図である。 第１の実施形態の変形例として、液体吐出ヘッドの記録素子基板の配置を示す図である。 第１の実施形態の吐出口の形状を示す平面図および吐出口近傍のインク循環の様子を示す断面図である。 第１の実施形態の変形例として、吐出口の形状を示す平面図及び吐出口近傍のインク循環の様子を示す図断面図である。 第１の実施形態に係る液体吐出ヘッド内を流れるインク流の吐出口近傍の流れの様子を示す図である。 圧力室２３及び吐出口部１３ｂ内を液体が流動する様子を示す図である。

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液体中に気泡を発生させて吐出口から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。

本実施形態は、インクを、バッファタンク（液体容器）とインクジェット記録ヘッド（液体吐出ヘッド）との間で循環させる形態のインクジェット液体吐出装置で説明するが、その他の形態であっても良い。例えば、液体吐出ヘッドの上流側と下流側に夫々タンクを設け、一方のタンクから他方のタンクへインク流すことで、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、所謂ページワイド型の液体吐出ヘッドであるが、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。これに限らず、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。

（第１の実施形態）
（液体吐出装置の説明）
本発明の液体吐出装置、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、液体吐出装置とも称す）の概略構成を図１に示す。液体吐出装置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ページワイド型の液体吐出ヘッド３とを備える。この液体吐出装置は、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ページワイド型の液体吐出装置である。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（シアン、マゼンタ、イエロー、ブラック）によるフルカラー印刷が可能である。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。

（第１の循環経路の説明）
図２は、液体吐出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って、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である。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及び液体吐出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。

循環のための動力源である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を介して、液体をバッファタンク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。液体吐出ヘッド３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、それぞれ共通供給流路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。よって、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。

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、液体吐出装置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。

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内の共通供給流路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、共通供給流路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２１４ｂが設けられている。個別供給流路２１３は共通供給流路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。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。このように圧力室の内外の循環を行うことで、液体吐出ヘッドからの予備吐や液体吐出ヘッドの回復動作を抑制することができるので、高速で高画質な記録が可能となる。また詳しくは後述するが、圧力室の内外の循環により予備吐の数を抑制またはなくすことができるので、液体吐出ヘッドの温調時における温度変化を抑制できる。

（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３（ａ）及び図３（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）されるページワイド型の液体吐出ヘッドである。尚、この形態に限られず複数の記録素子基板１０を千鳥状に配列する液体吐出ヘッド３にも適用可能である。図３（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は液体吐出装置１０００本体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、液体吐出装置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３（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、液体吐出装置１０００の液体供給系と接続される。これによりＣＭＹＫ４色のインクが液体吐出装置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液体吐出装置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、液体吐出装置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。より詳細には、液体吐出ヘッド３の圧力室２３（図９）を介してインクが循環される。

図４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２）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）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、夫々の内部に設けられる弁やバネ部材等によって、液体の流量の変動に伴って生じる液体吐出装置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。それにより、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抑制し、負圧を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おり、それぞれ異なる制御圧力に設定される。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。

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４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８）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。

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４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。

図５（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５（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５（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５（ｂ）と図５（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５（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６）。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。

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。

次に図６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６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。

図７は、図６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７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６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９）に供給するための流路が形成される。さらに、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６及び図７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２１４ｂ～共通回収流路２１２へと順に流れる流れが発生する。

（吐出モジュールの説明）
図８（ａ）に１つの吐出モジュール２００の斜視図を、図８（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）を封止部材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４参照）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。

（記録素子基板の構造の説明）
本実施例における記録素子基板１０の構成について説明する。図９（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９（ｂ）は図９（ａ）のＡで示した部分の拡大図を示し、図９（ｃ）は図９（ａ）の裏面の平面図を示す。図９（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９（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９（ａ）の端子１６と電気的に接続されている。記録素子１５は、液体吐出装置１０００の制御回路から、電気配線基板９０（図４）及びフレキシブル配線基板４０（図８）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９（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。基板を貫通する貫通孔である供給口１７ａは複数設けられ、吐出口１３の列に沿って供給口列を形成し、同様に、基板を貫通する複数の回収口１７ｂも吐出口列に沿って回収口列を形成している。この供給口列に対して液体を供給する共通流路である液体供給路１８が供給列に沿って形成され、回収口列から液体を回収するための供給回収路である液体回収路１９が回収口列に沿って形成されている。

図９（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９（ｂ）に示すように蓋部材２０の夫々の開口２１は、図５（ａ）に示した複数の連通口５１と連通している。

図１０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。

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１０は図９（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９）、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循環流が流れる。循環流は、上記差圧によって、基板１１内に設けられた液体供給路１８内の液体は、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９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８ｂ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。液体回収路１９へ回収された液体は、最終的には液体吐出装置１０００の供給経路へと回収される。

つまり液体吐出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。その後、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。その後、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２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。

図２に示すように、本実施形態においては液体吐出ユニット３００の共通供給流路２１１の一端からに流入した液体の一部は個別供給流路２１３に流入することなく共通供給流路２１１の他端から排出される。しかしながら、これに限ることなく、例えば共通供給流路の他端の排出口を設けず全ての液体が個別供給流路に流入するようにしてもよい。また共通供給流路の入り口の数は１つに限らず、他端も入口として設けても良い。図２７（ａ）～（ｃ）は、本実施形態に係る液体吐出ヘッドにおける吐出口およびその近傍のインク流路の構造を説明する図である。図２７（ａ）は、インク流路などを、インクが吐出される側から見た平面図、図２７（ｂ）は、図２７（ａ）におけるＡ－Ａ’線断面図、図２７（ｃ）は、図２７（ａ）のＡ－Ａ’線断面の斜視図である。

これらの図に示すように、上述したインクの循環によって、液体吐出ヘッドの基板１１上の記録素子１５が設けられた圧力室２３およびその前後の流路２４にはインクの流れ１７が生じる。すなわち、インク循環を生じさせる差圧によって、液体供給路（供給流路）１８から基板１１に設けられた供給口１７を介してインクが供給される。そのインクは、供給側流路２４、圧力室２３、回収側流路２４を通り、回収口１７ｂを介して液体回収路（回収流路）１９に至る流れを生じる。

上述のインクの流れとともに、非吐出時には、記録素子（エネルギー発生素子）１５からその上方の吐出口１３までの空間はインクで満たされ、吐出口１３の吐出方向側の端部近傍には、インクのメニスカス（インク界面１３ａ）が形成される。なお、図２７（ｂ）では、このインク界面を直線（平面）で表しているが、その形状は吐出口１３の壁を形成する部材とインク表面張力に応じて定まり、通常は、凹または凸形状の曲線（曲面）となる。図示を簡略化するべく直線で表している。このメニスカスが形成された状態で、エネルギー発生素子１５である電気熱変換素子（ヒータ）を駆動することにより、その発生する熱を利用してインク中に気泡を発生させ吐出口１３からインクを吐出することができる。なお、本実施形態においてエネルギー発生素子としてヒータを適用した例で説明するが、本発明はこれに限定されず、例えば圧電素子等の各種エネルギー発生素子を適用可能である。本実施形態では、供給側流路２４を流れるインク流の速度は、例えば０．１～１００ｍｍ／ｓ程度であり、インクが流れた状態で吐出動作を行っても、着弾精度等に与える影響を比較的小さなものとできる。

（Ｐ、Ｗ、Ｈの関係について）
本実施形態の液体吐出ヘッドは、その供給側流路２４の高さＨと、オリフィスプレート（流路形成部材１２）の厚みＰと、吐出口の長さ（直径）Ｗと、の関係は、以下で説明するように定められている。図２７（ｂ）において、吐出口１３のオリフィスプレートの厚みＰの部分（以下、吐出口部１３Ｂという）の下端（吐出口部と流路との連通部）における、供給側流路２４の上流側の高さがＨとして示されている。また、吐出口部１３ｂの長さがＰとして示されている。さらに、吐出口部１３ｂの、流路２４内の液体の流れ方向の長さがＷとして示されている。本実施形態の液体吐出ヘッドは、Ｈが３～３０μｍ、Ｐが３～３０μｍ、Ｗが６～３０μｍである。また、インクは、不揮発性溶媒濃度が３０％、色材濃度が３％で、粘度が０．００２～０．０１Ｐａ・ｓに調整されたものである。

本実施形態において、吐出口１３からのインクの蒸発によるインクの増粘などを抑制するために以下のようになっている。図２８（ａ）は、液体吐出ヘッドの流路２４及び圧力室２３内を流れるインクのインク流１７（図２７参照）が定常状態になったときの吐出口１３、吐出口部１３ｂ、及び流路２４におけるインク流１７の流れの様子を示す図である。なお、この図において、矢印の長さはインク流の速度の大きさを示すものではない。図２８（ｂ）は、供給側流路２４の高さＨが１４μｍ、吐出口部１３ｂの長さＰが１０μｍ、吐出口の長さ（直径）Ｗが１７μｍである液体吐出ヘッドで、液体供給路１８から流路２４に、１．２６×１０^－４ｍｌ／ｍｉｎの流量でインクが流入した際の流れを示す。

本実施形態は、流路２４の高さＨ、吐出口部１３ｂの長さＰ、吐出口部１３ｂのインクの流れ方向の長さＷが、下記式（１）を満たす関係を有する。
Ｈ^{－０．３４}×Ｐ^{－０．６６}×Ｗ＞１．５ 式（１）

この条件を満たすことで図２８（ａ）に示すように、流路２４内を流れるインク流１７は、吐出口部１３ｂ内に流れ込み、吐出口部１３ｂのオリフィスプレート厚の少なくとも半分の位置まで達した後に、再び流路２４に戻る流れとなる。流路２４に戻ったインクは液体回収路１９を介して、上述した共通回収流路２１２へ流れる。つまりインク流１７の少なくとも一部が、圧力室２３からインク界面１３ａに向かう方向における吐出口部１３ｂの１／２以上の位置まで達した後、流路２４に戻る。この流れにより吐出口部１３ｂ内の多くの領域におけるインクの増粘を抑制することができる。このような液体吐出ヘッド内のインク流れが生成されることによって、流路２４だけでなく、吐出口部１３ｂのインクについても、流路２４へと流れ出ることが可能となる。この結果、吐出口１３および吐出口部１３ｂにおけるインク増粘やインク色材濃度の増加を抑制することができる。吐出口から吐出されるインクの液滴は、吐出口部１３ｂのインクと圧力室２３（流路２４）のインクとが混合した状態で吐出される。本実施形態においては、吐出される液滴のうち、圧力室２３（流路２４）のインクの割合がより多い場合が好ましい。例えば、吐出のために発生した気泡が大気と連通する場合が好ましい。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は、より高精細な記録が可能となり好ましい。

吐出口部１３ｂにおけるインクの増粘をより抑制するためには図２８（ｂ）に示すように、吐出口部１３ｂに流入したインクの流れが、より吐出口表面のインク界面１３ａの近くまで到達することが好ましい。そのためには下記式（２）を満たすことで達成される。
Ｈ^{－０．３４}×Ｐ^{－０．６６}×Ｗ＞１．７ （２）

上記式（２）を満たす構成の場合、より吐出口１３のメニスカス近傍までインク流が流れ込むため、図２８（ａ）の場合に比べて、よりインク界面１３ａ近くのインクの増粘を抑制できる。よって、より予備吐の数を抑制でき、後述するように被記録媒体への記録中における予備吐をなくすことも可能となる。

以上、本実施形態のように圧力室２３内外のインクを循環させることで圧力室２３内、および吐出口部１３ｂ内のインクの増粘を抑制することができ、結果として予備吐の数を減らすことができる。特に上記式（１）、より好ましくは式（２）を満たす条件とすることでインクの増粘をさらに抑制することができるので、予備吐の数をより減らすことが可能となる。

尚、吐出口１３及び吐出口部１３ｂの形状は図２８等に示す形状に限られない。例えば、図２５、図２６に示すように吐出口１３の周囲から吐出口１３の中心部に向かって複数の突起が延伸するような吐出口形状にも適用可能である。図２５（ａ）（ｂ）、図２６（ａ）（ｂ）において、吐出口１３の周辺のノズル部の平面図と断面図を夫々示す。このように吐出口１３に突起を設けることで吐出される液滴に付随するサテライトやミストを抑制することができる。このような形状の吐出口の場合、Ｗは図に示すように吐出口径が最大となる部分となる。また、吐出口部１３ｂが圧力室２３から吐出口１３に向かって断面積が拡大または縮小するようなテーパー形状である場合や段差形状である場合においても本発明を適用可能である。

図２５（ａ）、（ｂ）には吐出口１３に対して２つの突起が循環流に沿って形成される例を示し、図２６（ａ）、（ｂ）には２つの突起が循環流の流れに対して交差（直交）する方向に延在する形態を示す。

（記録素子基板間の位置関係の説明）
図１１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９に示すように、本実施形態では略平行四辺形の記録素子基板を用いている。図１１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１１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、直線上（インライン）に配置した場合においても、図１１のような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られる。さらに、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。

具体的には図２３（ａ）に示すように平行四辺形の記録素子基板１０を一列に配置した例や、図２３（ｂ）に示すように長方形の記録素子基板を千鳥配列させた例にも適用できる。さらには図２４に示すように、１つの記録素子基板１０で１種類のインクを吐出する長方形の記録素子基板を千鳥配列させる形態にも適用可能である。この場合、カラーの液体吐出装置とする場合には、４つの液体吐出ヘッドを設ける必要がる。このように圧力室２３の内外を循環する形態の液体吐出ヘッドであれば各種形態の液体吐出ヘッドを適用可能である。

（温度調整の説明）
図２０（ａ）および（ｂ）は、本第１実施形態の記録素子基板における、開口２１とヒーター１０２および液体（基板）の温度を測定する温度センサー１０３との位置関係を模式的に示す図である。図２０（ａ）は、記録素子基板１０における吐出口１３が配列される吐出口列に沿った開口２１の配置を説明するために、吐出口形成部材１２（図１０）を透過した状態を示している。なお、開口２１は、図９、図１０に示したように、記録素子基板１０の裏面に形成される液体が導通する開口であって、吐出口列に沿ってその両側に延在する液体供給路１８と液体回収路１９のそれぞれに対して配置される。図２０（ａ）および（ｂ）では、図示および説明の簡略化のためそれぞれの開口２１を一直線状の配置として示している。開口２１ａは、液体供給路１８（図９）に配置され、記録素子基板１０の外部から液体供給路１８に液体を供給するための開口である。２１ｂは、液体回収路１９（図９）に配置され、液体回収路１９のインクを記録素子基板１０の外部は回収するための開口である。また、図２０におけるそれぞれの開口２１のサイズは模式的に示しており、開口２１の数は、図１０における液体供給路１８の１本に対して３個、液体回収路１９の１本に対して２個に特定せず模式的に示している。

図２０（ｂ）は、図２１（ａ）に対して吐出口形成部材１２を取り除いた状態を模式的に示している。開口２１ａおよび開口２１ｂの、吐出口列に沿った位置に対する、ヒーター１０２（およびヒーター列）と温度センサー１０３（および温度センサー列）の位置関係を示している。後述するが、このヒーター１０２は吐出用の記録素子１５（図９）とは別に設けられるもので、吐出するインク、及び／又は記録素子基板を温めるため（温調調整（以下、温調）するため）のものである。尚、開口２１ａ、２１ｂの数は一例であり、１本の液体供給路１８に対して２個の開口２１ａ、１本の液体回収路１９に対して１個の開口２１ｂであっても良い。また開口２１ａと開口２１ｂが同数であっても良い。

本実施形態は、図２０（ａ）に示すように、開口２１ａまたは開口２１ｂに対応してその近傍の領域を温度制御調整エリア１０１とする。そして、これらのエリアそれぞれには、図２０（ｂ）に示すように、温度センサー１０３および温調用ヒーター１０２を配置する。具体的には、温調用ヒーター１０２と温度センサー１０３は、吐出用の素子である記録素子１５の周囲に、互いの動作に影響がない距離をおいて設けられる。温度センサーの具体例として、ダイオードセンサなどが挙げることができる。

温度センサー１０３の形状は、図２０（ｂ）では吐出口列方向に長い形状であるが、形状は特に制限されず、円形や正方形等であってもよい。また温調用ヒーター１０２は図２０（ｂ）に示す形態に限られない。例えば、吐出用の記録素子１５が発熱素子である場合には、この記録素子１５に吐出時よりも短い、液体が吐出しない程度のパルス電流を入力することで温調用ヒーターとして活用することで、温度調節を行っても良い。また、温度制御調整エリア１０１ごとに温調用ヒーター１０２と温度センサー１０３を夫々設ける形態でなくても良く、少なくとも記録素子基板１０に１つの温調用ヒーター１０２があれば良い。温調用ヒーター１０２は個別の形態でなくても良く、例えば導電性の部材（配線部材）を記録素子基板１０の上に這いまわすことで温度調整を行う構成であっても良い。

以下に液体吐出ヘッドの温調制御について説明するが、以下に示す例は一例であり本発明はこれに限られず各種、温調制御を行う形態に適用可能である。それぞれのエリア１０１において、その領域に設けられる温度センサー１０３が一定の閾値温度（所定温度）以下の温度を測定するヒーター１０２でインクを加熱する。つまり、装置本体等に設けられる温調制御部（不図示）が、温度センサー１０３の測定値に基づいて、そのエリアにあるヒーター１０２を駆動してインク（基板）を加熱する。また、所定温度である上記閾値より高い温度を検出したときは、ヒーター１０２による加熱を停止する。一般に、記録素子基板１０へインクが流入する開口２１ａの近傍では相対的に低い温度のインクが流入することから、対応する温度センサー１０３は、相対的に低い温度を検出する。その結果、温度制御によって、対応するヒーター１０２による加熱は、加熱の頻度が多くまたは加熱時間が長くなる。

一方、インクが流出する開口２１ｂの近傍のインクの温度は比較的高いので、対応する温度センサー１０３は、相対的に高い温度を検出する。その結果、温度制御によって、対応するヒーター１０２による加熱は、加熱の頻度が少なくまたは加熱時間が短くなるか加熱がなされない。この結果、インク循環によって生じ得る、吐出口列に沿ったインクの温度変動を抑制することができる。また、本実施形態は、開口の数と温度制御エリアの数を同じにすることができ、温度センサーや温調用ヒーターの数が少なくて済む。図２１は本構成において、ヘッドに供給されるインク温度と、ヘッドの目標温度である温調温度との差ΔＴごとにおける予備吐時のヘッド全体の消費電力を表すものである。

なお前記インク温度は特別なインク温度調整機構が用いられていなければプリンタ機内の温度と等しい。横軸は一辺が６００ｄｐｉ（＝約４２μｍ）の正方形領域あたりのドット数、縦軸がその際の本実施形態のヘッド全体の消費電力を示す。打ち込みドット数が増えるとヘッドを通過するインク流量が増えるため、温調温度を維持するための消費電力が増加する。また温調温度とインク温度との温度差ΔＴが大きいほど、消費電力は大きくなる。例えば目標温度である温調温度が４０℃でインク温度が５℃の場合はΔＴ＝３５℃、インク温度が３０℃の場合はΔＴ＝１０℃である。打ち込みドット数がゼロの場合における消費電力は、インク循環や周囲への放熱などで失われる熱を補い温調温度を維持するのに必要な消費電力を表している。また横軸の打ち込みドット数を予備吐時の駆動周波数、縦軸の消費電力を吐出時の瞬間的な温度変化量と見なすこともでき、ΔＴが大きく予備吐の駆動周波数が大きいほど、ヘッドの瞬間的な温度変化が大きくなる傾向にある。そのため理想的には予備吐数はゼロであるが、水分量の少ないインクや長期放置後など吐出口周辺のインクが乾燥しやすい場合などやむなく予備吐が必要な場合には、１つの吐出口あたりの予備吐の数を２００発以下に抑えることで印字への影響を防ぐことが出来る。本実施形態においては印字動作中において、インク循環しながら温調動作をしながら予備吐数を０発以上２０発以下に抑えることで、温度変化による印字への影響を抑制している。

尚、ここでの予備吐数は印字（記録）を行う動作期間中における予備吐数を指す。つまり、液体吐出ヘッドが非記録動作期間（待機状態）においては、液体吐出ヘッドの吐出口がキャップで覆われた状態となっている。その状態で液体吐出装置から記録信号が液体吐出ヘッドに送られ、液体吐出ヘッドからキャップを離脱させることで記録動作に移行する。その後、記録信号に従って被記録媒体に所定の記録を行った後に、液体吐出ヘッドをキャップで覆うことで再び待機状態となる。上述した記録動作期間中での予備吐数を１つの吐出口あたり２０発以下にするとの定義は、待機状態における液体吐出ヘッドのキャップが離脱してから、再び液体吐出ヘッドにキャップがされるまでの期間における予備吐の数を示す。つまりキャップ内に予備吐を行う予備吐数はカウントの対象とはしない。尚、記録動作期間中の予備吐は、ロール紙等の連続紙の場合は記録領域や非記録領域を含む被記録媒体の上に行う。カット紙の場合は連続紙と同様に被記録媒体の上、かつ／もしくは被記録媒体同士の間（ページ間）の領域に設けられる記録装置に設けられる予備吐受等に行う。また予備吐数を１つの吐出口あたり２０発以下にするとの意味は、液体吐出ヘッド３に設けられる全吐出口の平均値である。

上記の構成により、温調を行く液体吐出ヘッドにおいて、圧力室の内外のインク循環を行うことで印字動作中の予備吐を２０発以下に抑えることができる。それにより予備吐による液体吐出ヘッド温度変化を抑制し、また下がった温度を上げるための消費電力を抑えることが可能となる。よって高画質で低消費電力な液体吐出ヘッドならびにプリンタを提供できる。特に本実施形態のようなページワイド型の液体吐出ヘッドの場合は、複数の記録素子基板が配列されており、液体吐出ヘッド全体ではかなりの数の吐出口が形成されるので、予備吐の影響が特に大きい。よって記録素子基板を複数備えるようなページワイド型では上記記録動作期間中の予備吐の数を１ノズル当たり９発以下（０発以上９発以下）とすることが好ましい。

なお本実施形態では各吐出口列に温度センサーと温調ヒーターを設ける例を図２０に示したが、吐出口列の数とそれに応じる温度センサー・温調ヒーターの配置はこれに限るものではない。吐出口列をＢｋ４列、ＣＭＹが各２列設け、各色に対し一列に温度センサーと温調エリアを設ける例を記録素子基板の例を図２２に示す。同色で複数の吐出口列を有する場合にはこのように一列の温度センサーと温調ヒーターが複数の吐出口列の制御に用いることで、各列に設けるよりも記録素子基板の面積の増加を抑えることが出来る。

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態による液体吐出装置であ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。

（インクジェット液体吐出装置の説明）
本発明の第２の実施形態によるインクジェット液体吐出装置を図１９に示す。第２実施形態の液体吐出装置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１８（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、液体吐出装置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。（液体吐出ヘッド構造の説明）
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１２（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の長手方向に直線上に配列される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ページワイド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。

図１３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は液体吐出装置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。これにより、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。

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１３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。

図１４（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１４（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、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１４（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１４（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１４（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１４（ｄ）は第２流路部材６０の厚み方向中央部の断面を示し、図１４（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１５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。

図１５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１５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１６は、図１５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。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１５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の実施例と同様に、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。よって、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。

（吐出モジュールの説明）
図１７（ａ）に、１つの吐出モジュール２００の斜視図を、図１７（ｂ）にその分解図を示す。第１実施形態との差異は、記録素子基板１０の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る点。その端子１６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Ｒ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。

（記録素子基板の構造の説明）
図１８（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１８（ｃ）は図１８（ａ）の面の裏面を示す模式図である。図１８（ｂ）は図１８（ｃ）に示す、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１８（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。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。

（その他の構成）
上記各実施形態においては、循環を行う動力源であるポンプを液体吐出ヘッドの外部である液体吐出装置の本体に設けられる例を示したが、動力源を液体吐出ヘッド３に設ける構成であっても良い。特に、記録素子を備える記録素子基板１０（図８）に、発熱素子やピエゾ素子等からなるマイクロポンプ（マイクロアクチュエータ―）を設ける構成でも良く、装置本体側のポンプとマイクロポンプとを併用する形態であっても良い。

マイクロポンプを記録素子基板に設ける場合は、液体を保持する共通液室（不図示）と、圧力室２３と共通液室とを連通する第１の流路（不図示）と、圧力室２３と共通液室とを連通する第２の流路（不図示）と、を備える。マイクロポンプは第２流路に設ける構成が適用できる。第２流路は屈曲部を有する略Ｕ字形状の流路とすることが可能である。

以上各実施形態で説明したように、温調を行う液体吐出ヘッドにおいて、圧力室２３の内外を循環するインク循環により、液体吐出ヘッドの１吐出口あたりの記録動作期間中における平均予備吐数を２０発以下に抑えることができる。これにより、予備吐による温度変化と消費電力の増大を防ぎ、高画質かつ低消費電力な液体吐出ヘッド並びに液体吐出装置の提供が可能となる。

３ 液体吐出ヘッド
１０ 記録素子基板
２３ 圧力室
１３ 吐出口
１３ｂ 吐出口部
１５ 記録素子
１０２ ヒーター
１０３ 温度センサー

Claims (24)

1. 被記録媒体に対して記録を行うために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が配される圧力室と、を含むノズルと、
   前記液体を加熱するための加熱手段と、
   を備える液体吐出ヘッドであって、
   前記記録を行う動作期間中において、前記圧力室内の液体は当該圧力室の外部との間で循環され、かつ、
   前記記録を行う動作期間中において、予備吐受け又は被記録媒体に向けて液体が予備吐される回数の全ノズルの平均値が、１つのノズル当たり０発以上９発以下であることを特徴とする液体吐出ヘッド。
2. 前記液体の温度を測定するための温度センサーをさらに備え、当該温度センサーの測定値に応じて前記加熱手段により前記液体を所定の温度に加熱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. 前記加熱手段は前記エネルギー発生素子とは別に設けられることを特徴とする請求項１又は２に記載の液体吐出ヘッド。
4. 前記加熱手段は前記エネルギー発生素子であることを特徴とする請求項１又は２に記載の液体吐出ヘッド。
5. 前記予備吐は前記記録のための信号とは異なる信号により行われることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
6. 前記所定の温度は液体吐出ヘッドに供給される液体の温度より高いことを特徴とする請求項２に記載の液体吐出ヘッド。
7. 前記圧力室に接続され当該圧力室に液体を供給するための供給側流路と、前記圧力室に接続され当該圧力室から液体を回収するための回収側流路と、を備えることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
8. 前記エネルギー発生素子と前記加熱手段とを有する記録素子基板を備え、
   前記供給側流路に液体を供給するための、前記記録素子基板を貫通する供給口と、
   前記回収側流路から液体を回収するための、前記記録素子基板を貫通する回収口と、を備える請求項７に記載の液体吐出ヘッド。
9. 複数の前記供給口が配列される供給口列と、複数の前記回収口が配列される回収口列と、前記供給口列に液体を供給する液体供給路と、前記回収口列から液体を回収するための液体回収路と、を備え、前記供給口列と、前記液体供給路と、前記回収口列と、前記液体回収路とは互いに沿って配されていることを特徴とする請求項８に記載の液体吐出ヘッド。
10. 前記液体を循環させるための動力源であるポンプは、前記エネルギー発生素子と前記加熱手段とを備える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乃至９のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
11. 液体を保持する共通液室と、前記圧力室と前記共通液室とを連通する第１の流路と、前記圧力室と前記共通液室とを連通する第２の流路と、を備え前記ポンプは前記第２の流路に設けられていることを特徴とする請求項１０に記載の液体吐出ヘッド。
12. 前記第２の流路は屈曲部を備える略Ｕ字形状であることを特徴とする請求項１１に記載の液体吐出ヘッド。
13. 前記ポンプは、前記エネルギー発生素子とは別に設けられる、前記液体中に気泡を発生させる発熱素子であることを特徴とする請求項１０乃至１２のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
14. 前記液体を循環させるための動力源であるポンプは液体吐出ヘッドの外部に設けられていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
15. 前記エネルギー発生素子は前記液体中に気泡を発生させる発熱素子であることを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
16. 前記ノズルは前記吐出口と前記圧力室とを連通する吐出口部を含み、
    前記圧力室と前記吐出口部との連通部の上流側の流路の高さをＨ、
    前記吐出口から液体が吐出される方向における前記吐出口部の長さをＰ、
    前記圧力室内の液体の流れ方向における前記吐出口部の長さをＷ、
    とした場合に、
    Ｈ^{－０．３４}×Ｐ^{－０．６６}×Ｗ＞１．５
    を満たすことを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
17. 前記ノズルは前記吐出口と前記圧力室とを連通する吐出口部を含み、
    前記圧力室と前記吐出口部との連通部の上流側の流路の高さをＨ、
    前記吐出口から液体が吐出される方向における前記吐出口部の長さをＰ、
    前記圧力室内の液体の流れ方向における前記吐出口部の長さをＷ、
    とした場合に、
    Ｈ^{－０．３４}×Ｐ^{－０．６６}×Ｗ＞１．７
    を満たすことを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
18. 液体吐出ヘッドは、前記エネルギー発生素子と前記加熱手段とを備える記録素子基板を複数備えるページワイド型であることを特徴とする請求項１乃至１７のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
19. 前記複数の記録素子基板が直線状に配列されることを特徴とする請求項１８に記載の液体吐出ヘッド。
20. 前記複数の記録素子基板が千鳥状に配列されることを特徴とする請求項１８に記載の液体吐出ヘッド。
21. 被記録媒体に対して記録を行うために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が配される圧力室と、を含むノズルと、
    前記液体を加熱するための加熱手段と、
    前記液体の温度を測定するための温度センサーと、
    を備える液体吐出ヘッドと、
    前記温度センサーの測定値に応じて液体を前記加熱手段により所定温度に加熱する温調制御部と、
    を備える液体吐出装置であって、
    前記記録を行う動作期間中において、前記圧力室内の液体は当該圧力室の外部との間で循環され、かつ、
    前記記録を行う動作期間中において、予備吐受け又は被記録媒体に向けて液体が予備吐される回数の全ノズルの平均値が、１つのノズル当たり０発以上９発以下であることを特徴とする液体吐出装置。
22. 前記ノズルは前記吐出口と前記圧力室とを連通する吐出口部を含み、
    前記圧力室と前記吐出口部との連通部の上流側の流路の高さをＨ、
    前記吐出口から液体が吐出される方向における前記吐出口部の長さをＰ、
    前記圧力室内の液体の流れ方向における前記吐出口部の長さをＷ、
    とした場合に、
    Ｈ^{－０．３４}×Ｐ^{－０．６６}×Ｗ＞１．５
    を満たすことを特徴とする請求項２１に記載の液体吐出ヘッド。
23. 前記ノズルは前記吐出口と前記圧力室とを連通する吐出口部を含み、
    前記圧力室と前記吐出口部との連通部の上流側の流路の高さをＨ、
    前記吐出口から液体が吐出される方向における前記吐出口部の長さをＰ、
    前記圧力室内の液体の流れ方向における前記吐出口部の長さをＷ、
    とした場合に、
    Ｈ^{－０．３４}×Ｐ^{－０．６６}×Ｗ＞１．７
    を満たすことを特徴とする請求項２１に記載の液体吐出ヘッド。
24. 前記液体吐出ヘッドは、前記エネルギー発生素子と前記加熱手段とを備える記録素子基板を複数備えるページワイド型であることを特徴とする請求項２１乃至２３のいずれか１項に記載の液体吐出装置。

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