JP7286403B2 - 液体吐出ヘッド、液体吐出装置、及び記録装置 - Google Patents

Description

本発明は、液体を吐出する液体吐出ヘッド、液体吐出装置、及び記録装置に関する。

インクジェット記録装置に搭載される液体吐出ヘッドでは、液体を吐出する複数の吐出口から液体の溶媒成分が蒸発し、液体吐出ヘッド内の液体が増粘することがある。液体の増粘は、液体の吐出速度を変化させ、液滴の着弾精度の低下やドットの形成不良を生じさせることがある。このような液体の増粘現象に対する対策の一つとして、液体吐出ヘッド内で液体を流動させ、吐出口に対応して設けられている圧力室内の液体を強制的に流動させる方法が知られている。しかしこの方法においては、液体吐出ヘッド内を流動する液体の温度にばらつきが生じ、吐出口から吐出される液体の吐出速度や吐出量が変動して画像品質に影響を及ぼすことがある。

これに対し、特許文献１には、液体の供給流路と、圧力室の液体の一部を回収する回収流路とを有し、供給流路に液体を供給する連通口（供給口）と回収流路から液体を回収する連通口（回収口）の少なくとも一方を複数設けた液体吐出ヘッドが開示されている。また、同文献には、多数の吐出口から多量の液体を吐出した際に、回収流路側から高温の液体が吐出口列に流入ことによる吐出口列端部の温度上昇を低減するため、吐出口列の両端部側に供給口を配置した構成が開示されている。これによれば、回収側から流入する液体の温度条件によっては吐出口列端部の温度上昇を低減でき、吐出口列における温度分布の発生に起因する吐出特性のばらつきを軽減することが可能になる。

特開２０１７－１２４６１９号公報

しかしながら、近年の液体吐出ヘッドでは、吐出口の高密度化や吐出速度の高速化などによって液体の高温化が進む傾向にある。このため、特許文献１に開示の液体吐出ヘッドにあっても、回収側から吐出口列に流入する液体の温度によっては、吐出口列の端部に生じる温度上昇を十分に低減できなくなることが懸念される。

本発明は、記録素子基板の温度分布を低減することが可能な液体吐出ヘッドの提供を目的とする。

本発明は、液体を吐出する複数の吐出口を第１方向に沿って配列した吐出口列と、前記複数の吐出口に連通する複数の圧力室と、前記圧力室に供給された液体を前記吐出口から吐出するための熱エネルギーを発生可能な発熱素子と、前記第１方向に延在し、複数の前記圧力室に連通する第１供給路と、前記第１方向に延在し、複数の前記圧力室に連通する第１回収路と、前記第１供給路に対し前記第１方向における異なる位置で連通する複数の液体供給口と、前記第１回収路に連通する液体回収口と、を有する素子基板と、を備え、複数の前記液体供給口のうち、前記第１方向における両端部に位置する前記液体供給口の開口面積は、前記両端部以外の前記液体供給口の開口面積より大きく、かつ、前記液体回収口の開口面積より大きいことを特徴とする液体吐出ヘッドである。

本発明によれば、記録素子基板の温度分布を低減することが可能な液体吐出ヘッドを提供することができる。

本発明の液体吐出ヘッドを適用可能な液体吐出ヘッドの構成例を示す斜視図である。 本発明の液体吐出ヘッドを適用可能な液体吐出装置及びその液体供給系を示す図である。 液体吐出ヘッドに設けられている液体吐出ユニットの構成を示す分解平面図である。 記録素子基板の断面斜視図である。 流路ユニットの構成を示す分解平面図である。 ２つの記録素子基板の配列状態を模式的に示す平面図である。 記録素子基板における液体の流動を示す説明図である。 液体の吐出時に液体供給路と液体回収路に流れる液体の流れを示す図である。 記録素子基板の温度分布を示す図である。 液体供給路部材に形成される液体供給路及び液体回収路の他の例を示す図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、本明細書および図面において、同一の機能を有する構成要素については同一の符合を付す。

＜液体吐出ヘッドの構成例＞
図１は、本発明の液体吐出ヘッドを適用可能な５種類の液体吐出ヘッド３Ａ～３Ｅを示す斜視図である。図１（ａ）に示す液体吐出ヘッド３Ａは、図２（ａ）を用いて後述するシリアルスキャン方式の記録装置に適用される液体吐出ヘッドを示している。シリアルスキャン方式の記録装置は、液体吐出ヘッド３を主走査方向（Ｘ方向）に移動させつつ吐出口１３から液体を吐出する記録走査と、副走査方向（Ｙ方向）に不図示の記録媒体を搬送する動作とを繰り返して、記録媒体上に画像を記録する記録装置である。

液体吐出ヘッド３Ａは、液体吐出ユニット３００と、液体吐出ユニット３００に液体を供給する流路が形成された流路ユニット６００と、流路ユニット６００を保持する保持部材７００とを含み構成されている。液体吐出ヘッド３Ａには複数の吐出口１３を一定方向に配列して成る吐出口列１４が複数形成されている。ここでは、吐出口１３の配列方向は、記録装置における液体吐出ヘッド３Ａの主走査方向（Ｘ方向）と交差する方向（図１（ａ）では直交する方向）に定められている。なお、副走査方向（Ｙ方向）は、主走査方向（Ｘ方向）と交差する方向であり、図１（ａ）では主走査方向と直交する方向となっている。

図１（ｂ）に示す液体吐出ヘッド３Ｂは、Ｘ方向に沿って複数の吐出口１３が配列された液体吐出ユニット３００を、Ｘ方向に沿って千鳥状に配置したものであり、長尺なラインヘッドを構成している。この液体吐出ヘッド３Ｂは、複数の液体吐出ユニット３００と、複数の液体吐出ユニット３００に対して液体を供給する流路ユニット６００と、流路ユニット６００を保持する保持部材８００とを含み構成されている。液体吐出ヘッド３Ｂは、後述のフルライン方式の記録装置（液体吐出装置）に用いられる。フルライン方式の記録装置は、吐出口列１４が延在する方向と交差する方向（図１（ｂ）では直交する方向（Ｙ方向））に連続的に記録媒体を搬送しつつ、記録装置の定位置に固定された液体吐出ヘッド３から液体を吐出することで記録を行う記録装置である。

図１（ｃ）に示す液体吐出ヘッド３Ｃは、図１（ｂ）に示す液体吐出ヘッド３Ｂと同様に、複数の液体吐出ユニット３００を千鳥状に配置した長尺な構成を有するラインヘッドであって、フルライン方式の記録装置に搭載される。但し、この液体吐出ヘッド３Ｃは、流路ユニット６００が液体吐出ユニット３００のそれぞれに対して個別に設けられている点で、図１（ｂ）に示す液体吐出ヘッド３Ｂと相違する。

図１（ｄ）に示す液体吐出ヘッド３Ｄは、複数の液体吐出ユニット３００を順次配置した長尺な構成のラインヘッドである。この液体吐出ヘッド３Ｄでは、隣接する液体吐出ユニット３００の端部が互いに向かい合うように近接配置されている。このように、液体吐出ユニット３００が吐出口の配列方向（Ｘ方向）と直交する方向（Ｙ方向）において少なくとも一部が重なった状態で略一列に並べる配置をインライン配置という。また、この液体吐出ヘッド３Ｄは、複数の液体吐出ユニット３００に対して液体を供給する共通の流路ユニット６００と、流路ユニット６００を保持する保持部材８００とを含み構成される。この液体吐出ヘッド３Ｄもフルライン方式の記録装置に搭載される。

図１（ｅ）に示す液体吐出ヘッド３Ｅは、図１（ｄ）に示す液体吐出ヘッド３Ｄと同様に、複数の液体吐出ユニット３００をインライン配置した長尺な構成を有するラインヘッドである。この液体吐出ヘッド３は、流路ユニット６００が液体吐出ユニット３００のそれぞれに対して個別に設けられており、この点が図１（ｄ）に示す液体吐出ヘッド３Ｄと相違する。なお、各液体吐出ユニット３００は保持部材８００に保持されている。

図１（ｄ）、（ｅ）に示すように、液体吐出ユニット３００をインライン配置したラインヘッドは、図１（ｂ）、（ｃ）に示すように液体吐出ユニット３００を千鳥配置したラインヘッドに比べて、Ｙ方向におけるサイズをコンパクトにできるというメリットがある。本発明は、図１（ｄ）及び（ｅ）に示すようなインライン配置した長尺な液体吐出ヘッドに適用した場合に特に有効である。但し、本発明はインライン配置の液体吐出ヘッドに限定されるものではなく、図１（ａ）ないし（ｃ）に示す液体吐出ヘッドにも有効に適用可能である。また、液体吐出ユニット３００を設ける位置及び数は、図１に示す例に限定されない。

以上のように、図１に示す液体吐出ヘッド３Ａ～３Ｅは、全体的な形状、構成は異なるものの、液体吐出ユニット３００及び流路ユニット６００を備える点で共通する。特に、液体吐出ユニット３００については、いずれの液体吐出ヘッドにおいても同様に本発明の特徴的構成を有している。よって、液体吐出ヘッド３Ａ～３Ｅは、吐出口から吐出される液体の吐出速度及び吐出量の変動を抑制することが可能である。なお、以下の説明において、本実施形態における液体吐出ヘッド３Ａ～３Ｅを総称的に、液体吐出ヘッド３と記載することもある。

＜液体吐出装置＞
図２（ａ）及び（ｂ）は、本発明に係る液体吐出ヘッドを適用可能な液体吐出装置を示す図である。図２（ａ）に示す記録装置１０００は、例えば、図１に示す液体吐出ヘッド３Ａを用いて記録を行うシリアルスキャン方式の記録装置（液体吐出装置）である。この記録装置１０００は、シャーシ１０１０と、搬送部１と、前述の液体吐出ヘッド３Ａと、給送部４と、キャリッジ５とを有する。シャーシ１０１０は、所定の剛性を有する複数の板状金属部材により構成されており、この記録装置の骨格を形成する。給送部４は、シート状の不図示の記録媒体を記録装置の内部へ給送する。搬送部１は、給送部４から給送される記録媒体を副走査方向（Ｙ方向）に搬送する。キャリッジ５は、液体吐出ヘッド３Ａを搭載して主走査方向（Ｘ方向）に往復移動可能である。

給送部４、搬送部１及びキャリッジ５は、シャーシ１０１０に組み付けられている。この記録装置１０００は、キャリッジ５と共に液体吐出ヘッド３Ａを主走査方向（Ｘ方向）に移動させつつ、液体吐出ヘッド３の吐出口１３から液体を吐出する記録走査と、記録媒体を副走査方向（Ｙ方向）に搬送する搬送動作とを繰り返す。これによって、記録媒体上に画像を記録する。液体吐出ヘッド３に対しては、不図示の液体供給ユニットから液体が供給される。

図２（ｂ）の記録装置２０００は、図１（ｂ）～（ｅ）に示したような長尺な液体吐出ヘッド３Ｂ～３Ｅ等を用いて記録を行うフルライン方式の記録装置（液体吐出装置）である。この記録装置２０００は、シート状の記録媒体Ｓを連続的に搬送する搬送部１を備えている。搬送部１は、図２（ｂ）に示すように搬送ベルトを用いる構成であってもよいし、搬送ローラを用いる構成であってもよい。図２（ｂ）に示す記録装置２０００には、イエロー（Ｙｅ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｂｋ）のインクをそれぞれ吐出するための４つの液体吐出ヘッド３Ｙｅ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｂｋが搭載されている。４つの液体吐出ヘッド３Ｙｅ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｂｋに対しては、それぞれ対応する色の液体が供給される。記録媒体２を連続的に搬送しながら、記録装置の定位置に固定された液体吐出ヘッド３から液体を吐出する。そして、吐出した液体を記録媒体２に着弾させることによって、記録媒体Ｓにカラー画像を連続的に記録することができる。

図２（ｃ）は、液体吐出ヘッド３に対する液体の供給系を説明するための図である。液体供給ユニット６は、供給側の循環流路７１０と回収側の循環流路７２０を介して液体吐出ヘッド３に連結されている。液体供給ユニット６は、供給側の循環流路７１０を介して液体吐出ヘッド３に液体を供給する。また、液体吐出ヘッド３に供給した液体の一部は、回収側の循環流路７２０を介して回収される。液体吐出ヘッド３は、流路ユニット６００及び液体吐出ユニット３００を有する。流路ユニット６００は、その一部を構成する供給流路６１１を介して液体吐出ユニット３００に液体を供給する。液体吐出ユニット３００に供給された液体の一部は、液体吐出ユニット３００に設けられた吐出口から記録媒体に向けて吐出され画像を記録する。また、吐出口から吐出されなかった残りの液体は、回収流路６１２を介して流路ユニット６００に回収された後、循環流路７２０を介して液体供給ユニット６に回収される。なお、液体吐出ヘッド３には、供給流路６１１から圧力室２３を通って回収流路６１２へ向かう方向に液体流を発生させる液体流発生装置（図示せず）が備えられている。

上記で述べた記録装置の構成は一例であって、本発明の範囲を限定するものではない。例えば、液体吐出ヘッド３から液体供給ユニット６へ液体を回収しない構成を採ることも可能である。この場合、液体吐出ヘッド３には、液体供給ユニット６から供給される液体を一時的に貯留するサブタンクを設けてもよい。これによれば、記録媒体２に向けて液体を吐出した後、液体吐出ヘッド３内の液体が減少すると、液体供給ユニット６からサブタンクへと液体が補充され、サブタンクから液体吐出ヘッドへと液体が供給される。

＜液体吐出ユニット３００の構成部材＞
図３は、本実施形態における液体吐出ヘッド３に設けられている液体吐出ユニット３００の構成を示す分解平面図である。液体吐出ユニット３００は、記録素子基板１００に支持部材２２５を接合した構成を有する。記録素子基板１００は、吐出口形成部材２２１と、素子形成部材２２２と、液体供給路部材２２３と、蓋部材２２４とを順次接合した構成を有する。

吐出口形成部材２２１には、液体を吐出する複数の吐出口１３が、Ｘ方向に沿って列状に並んで形成されている。この列状に並んだ複数の吐出口によって吐出口列１４が構成されている。本実施形態では、１つの吐出口形成部材２２１に、複数の吐出口列１４（図３では４つの吐出口列）が互いに平行して配置されている。

素子形成部材２２２には、複数の吐出口１３のそれぞれと対向する位置に配置された複数の発熱素子１５と、各発熱素子１５に液体を供給する複数の個別供給路１７ａと、供給された液体の一部を回収する複数の個別回収路１７ｂとが設けられている。個別供給路１７ａ、個別回収路１７ｂは素子形成部材２２２を貫通している。発熱素子１５は、対向する吐出口１３から液体を吐出させるための熱エネルギーを発生可能な電気熱変換素子である。本実施形態では、１つの発熱素子１５に対して個別供給路１７ａと個別回収路１７ｂがそれぞれ１つずつ形成されている。従って、素子形成部材２２２には、複数の吐出口列１４のそれぞれに対して複数の個別供給路１７ａと、複数の個別回収路１７ｂがＸ方向に沿って配置されている。以下、同一の吐出口列１４に対応する複数の個別供給路１７ａを個別供給路群１７Ａ、同一の吐出口列１４に対応する複数の個別回収路１７ｂを個別回収路群１７Ｂという。図３では、４つの吐出口列に対応して、４つの個別供給路群１７Ａおよび個別回収路群１７Ｂが形成されている。

また、液体供給路部材２２３には、複数の個別供給路群１７Ａに連通する複数の液体供給路１８と複数の個別回収路群１７Ｂに連通する複数の矩形の開口形状をなす液体回収路１９が形成されている。図３では、個別供給路群１７Ａに合せて４つの液体供給路１８が形成され、個別回収路群１７Ｂに合せて４つの液体回収路１９が形成されている。なお、液体供給路１８及び液体回収路１９はいずれも液体供給路部材２２３を貫通する貫通路となっている。

蓋部材２２４には、液体供給路１８に連通する液体供給口２１ａと、液体回収路１９に連通する液体回収口２１ｂとが形成されている。液体供給口２１ａ及び液体回収口２１ｂはいずれも蓋部材２２４を貫通する貫通孔によって形成されている。本実施形態では、各液体供給路１８に対しＸ方向（第１方向）における異なる位置で連通する複数の液体供給口２１ａ（図３では、３つの液体供給口２１ａ１、２１ａ２、２１ａ３）が蓋部材２２４に形成されている。さらに、蓋部材２２４には、各液体回収路１９に対してＸ方向の異なる位置で連通する複数（図では２つ）の液体回収口２１ｂが形成されている。

複数の液体供給口２１ａ１～２１ａ３のうち、Ｘ方向における両端部に位置する液体供給口、すなわち蓋部材のＸ方向における端部に最も近い位置にある液体供給口２１ａ１、２１ａ２は、液体回収口２１ｂ及び液体回収口２１ｂより大きな開口面積を有している。なお、他の液体供給口２１ａ３は、２つの液体回収口２１ｂと略同一の開口面積を有している。

支持部材２２５には、複数（図３では３つ）の連通供給口２６ａ（２６ａ１、２６ａ２、２６ａ３）と、複数（図３では２つ）の連通回収口２６ｂが形成されている。連通供給口２６ａ（２１ａ１、２１ａ２、２６ａ３）及び連通回収口２６ｂは、いずれも吐出口１３の配列方向であるＸ方向と交差する方向に沿って延在する貫通口によって形成されている。連通供給口２６ａ（２６ａ１、２６ａ２、２６ａ３）のうち、支持部材２２５のＸ方向における一方の端部に近接している連通供給口２６ａ１は、複数（図３では４つの）液体供給口２１ａ１に連通している。支持部材２２５の他方の端部に近接している連通供給口２６ａ２は、複数（図３では４つ）の液体供給口２１ａ２に連通している。さらに、支持部材２２５の中央部に位置する連通供給口２６ａ３は、複数（図３では４つ）の液体供給口２１ａ３に連通している。また、２つの連通回収口２６ｂのそれぞれは、４つの液体回収口２１ｂに連通している。

支持部材２２５は、記録素子基板１００と熱膨張率が近く、連通供給口２６ａ及び連通回収口２６ｂを高精度に形成することが可能な材料を用いることが好ましい。一例として、記録素子基板１００がシリコンウェハを加工して形成されている場合、支持部材２２５は、シリコンやアルミナ、ガラスなどの材料を用いることが好ましい。

なお、本例では、液体吐出ユニット３００は、記録素子基板１００および支持部材２２５を有しているが、本発明は本例に限定されるものではなく、支持部材２２５を省略して記録素子基板１００のみで液体吐出ユニット３００を構成することも可能である。

＜記録素子基板１００の構成＞
図４は、図３の分解平面図に示した構成部材によって構成された記録素子基板１００の断面斜視図である。図４に示すように、吐出口形成部材２２１の一方の面は、記録素子基板１００の一面（吐出口面）を形成している。この吐出口形成部材２２１には、当該部材２２１を厚さ方向において貫通する複数の吐出口１３が配列されており、これらの吐出口１３によって吐出口列１４が形成されている。吐出口形成部材２２１の他方の面には、窪み１２が形成されており、この窪み１２によって吐出口形成部材２２１と素子形成部材２２２との間には、圧力室２３と称する空間が形成されている。圧力室２３は、複数の吐出口１３のそれぞれに対応して形成されている。さらに、各圧力室２３内には、各吐出口１３と対応する位置に発熱素子１５が設けられている。

また前述のように、各圧力室２３には、素子形成部材２２２に設けられた個別供給路１７ａと個別回収路１７ｂが連通している。個別供給路１７ａは、液体供給路部材２２３に設けられた液体供給路１８と連通している。個別回収路１７ｂは、液体供給路部材２２３に設けられた液体回収路１９と連通している。液体供給路１８は、液体供給口２１ａ（図３参照）と連通しており、液体回収路１９は、液体回収口２１ｂ（図３参照）と連通している。

以上のように、記録素子基板１００には、液体供給口２１ａ、液体供給路１８、及び個別供給路１７ａによって、支持部材２２５の連通供給口２６ａから供給された液体を圧力室２３まで導く液体供給流路が形成されている。さらに、記録素子基板１００には、個別回収路１７ｂ、液体回収路１９、及び液体回収口２１ｂによって、圧力室２３内の液体を支持部材２２５の連通回収口２６ｂに導く液体回収流路が形成されている。

圧力室２３内の液体が静的な状態、すなわち液体が吐出されていない状態にあるとき、圧力室２３内の圧力は、吐出口１３の開口部近傍に液体のメニスカスが形成されるような圧力（負圧）に保たれている。

＜流路ユニット６００の構成＞
図５は、本発明の一実施形態に係る流路ユニット６００の構成部材を示す分解平面図であり、前述の液体吐出ユニット３００と接合される面の側から見た状態を示している。ここに示す流路ユニット６００は、３つの液体吐出ユニット３００を搭載するように構成されている。１つの流路ユニット６００は、液体供給ユニット６（図２（ｃ））から供給された液体を３つの液体吐出ユニット３００に供給する構成を備える。

流路ユニット６００は、３つの第１流路部材６０１と、第２流路部材６０２と、第３流路部材６０３と、第４流路部材６０４とを接合することによって構成される。なお、３つの第１流路部材６０１の各々には前述の液体吐出ユニット３００が１つずつ接合される。

また、３つの第１流路部材６０１のそれぞれには、複数（図５では３つ）の供給流路６１１（６１１ａ、６１１ｂ、６１１ｃ）と、複数（図５では２つ）の回収流路６１２が形成されている。供給流路６１１と回収流路６１２は、いずれも第１流路部材６０１を厚み方向に貫通している。各第１流路部材６０１の一面（図５では上面）には、前述の液体吐出ユニット３００の支持部材２２５が接合される。これにより、第１流路部材６０１の供給流路６１１ａ、６１１ｂ、６１１ｃは、支持部材２２５に設けられた連通供給口２６ａ１、２６ａ２、２６ａ３にそれぞれ連通する。さらに、第１流路部材６０１の２つの回収流路６１２は、支持部材２２５に設けられた２つの連通回収口２６ｂにそれぞれ連通する。

第２流路部材６０２には、Ｘ方向に延在する複数（図５では３つ）の第１共通供給流路６２１と、複数（図５では３つ）の第１共通回収流路６２２が形成されている。各流路６２１、６２２は、第２流路部材６０２を厚み方向に貫通している。各第１共通供給流路６２１は、各第１流路部材６０１の複数の供給流路６１１（６１１ａ、６１１ｂ、６１１ｃ）に連通し、各第１共通回収流路６２２は、各第１流路部材６０１の複数（図５では２つ）の回収流路６１２に連通する。

第３流路部材６０３には、Ｘ方向に延在する第２共通供給流路６３１と、Ｘ方向に延在する第２共通回収流路６３２がそれぞれ１つずつ形成されている。各流路６３１、６３２は、第３流路部材６０３を厚み方向に貫通している。第２共通供給流路６３１は、第２流路部材６０２に設けられた３つの第１共通供給流路６２１に連通する。また、第２回収流路６３２は、第２流路部材６０２に設けられている３つの第１共通回収流路６２２に連通する。

第４の流路部材６０４には、共通供給孔６４１と共通回収孔６４２が、それぞれ１つずつ形成されている。共通供給孔６４１は第２共通供給流路６３１に連通し、共通回収孔６４２は第２共通回収流路６３２に連通する。共通供給孔６４１は、前述の液体供給ユニット６（図２（ｃ））と液体吐出ヘッド３とを連結する供給側の循環流路７１０に連結され、共通回収孔６４２は回収側の循環流路７２０に連結される。

第１～第４流路部材６０１～６０４は、液体に対して耐腐食性を有すると共に、線膨張率の低い材質の部材によって構成されることが好ましい。第１～第４流路部材６０１～６０４に用いることが可能な材質としては、例えば、母材にシリカ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）が挙げられる。母材としては、例えば、アルミナ、ＬＣＰ（液晶ポリマー）、ＰＰＳ（ポリフェニルサルファイド）、ＰＳＦ（ポリサルフォン）などを用いることができる。流路ユニット６００は、各流路部材６０１～６０４を積層させて互いに接着することにより形成してもよいし、材質として樹脂複合材料を選択した場合には、各流路部材を積層させて溶着することにより形成してもよい。

さらに、第２～第４流路部材６０２～６０４は、液体吐出ヘッド３の強度を担保する支持部材としての機能を果すものである。このため、支持部材としての第２～第４流路部材６０２～６０４は、高い機械強度を有する材質によって形成されることが好ましい。具体的には、ＳＵＳ（ステンレス鋼）、Ｔｉ（チタン）、アルミナなどを用いることが好ましい。

また、第１流路部材６０１は熱抵抗部材によって形成されている。この第１流路部材６０１は、各液体吐出ユニット３００から、支持部材としての第２～第４流路部材６０２～６０４への熱の伝達、及び液体吐出ユニット３００同士の熱伝導を抑制する。

第１流路部材６０１の材質としては、熱伝導率が低く、流路ユニット６００の第２～第４流路部材６０２～６０４及び液体吐出ユニット３００との線膨張率の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、その母材にシリカ微粒子などの無機フィラーを添加した複合材料で第１流路部材６０１を形成することが好ましい。液体吐出ユニット３００の支持部材２２５の線膨張率と第２流路部材６０２の線膨張率との差が大きい場合、液体吐出時の熱によって液体吐出ユニット３００の温度が上昇すると、液体吐出ユニット３００と第１流路部材６０１とが互いに剥離するおそれがある。同様に、第１流路部材６０１の線膨張率と、第２流路部材６０２との線膨張率の差が大きい場合には、第１流路部材６０１と第２流路部材６０２とが互いに剥離するおそれがある。

このため、本実施形態では、１つの第１流路部材６０１に１つの液体吐出ユニット３００だけを搭載するようにして、各流路部材６０１の寸法を小さくしている。但し、線膨張率の差が十分に小さい場合には、複数の流路部材を連結し、その上に複数個の液体吐出ユニットを搭載するように構成することも可能である。

本実施形態では、発熱素子１５を駆動した際の熱によって液体吐出ヘッド全体の温度が上昇しないように、第１流路部材６０１の熱抵抗Ｒ（Ｋ／Ｗ）は、式１の関係を満たすように定められている。
Ｒ≧1.4/ln{ 0.525 e ^1.004P - 0.372}^-1 ・・・（式１）
ここで、Ｐは、吐出口から液体を吐出する際に、単位体積あたりの液体に対して発熱素子１５から投入される熱エネルギー（μＪ／ｐＬ）である。

図６は、流路ユニット６００の第１流路部材６０１に配置される複数の液体吐出ユニット３００の端部の構成を示す図である。図６に示すように、本実施形態における液体吐出ユニット３００は平行四辺形の平面形状を有している。この平行四辺形をなす複数の液体吐出ユニット３００を、Ｘ方向に沿ってインライン配置することにより、実質的にＸ方向に延在する長尺な吐出口列が構成される。図５に示す流路ユニット６００の第１流路部材６０１には、３個の液体吐出ユニット３００が配置されるため、１つの流路ユニット６００には、各液体吐出ユニット３００に形成されている短尺な吐出口列の３倍の長さの吐出口列が形成されることとなる。この流路ユニット６００を、Ｘ方向に沿って複数配置することにより、長尺な吐出口列を有するフルライン型の液体吐出ヘッドを構成することができる。

上記構成を有する本実施形態における液体吐出ヘッドでは、液体が液体供給ユニット６から循環流路７１０を経て流路ユニット６００の共通供給孔６４１に流入する。共通供給孔６４１に流入した液体は、第２共通供給流路６３１内を流動し、これに連通している複数（図５では３つ）の第１共通供給流路６２１へと流入する。さらに、複数の第１共通供給流路６２１の各々に流入した液体は、複数の第１流路部材６０１の各々に設けられた供給流路６１１（６１１ａ、６１１ｂ、６１１ｃ）を経て、液体吐出ユニット３００に流入する。

液体吐出ユニット３００では、流路ユニット６００から供給された液体が、まず、支持部材２２５に設けられた複数（図３では３つ）の連通供給口２６ａ（２６ａ１、２６ａ２、２６ａ３）に流入する。複数の連通供給口２６ａ１、２６ａ２、２６ａ３に流入した液体は、それぞれ蓋部材２２４の液体供給口２１ａ１、２１ａ２、２１ａ３に流入した後、液体供給路部材２２３に形成された複数（図３では４つ）の液体供給路１８に流入する。その後、４つの液体供給路１８に流入した液体は、素子形成部材２２２の各個別供給路１７ａを経て圧力室２３に流入し、圧力室２３及び吐出口１３に供給される。

圧力室２３に流入した液体は、圧力室２３に連通する個別回収路１７ｂを経て、液体供給路部材２２３に設けられた液体回収路１９に流入し、さらに液体回収口２１ｂを経て連通回収口２６ｂに流入する。

連通回収口２６ｂに流入した液体は、流路ユニット６００の第１流路部材６０１に設けられた回収流路６１２を経て第２流路部材６０２の第１共通回収流路６２２に流入する。第１共通回収流路６２２に流入した液体は、第３流路部材６０３に設けられた第２共通回収流路６３２を経て共通回収孔６４２に至り、ここから回収側の循環流路７２０を経て液体供給ユニット６に流入する。以上のように、本実施形態における記録装置２０００では、液体供給ユニット６から液体吐出ヘッド３を経て再び供給ユニット６に戻る液体の循環が行われる。

図７は、吐出口１３から液体が吐出されない状態における記録素子基板１００内の液体の流れを模式的に示す平面図である。流路ユニット６００から液体吐出ユニット３００の支持部材２２５の連通供給口２６ａに流入した液体は、前述のように、液体供給口２１ａに流入した後、液体供給路１８に流入し、矢印Ｆ１に示す方向に流動する。これにより、液体供給路１８を流動した液体は、各個別供給路１７ａを経て圧力室２３に流入する。発熱素子１５が駆動されない場合、圧力室２３に流入した液体は、矢印Ｆ２に示すように個別回収路１７ｂに流入する。個別回収路１７ｂに流入した液体は、矢印Ｆ３に示すように液体回収路１９を流動し、その後、液体回収口２１ｂに流入し、連通回収口２６ｂから流路ユニット６００へと流出する。

＜吐出口列における液体の流れ＞
次に、多数の吐出口から液体を吐出した場合における吐出口列１４における液体の流れを、図８を参照しつつ説明する。図８（ａ）は本実施形態との比較例における液体の流れを示す図であり、図８（ｂ）は本実施形態の液体吐出ヘッド３における液体の流れを示す図である。

多数の吐出口１３から液体が吐出された場合、本実施形態と比較例のいずれにおいても、液体供給口２１ａ、２２ａと液体回収口２１ｂ、２２ｂの双方から吐出口列１４に液体が供給される。例えば、図８（ｂ）に示す本実施形態では、液体供給口２１ａから矢印Ｆ１１に示すように液体が供給されると共に、液体回収口２１ｂからも矢印Ｆ１３に示すように液体が供給される。同様に、図８（ａ）に示す比較例においても、液体供給口２２ａから矢印Ｆ１０に示すように液体が供給され、液体回収口２２ｂからは矢印Ｆ２０に示すように液体が供給される。このような液体の流れは、多数の吐出口１３から液体が吐出された場合には、圧力室２３から液体回収口２１ｂ、２２ｂに至る液体回収流路と、圧力室２３から液体供給口２１ａ、２２ａに至る液体供給流路のそれぞれの負圧が増大することによって生じる。

液体回収口２１ｂ、２２ｂに連通する回収側の流路内の液体は、発熱素子によって加熱されて相対的に温度上昇した液体となっている。このため、多数の吐出口１３から同時に液体が吐出され、温度上昇した液体が記録素子基板１００内に流入した場合、液体の熱により記録素子基板１００の温度も上昇する。特に、液体吐出ユニット３００をインライン配置する液体吐出ヘッドでは、記録素子基板１００の端部の温度が上昇しやすい。これは次のような理由による。

液体吐出ユニット３００をインライン配置する液体吐出ヘッドでは、隣接する記録素子基板１００の間の距離を狭める必要がある。すなわち、記録素子基板１００のＸ方向（第１方向）における端部から吐出口列の端部までの距離を、Ｘ方向と直交する方向（第２方向（Ｙ方向））における前記素子基板の端部と前記吐出口列までの距離より小さく形成する必要がある。このため、吐出口列１４の端部と記録素子基板１００の端部との間に形成される領域ａ（図６参照）の面積が、他の端部領域の面積より小さくなり、液体吐出時に発生する熱が領域ａから放熱されにくくなる。

また、領域ａが狭い場合、図８（ａ）、（ｂ）に示すように、Ｘ方向における端部に位置する液体供給口２１ａ１を、吐出口列１４の端部よりも記録素子基板１００の中央寄りに配置する必要がある。このため、液体供給口２１ａから吐出口列１４の端部に至る流路上の距離、及び液体回収口２１ｂから吐出口列１４の端部に至る流路上の距離が長くなる。その結果、液体回収路１９の端部から液体回収口２１ｂ、２２ｂへと流れる液体は、記録素子基板１００から熱を受け取り易くなる。このような理由から、比較例では、多数の吐出口１３から同時に液体を吐出した場合、吐出口列１４の端部付近の温度、すなわち記録素子基板１００の端部の温度が他の部分の温度より高くなる傾向があった。

そこで本実施形態では、複数の液体供給口２１ａ１、２１ａ２、２１ａ３のうち、Ｘ方向における端部に位置する液体供給口２１ａ１、２１ａ２の開口面積を、他の液体供給口２１ａ３及び液体回収口２１ｂの開口面積より大きくしている。ここでは、液体供給口２１ａ１、２１ａ２のＸ方向における長さを、他の液体供給口２１ａ３及び液体回収口２１ｂのＸ方向における長さより長くすることで、液体供給口２１ａ１、２１ａ２の開口面積他の開口面積よりも大きくしている。

このように液体供給口２１ａ１、２１ａ２の開口面積を大きくすることにより、液体供給口２１ａ１、２１ａ２から吐出口列１４に流入する液体の量を、液体供給口２１ａ３及び液体回収口２１ｂから流入する液体の量より多くすることが可能になる。その結果、記録素子基板１００の端部側には、液体供給口２１ａ１、２１ａ２から多くの液体が供給され、液体回収口２１ｂから供給される液体の量は減少する。

前述のように、液体回収側の液体は、液体の循環に伴って温度上昇しているのに対し、液体供給側の液体の温度は相対的に低くなっている。従って、液体供給口２１ａから流入する低温の液体の量を増大させ、液体回収口２１ｂから流入する高温の液体の量を減少させることにより、記録素子基板１００の温度上昇を低減することが可能になる。特に、本実施形態では、記録素子基板１００の端部に近い液体供給口２１ａ（２１ａ１、２１ａ２）の開口面積を大きくしたため、記録素子基板１００の端部の温度上昇を低減することができる。その結果、記録素子基板１００の吐出口列１４における温度分布を低減することが可能になり、各吐出口の液体の吐出速度及び吐出量などの吐出特性を改善することができる。従って、本実施形態における液体吐出ヘッドを用いた記録装置によれば、記録される画像の品質を向上させることが可能になる。

これに対し、比較例における液体吐出ヘッドでは、液体供給口２２ａの開口面積が回収口の開口面積と同一に形成されている。このため、液体回収口２２ａから比較的多くの液体が供給され、記録素子基板１００の温度が上昇しやすい。特に記録素子基板１００の端部での液体及び端部の温度が上昇しやすくなり、吐出口における液体の吐出速度及び吐出量にばらつきが生じる可能性がある。

図９に本実施形態における記録素子基板１００と、比較例における記録素子基板１００の温度分布の測定結果を示す。図９（ａ）は比較例の測定結果を、図９（ｂ）は本実施形態の測定結果をそれぞれ示している。図９において高濃度で示される部分は低温部分を示している。比較例における記録素子基板１００では、端部の温度Ｔ２が５８℃であったのに対し、本実施形態における記録素子基板１００では、端部の温度Ｔ１が約５４℃まで低下していた。この結果からも明らかなように、本実施形態によれば比較例に比べて記録素子基板１００の端部の温度を低下させることが可能である。

（他の実施形態）
上記実施形態では、第１方向（Ｘ方向）に配列された複数の液体供給口２１ａ１、２１ａ２、２１ａ３のうち、両端部に位置する液体供給口２１ａ１、２１ａ２の開口面積のみを液体回収口２１ｂの開口面積より大きく形成したが、本発明はこれに限定されない。すなわち、複数の液体供給口のうち、両端部に位置する液体供給口だけでなく、中間位置に位置する液体供給口（図３では、液体供給口２１ａ３）の開口面積を液体回収口２１ｂの開口面積より大きくしてもよい。これによれば、液体供給側から記録素子基板の中間部分にも、より多く液体を供給することが可能になり、記録素子基板全体の温度上昇を低減することが可能になる。なお、液体供給口及び液体回収口の数及び位置は、記録素子基板のサイズ、吐出口の数などに応じて適宜設定可能であり、上記実施形態に開示したものに限定されない。

また、上記実施形態では、液体供給路部材２２３に形成される液体供給路１８及び液体回収路１９を矩形形状に形成した例を示したが、液体供給路１８及び液体回収路１９は、矩形の平面形状を有するものに限定されない。例えば、図１０（ａ）、（ｂ）に示すような６角形の平面形状を有する液体供給路１８及び液体回収路１９を形成することも可能である。これによれば、液体供給路１８の端部の形成位置を、記録素子基板１００の端部に近づけることが可能になり、その分、吐出口を多く配置することができる。また、前述の図３に示す例では、１つの吐出口１３に対して、１つの個別供給路１７ａ及び１つの個別回収路１７ｂを設けた。これに対し、図１０に示すように、複数の吐出口（図７では２つの吐出口）に対して、１つの個別供給路１７ａ及び１つの個別回収路１７ｂを設けるようにしてもよい。

また、液体吐出ユニット３００の平面形状は平行四辺形に限らず、他の形状を採ることも可能である。例えば、液体吐出ユニット３００の平面形状を図１（ａ）～（ｄ）に示すように矩形形状に形成することも可能である。但し、複数の液体吐出ユニット３００によってフルライン型の液体吐出ヘッドを構成するに際し、隣接する液体吐出ユニットの端部間の間隔を吐出口の配列ピッチに設定する必要があり、各液体吐出ユニットの端部間の距離を、より短くする必要がある。このため、液体吐出ユニットの端部における放熱性が低下することとなる。しかし、上記実施形態と同様に、液体供給口の開口面積を液体回収口の開口面積より大きくすることによって、記録素子基板の端部における温度上昇を抑制することが可能になる。このため、吐出口列の温度分布を低減することが可能になり、吐出口列全体に良好な吐出特性を得ることができる。

上記実施形態では、液体を吐出して記録を行う記録装置に本発明に係る液体吐出ヘッド及び液体吐出装置を用いる例を示したが、本発明は記録装置以外の装置にも適用可能である。例えば、本発明の液体吐出ヘッド及び液体吐出装置を、複写機、通信システムを有するファクシミリ、ワードプロセッサなどの記録部として搭載することが可能である。さらに各種の処理装置と複合的に組み合わせた産業用の装置に適用することも可能である。例えば、バイオチップ作製装置や、電子回路印刷装置などの３次元的な構造物の製造装置にも本発明は適用可能である。

３ 液体吐出ヘッド
１３ 吐出口
１４ 吐出口列
１５ 発熱素子
１８ 第１供給路
１９ 第１回収路
２１ａ（２１ａ１、２１ａ２、２１ａ３） 液体供給口
２１ｂ 液体回収口
２３ 圧力室
１００ 記録素子基板（素子基板）

Claims (12)

1. 液体を吐出する複数の吐出口を第１方向に沿って配列した吐出口列と、
   前記複数の吐出口に連通する複数の圧力室と、
   前記圧力室に供給された液体を前記吐出口から吐出するための熱エネルギーを発生可能な発熱素子と、
   前記第１方向に延在し、複数の前記圧力室に連通する第１供給路と、
   前記第１方向に延在し、複数の前記圧力室に連通する第１回収路と、
   前記第１供給路に対し前記第１方向における異なる位置で連通する複数の液体供給口と、
   前記第１回収路に連通する液体回収口と、
   を有する素子基板と、を備え、
   複数の前記液体供給口のうち、前記第１方向における両端部に位置する前記液体供給口の開口面積は、前記両端部以外の前記液体供給口の開口面積より大きく、かつ、前記液体回収口の開口面積より大きいことを特徴とする液体吐出ヘッド。
2. 前記両端部に位置する前記液体供給口の前記第１方向における長さは、前記液体回収口の前記第１方向における長さより長い、請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
3. 前記液体回収口は、前記第１方向に沿って複数形成されている、請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
4. 複数の前記液体回収口は、前記第１方向において同一の長さを有している、請求項２または３に記載の液体吐出ヘッド。
5. 前記第１方向に沿って複数の前記素子基板が隣接して配置され、当該隣接する素子基板の前記第１方向における端部が互いに対向している、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
6. 前記素子基板の第１方向における端部から吐出口列の端部までの距離は、前記第１方向と直交する第２方向における前記素子基板の端部から前記吐出口列までの距離より小さい、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
7. 前記素子基板に接合される流路ユニットをさらに備え、前記流路ユニットは、前記液体供給口に連通する第２液体供給路と前記液体回収口に連通する第２液体回収路と、を有する、請求項１ないし６のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
8. 前記流路ユニットは、前記素子基板に接合される流路部材と、前記流路部材を支持する支持部材とを含み、
   前記流路部材は、熱抵抗部材によって形成されている、請求項７に記載の液体吐出ヘッド。
9. 前記流路部材の熱抵抗Ｒ（Ｋ／Ｗ）は、前記吐出口から前記液体を吐出する際に、単位体積あたりの前記液体に対して前記発熱素子から投入される熱エネルギーをＰ（μＪ／ｐＬ）としたとき、式１の関係を満たす、請求項８に記載の液体吐出ヘッド。
   Ｒ≧1.4/ln{ 0.525 e ^1.004P - 0.372}^-1 ・・・（式１）
10. 請求項１ないし６のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドと、
    前記液体供給口に液体を供給し、かつ前記液体吐出ヘッドに供給された液体を前記液体回収口から回収する液体供給ユニットと、を備え、
    前記液体供給ユニットと前記液体吐出ヘッドとの間で液体を循環させることを特徴とする液体吐出装置。
11. 請求項７または８に記載の液体吐出ヘッドと、
    前記第２液体供給路に液体を供給し、かつ前記第２液体回収路から液体を回収する液体供給ユニットと、を備え、
    前記液体供給ユニットと前記液体吐出ヘッドとの間で液体を循環させることを特徴とする液体吐出装置。
12. 請求項１０または１１に記載の液体吐出装置と、
    前記液体吐出ヘッドの前記吐出口から吐出された液体を着弾させる記録媒体を搬送する搬送手段と、を備える記録装置。

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