JP7171356B2 - 液体吐出ヘッド及び液体吐出装置 - Google Patents

Description

本発明は、液体を吐出する液体吐出ヘッド及び液体吐出装置に関するものである。

インク等の液体を吐出して画像を形成するインクジェット記録装置に用いられる液体吐出ヘッドにおいて、インクを吐出する吐出口からインク中の揮発成分が蒸発することで、吐出口付近のインクが増粘する。これにより吐出される液滴の吐出速度が変化したり、着弾精度に影響がでたりすることが課題となっている。特に吐出を行った後の休止時間が長い場合、インクの粘度の増加が顕著になり、インクの固形成分が吐出口付近に固着し、この固形成分によりインクの流体抵抗を増加し吐出不良となる場合もある。

このようなインクの増粘現象に対する対策の１つとして、液体吐出ヘッドに供給するインクを循環路により循環させる方法が知られている。特許文献１には、吐出口が形成された部材と発熱抵抗体が形成された基板との間に形成される流路内のインクを循環させることにより、吐出口からのインク蒸発に伴う吐出口の目詰まりを防止する液体吐出ヘッドが記載されている。

特開２００２－３５５９７３号公報

特許文献１に記載の方法によれば、インクを循環させてよりフレッシュなインクを流路内に供給することで、流路内のインクのみが増粘することに対して一定の効果はある。しかし、本発明者らの検討によれば、循環によって吐出口からのインク中の水分や揮発成分の蒸発が、循環しない場合に比べて促進されることが分かった。蒸発によって増粘したインクが循環経路内を流動すると循環経路の系全体としてインクの増粘が進み、吐出特性や記録濃度等に影響がでることがある。

従って本発明は、吐出口からのインク中の成分の蒸発によるインク吐出への影響を抑制した液体吐出ヘッドを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明は、液体を吐出するための吐出口と、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流路と、前記吐出口と前記流路とを連通する吐出口部と、前記流路の外部から前記流路の内部に液体を供給するための供給流路と、前記流路の内部から前記流路の外部へ液体を回収するための回収流路と、を備える液体吐出ヘッドであって、前記液体を、前記供給流路から前記流路の内部に供給し、前記流路の内部を流し、前記流路の内部から前記回収流路で前記流路の外部に回収することで、前記流路の内部の液体を前記流路の外部との間で循環させることが可能であり、前記液体の前記吐出口の開口内の液面は第１の領域と第２の領域とを有し、前記第１の領域における前記液体の粘度は、前記第２の領域における前記液体の粘度よりも１．２倍以上高いことを特徴とする。

本発明によれば、吐出口からのインク中の成分の蒸発によるインク吐出への影響を抑制した液体吐出ヘッドを提供することができる。

インクジェット記録装置の概略構成を示す斜視図。 循環経路の第１循環形態を示す模式図。 循環経路の第２循環形態を示す模式図。 第１循環形態と第２循環形態とにおけるインクの流入量の違いを説明する図。 液体吐出ヘッドを示す斜視図。 液体吐出ヘッドを構成する各部品またはユニットを示した分解斜視図。 第１、第２および第３の各流路部材の表面と裏面を示した図。 図７（ａ）の一部を示し、流路部材内の流路を拡大して示した透視図。 図８のＩＸ－ＩＸにおける断面を示した図。 １つの吐出モジュールを示した斜視図および分解斜視図。 記録素子基板の平面図、部分拡大図、および上記面の裏側の平面図。 図１１（ａ）におけるＸＩＩ－ＸＩＩ線の断面を示す斜視図。 記録素子基板の隣接部を部分的に拡大して示した平面図。 液体吐出ヘッドを示した斜視図。 液体吐出ヘッドを示した斜視分解図。 液体吐出ヘッドを構成する各流路部材を示した図。 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。 図１７のＸＶＩＩＩ－ＸＶＩＩＩ線における断面を示した図。 液体吐出ヘッドにおける吐出モジュールを示した斜視図および分解図。 （ａ）は、記録素子基板の吐出口が配される面、（ｂ）は記録素子基板の面、および（ｃ）は、吐出口が配される面の裏面を示すそれぞれ模式図。 インクジェット記録装置を示した図。 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。 液体吐出ヘッド内を流れるインクのインク流の流れの様子を示す図。 吐出口部内のインクの色材濃度の状態を示す図。 インクの色材濃度の比較を説明する図。 第２実施形態の流れモードを生じる液体吐出ヘッドと、比較例の流れモードを生じる液体吐出ヘッドの関係を示す図。 図２６に示すしきい線の上側と下側のそれぞれの領域となる液体吐出ヘッドにおける、吐出口部近傍のインク流の様子を説明する図。 流れモードＡまたは流れモードＢのいずれになるのかを説明する図。 各流れモードの液体吐出ヘッドから吐出後、一定時間休止後の発数（吐出回数）とそのときの吐出速度との関係を示す線図。 液体吐出ヘッド内を流れるインクのインク流の流れの様子を示す図。 液体吐出ヘッド内を流れるインクのインク流の流れの様子を示す図。 液体吐出ヘッド内を流れるインクのインク流の流れの様子を示す図。 液体吐出ヘッド内を流れるインクのインク流の流れの様子を示す図。 液体吐出ヘッド内を流れるインクのインク流の流れの様子を示す図。 吐出口の開口内の液面の領域における、液体の粘度の分布を示す図。 液体吐出ヘッド内を流れるインクの流れモード毎の流れの様子を示す図。 吐出口部内のインクの色材濃度の状態を示す図。 流れモード毎の蒸発速度と循環流速との関係を示す図。 ３つの流路形状の流れモードを示す図。 吐出口径を変化させた場合の、流れモード判定値の値を示した等高線図。 流路形状毎の吐出口の吐出液滴を観察した結果を示す図。 吐出口径を変化させた場合の気泡が大気と連通する時間を示した等高線図。 液体吐出ヘッド内を流れるインクのインク流の流れの様子を示す図。 液体吐出ヘッド内を流れるインクのインク流の流れの様子を示す図。 インクの水分蒸発量と粘度の関係を示すグラフ。 吐出口の開口内の液面の領域における、液体の粘度の分布を示す図。 吐出口の形状を説明するための図。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。

（第１形態のインクジェット記録装置）
図１は、本発明の液体を吐出する液体吐出装置、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（以下、記録装置とも称す）１０００の概略構成を示した図である。記録装置１０００は、記録媒体２を搬送する搬送部１と、記録媒体２の搬送方向と略直交して配置されるライン型の液体吐出ヘッド３とを備え、複数の記録媒体２を連続もしくは間欠的に搬送しながら１パスで連続記録を行うライン型記録装置である。なお、記録媒体２は、カット紙に限らず、連続したロール媒体であってもよい。液体吐出ヘッド３は循環経路内の圧力（負圧）を制御する負圧制御ユニット２３０と、負圧制御ユニット２３０と流体連通した液体供給ユニット２２０と、液体供給ユニット２２０へのインクの供給および排出口となる液体接続部１１１と、筐体８０とを備えている。本形態の液体吐出ヘッド３は、シアンＣ、マゼンタＭ、イエローＹ、ブラックＫのインクをそれぞれ吐出する吐出口列を備えており、それによってフルカラー記録が可能である。液体吐出ヘッド３は、図２にて後述されるように、液体を液体吐出ヘッド３へ供給する供給路である液体供給機構、メインタンクおよびバッファタンク（後述する図２参照）が流体的に接続される。そして、４色のインクそれぞれに対応して４つの負圧制御ユニット２３０および液体供給ユニット２２０が設けられる。また、液体吐出ヘッド３には、液体吐出ヘッド３へ電力およ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３内における液体経路および電気信号経路については後述する。

記録装置１０００は、インク等の液体を後述するタンクと液体吐出ヘッド３との間で循環させる形態のインクジェット記録装置である。本実施形態のインクジェット記録装置は、循環の形態（構成）として、第１循環形態と第２循環形態のいずれかを採用するものである。第１循環形態は、液体吐出ヘッド３の下流側で２つの循環ポンプ（高圧用、低圧用）を稼動することで循環させる形態である。第２循環形態は、液体吐出ヘッド３の上流側で２つの循環ポンプ（高圧用、低圧用）を稼動することで循環させる形態である。以下、この循環の第１循環形態と第２循環形態とについて説明する。

＜第１循環形態の説明＞
図２は、本実施形態の記録装置１０００に適用される循環経路の第１循環形態を示す模式図である。液体吐出ヘッド３は、第１循環ポンプ（高圧側）１００１、第１循環ポンプ（低圧側）１００２およびバッファタンク１００３等に流体的に接続されている。なお図２では、説明を簡略化するため、シアンＣ、マゼンタＭ、イエローＹ、ブラックＫのインクの内の１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および記録装置本体に設けられる。

第１循環形態では、メインタンク１００６内のインクは、補充ポンプ１００５によってバッファタンク１００３に供給され、その後、第２循環ポンプ１００４によって液体接続部１１１を介して液体吐出ヘッド３の液体供給ユニット２２０に供給される。その後、液体供給ユニット２２０に接続された負圧制御ユニット２３０で異なる２つの負圧（高圧、低圧）に調整されたインクは、高圧側と低圧側の２つの流路に分かれて循環する。液体吐出ヘッド３内のインクは、液体吐出ヘッド３の下流にある第１循環ポンプ（高圧側）１００１及び第１循環ポンプ（低圧側）１００２の作用で液体吐出ヘッド内を循環する。そして、液体接続部１１１を介して液体吐出ヘッド３から排出されて、バッファタンク１００３に戻る。

サブタンクであるバッファタンク１００３は、メインタンク１００６と接続され、タンク内部と外部とを連通する不図示の大気連通口を有し、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とメインタンク１００６との間には、補充ポンプ１００５が設けられている。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３の吐出口からインクを吐出（排出）することによって消費されたインクをメインタンク１００６からバッファタンク１００３へ移送する。

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から液体を引き出してバッファタンク１００３へ流す。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よい。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および第１循環ポンプ（低圧側）１００２を稼働することによって、それぞれ共通供給経路２１１、共通回収流路２１２内を所定流量のインクが流れる。このようにインクを流すことで、記録時の液体吐出ヘッド３の温度を最適の温度に維持している。液体吐出ヘッド３駆動時の所定流量は、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に維持可能である流量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に設定すると、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画像の濃度ムラが生じてしまう。そのため、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との間の経路に設けられている。この負圧制御ユニット２３０は、単位面積あたりの吐出量の差等によって循環系におけるインク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の圧力に維持するように動作する。負圧制御ユニット２３０を構成する、高圧側（Ｈ）と低圧側（Ｌ）の２つの圧力調整機構としては、負圧制御ユニット２３０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よい。一例としては所謂「減圧レギュレータ」と同様の機構を採用することができる。本実施形態における循環流路では、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の上流側を加圧している。このようにすることにより、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、記録装置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内で、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に示す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Ｈ、Ｌ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）、および相対的に低圧側（図２でＬと記載）は、液体供給ユニット２２０内を経由して、液体吐出ユニット３００内の共通供給経路２１１、および共通回収流路２１２にそれぞれ接続されている。液体吐出ユニット３００には、共通供給経路２１１、共通回収流路２１２、各記録素子基板と連通する個別流路２１５（個別供給流路２１３、個別回収流路２１４）が設けられている。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、それぞれ接続されることによって、２つの共通流路間に差圧を生じさせている。そして、個別流路２１５は、共通供給経路２１１および共通回収流路２１２とそれぞれ連通しているので、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。なお、２つの負圧調整機構Ｈ、Ｌは、それぞれフィルタ２２１を介して液体接続部１１１からの経路と接続している。

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および共通回収流路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。このため、各記録素子基板１０で発生する熱を共通供給流路２１１および共通回収流路２１２を流れるインクによって記録素子基板１０の外部へ排出することができる。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、吐出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できる。これによって、吐出口内で増粘したインクの粘度を低下させることで、インクの増粘を抑制することができる。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。このため、本実施形態の液体吐出ヘッド３は、高速で高画質な記録が可能となる。

＜第２循環形態の説明＞
図３は、本実施形態の記録装置に適用される循環経路のうち、上述した第１循環形態とは異なる循環形態である第２循環形態を示す模式図である。前述の第１循環形態との主な相違点は、負圧制御ユニット２３０を構成する２つの圧力調整機構が共に、負圧制御ユニット２３０よりも上流側の圧力を、所望の設定圧を中心として一定範囲内の変動で制御する点である。また、第１循環形態との相違点として、第２循環ポンプ１００４が負圧制御ユニット２３０の下流側を減圧する負圧源として作用する点である。更に、第１循環ポンプ（高圧側）１００１および第１循環ポンプ（低圧側）１００２が液体吐出ヘッド３の上流側に配置され、負圧制御ユニット２３０が液体吐出ヘッド３の下流側に配置されている点も相違する点である。

第２循環形態では、図３に示されるように、メインタンク１００６内のインクは、補充ポンプ１００５によってバッファタンク１００３に供給される。その後インクは２つの流路に分けられ、液体吐出ヘッド３に設けられた負圧制御ユニット２３０の作用で高圧側と低圧側の２つの流路を介して循環する。高圧側と低圧側の２つの流路に分けられたインクは、第１循環ポンプ（高圧側）１００１及び第１循環ポンプ（低圧側）１００２の作用によって、液体吐出ヘッド３の液体接続部１１１を介して液体吐出ヘッド３に供給される。その後、第１循環ポンプ（高圧側）１００１及び第１循環ポンプ（低圧側）１００２の作用で液体吐出ユニット３００内を循環したインクは、負圧制御ユニット２３０を経て、液体接続部１１１を介して液体吐出ヘッド３から排出される。排出されたインクは、第２循環ポンプ１００４によってバッファタンク１００３に戻される。

ところで、単位面積あたりの吐出量の変化によって生じる流量の変動がある場合がある。この場合であっても、第２循環形態の負圧制御ユニット２３０は、負圧制御ユニット２３０の上流側（即ち液体吐出ユニット３００側）の圧力変動を予め設定された圧力を中心として一定範囲内に安定させる作用をする。本実施形態の循環流路では、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の下流側を加圧している。このようにすると液体吐出ヘッド３に対するバッファタンク１００３の水頭圧の影響を抑制できるので、記録装置１０００におけるバッファタンク１００３のレイアウトの選択幅を広げることができる。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に対して所定の水頭差をもって配置された水頭タンクであっても適用可能である。第２循環形態では上述した第１循環形態と同様に、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Ｈ、Ｌを備えている。２つの負圧調整機構Ｈ、Ｌの内、高圧設定側（図３でＨと記載）、低圧設定側（図３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内の共通供給経路２１１および共通回収流路２１２に接続されている。２つの負圧調整機構により、共通供給流路２１１の圧力を共通回収流路２１２の圧力より相対的に高くすることで、共通供給流路２１１から個別流路２１３および各記録素子基板１０の内部流路を介して共通回収流路２１２へと流れるインク流れを発生させている。

このような第２循環形態では、液体吐出ユニット３００内には第１循環形態と同様のインク流れ状態が得られるが、第１循環形態の場合とは異なる２つの利点がある。１つ目は、第２循環形態では、負圧制御ユニット２３０が液体吐出ヘッド３の下流側に配置されているので、負圧制御ユニット２３０から発生するゴミや異物が液体吐出ヘッド３へ流入する懸念が少ないことである。２つ目は、第２循環形態では、バッファタンク１００３から液体吐出ヘッド３へ供給する必要流量の最大値が、第１循環形態の場合よりも少なくて済むことである。その理由は次の通りである。

記録待機時に循環している場合の、共通供給流路２１１および共通回収流路２１２内の流量の合計を流量Ａとする。流量Ａの値は、例えば、記録待機中に液体吐出ヘッド３の温度調整にあたり、液体吐出ユニット３００内の温度差を所望の範囲内にするために必要な最小限の流量として定義される。また、液体吐出ユニット３００の総ての吐出口からインクを吐出する場合（全吐出時）の吐出流量を流量Ｆ（１吐出口当りの吐出量×単位時間当たりの吐出周波数×吐出口数）と定義する。

図４は、第１循環形態と第２循環形態とにおける、液体吐出ヘッド３へのインクの流入量の違いを説明する図である。図４（ａ）は、第１循環形態における待機時を示しており、図４（ｂ）は、第１循環形態における全吐出時を示している。図４（ｃ）から図４（ｆ）は、第２循環流路の場合の流量を示しており、図４（ｃ）、（ｄ）が流量Ｆ＜流量Ａの場合で、図４（ｅ）、（ｆ）が流量Ｆ＞流量Ａの場合であり、それぞれ、待機時と全吐出時の流量を示している。

第１循環形態の場合では、定量的な送液能力を有する第１循環ポンプ（高圧側）１００１及び第１循環ポンプ（低圧側）１００２が液体吐出ヘッド３の下流側に配置されている（図４（ａ）、（ｂ））。第１循環ポンプ１００１及び第１循環ポンプ１００２の合計設定流量は流量Ａとなる（図４（ａ））。この流量Ａによって、待機時の液体吐出ユニット３００内の温度管理が可能となる。液体吐出ヘッド３で全吐出が行われる場合には、第１循環ポンプ１００１および第１循環ポンプ１００２の合計設定流量は流量Ａのままである。しかし、液体吐出ヘッド３で吐出によって生じる負圧が作用して、液体吐出ヘッド３へ供給される最大流量は、合計設定流量の流量Ａに全吐出による消費分（流量Ｆ）が加算される。よって、液体吐出ヘッド３への供給量の最大値は、流量Ｆが流量Ａに加算されるため流量Ａ＋流量Ｆとなる（図４（ｂ））。

一方で、第１循環ポンプ１００１および第１循環ポンプ１００２が液体吐出ヘッド３の上流側に配置されている第２循環形態の場合（図４（ｃ）～（ｆ））は、記録待機時に必要な液体吐出ヘッド３への供給量は、第１循環形態と同様に流量Ａである。従って、第１循環ポンプ１００１および第１循環ポンプ１００２が液体吐出ヘッド３の上流側に配置されている第２循環形態では、流量Ｆよりも流量Ａが多い場合（図４（ｃ）、（ｄ））には、全吐出時でも液体吐出ヘッド３への供給量は流量Ａで十分である。その際、液体吐出ヘッド３からの排出流量は、流量Ａ－流量Ｆとなる（図４（ｄ））。しかし、流量Ａよりも流量Ｆが多い場合（図４（ｅ）、（ｆ））には、全吐出時には液体吐出ヘッド３への供給流量を流量Ａとすると流量が足りなくなってしまう。そのため、流量Ａよりも流量Ｆが多い場合には、液体吐出ヘッド３への供給量を流量Ｆとする必要がある。その際、全吐出が行われると、液体吐出ヘッド３では流量Ｆが消費されるため、液体吐出ヘッド３からの排出流量は、ほとんど排出されない状態となる（図４（ｆ））。なお、流量Ａよりも流量Ｆが多い場合で、吐出は行うが全吐出ではない場合には、流量Ｆから吐出で消費された分が引かれた量が液体吐出ヘッド３から排出される。

このように、第２循環形態の場合、第１循環ポンプ１００１および第１循環ポンプ１００２の設定流量の合計値、即ち必要供給流量の最大値は、流量Ａまたは流量Ｆの大きい方の値となる。このため、同一構成の液体吐出ユニット３００を使用する限り、第２循環形態における必要供給量の最大値（流量Ａまたは流量Ｆ）は、第１循環形態における必要供給流量の最大値（流量Ａ＋流量Ｆ）よりも小さくなる。

そのため第２循環形態の場合、適用可能な循環ポンプの自由度が高まり、例えば構成の簡便な低コストの循環ポンプを使用したり、本体側経路に設置される冷却器（不図示）の負荷を低減したりすることができ、記録装置のコストを低減できるという利点がある。この利点は、流量Ａまたは流量Ｆの値が比較的大きくなるラインヘッドであるほど大きくなり、ラインヘッドの中でも長手方向の長さが長いラインヘッドほど有益である。

しかしながら一方で、第１循環形態の方が、第２循環形態に対して有利になる点もある。すなわち第２循環形態では、記録待機時に液体吐出ユニット３００内を流れる流量が最大であるため、単位面積当たりの吐出量が少ない画像（以下、低Ｄｕｔｙ画像ともいう）であるほど、各吐出口に高い負圧が印加された状態となる。このため、流路幅が狭く高い負圧である場合、ムラの見えやすい低Ｄｕｔｙ画像で吐出口に高い負圧が印加されるため、インクの主滴に伴って吐出される所謂サテライト滴が多く発生して記録品位が低下する虞がある。一方、第１循環形態の場合、高い負圧が吐出口に印加されるのは単位面積当たりの吐出量が多い画像（以下、高Ｄｕｔｙ画像ともいう）形成時であるため、仮にサテライト滴が発生しても視認されにくく、画像への影響は小さいという利点がある。これら２つの循環形態の選択は、液体吐出ヘッドおよび記録装置本体の仕様（吐出流量Ｆ、最小循環流量Ａ、およびヘッド内流路抵抗）に照らして好ましい選択を採ることができる。

＜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５（ａ）および（ｂ）は、本実施形態に係る液体吐出ヘッド３を示した斜視図である。液体吐出ヘッド３は、１つの記録素子基板１０でシアンＣ／マゼンタＭ／イエローＹ／ブラックＫの４色のインクを吐出可能な記録素子基板１０を直線上に１５個配列（インラインに配置）されるライン型の液体吐出ヘッドである。図５（ａ）に示すように、液体吐出ヘッド３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および電力供給端子９２は、記録装置１０００の制御部と電気的に接続され、それぞれ吐出駆動信号およ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および電力供給端子９２の数を記録素子基板１０の数に比べて少なくすることができる。これにより、記録装置１０００に対して液体吐出ヘッド３を組み付けるとき、また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５（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、図２および図３にて上述した、記録装置１０００の液体供給系と接続される。これによりシアンＣ／マゼンタＭ／イエローＹ／ブラックＫ４色のインクが記録装置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記録装置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、記録装置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。

図６は、液体吐出ヘッド３を構成する各部品またはユニットを示した分解斜視図である。液体吐出ユニット３００、液体供給ユニット２２０および電気配線基板９０が筐体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３参照）が設けられる。さらに、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、図３参照）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液体供給ユニット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あり、それぞれの内部に設けられる弁やバネ部材などの働きで液体の流量の変動に伴って生じる記録装置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。これによって負圧制御ユニット２３０は、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いる。２つの圧力調整弁は、それぞれ異なる制御圧力に設定され、高圧側が液体吐出ユニット３００内の共通供給流路２１１（図２参照）、低圧側が共通回収流路２１２（図２参照）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およ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および電気配線基板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を支持するためのものであり、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６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および封止材１１０（後述する図１０参照）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６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および第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、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７（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７（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７（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。また、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を示す図７（ｂ）と図７（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を示す図７（ｄ）と図７（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を接合することで、各流路部材に形成される共通流路溝６２と７１とから、流路部材の長手方向に延在する８本の共通流路（２１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃ、２１１ｄ、２１２ａ、２１２ｂ、２１２ｃ、２１２ｄ）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。共通供給流路２１１から液体吐出ヘッド３にインクが供給されて、液体吐出ヘッド３に供給されたインクは共通回収流路２１２によって回収される。第３流路部材７０の連通口７２（図７（ｆ）参照）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（図６参照）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（共通供給流路２１１と連通する連通口６１－１、共通回収流路２１２と連通する連通口６１－２）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よいし、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よい。

図８は、図７（ａ）のα部を示しており、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示した透視図である。共通供給流路２１１と共通回収流路２１２とは、両端部の流路からそれぞれ交互に共通供給流路２１１と共通回収流路２１２とが配置されている。ここで、流路部材２１０内の各流路の接続関係について説明する。

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）および共通回収流路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できる。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できる。

図９は、図８のＩＸ－ＩＸにおける断面を示した図である。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９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８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および記録素子基板１０には、第１流路部材５０からのインクを記録素子基板１０に設けられるエネルギー発生素子１５に供給するための流路が形成されている。更に、支持部材３０および記録素子基板１０には、エネルギー発生素子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）を生じさせている。このため、図８および図９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、インク色毎に共通供給流路２１１～個別供給流路２１３ａ～記録素子基板１０～個別回収流路２１３ｂ～共通回収流路２１２へと順に流れるインク流れが発生する。

＜吐出モジュールの説明＞
図１０（ａ）は、１つの吐出モジュール２００を示した斜視図であり、図１０（ｂ）は、その分解図である。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およ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６参照）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ため、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＞
図１１（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１１（ｂ）は、図１１（ａ）のＡで示した部分の拡大図を示し、図１１（ｃ）は、図１１（ａ）の裏面の平面図を示す。ここで、本実施形態における記録素子基板１０の構成について説明する。図１１（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１１（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ーにより発泡させるための発熱素子であるエネルギー発生素子１５が配置されている。隔壁２２により、エネルギー発生素子１５を内部に備える流路２４（ここでは不図示）の一部である圧力室２３が区画されている。エネルギー発生素子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、端子１６と電気的に接続されている。そして、エネルギー発生素子１５は、記録装置１０００の制御回路から、電気配線基板９０（図６参照）およびフレキシブル配線基板４０（図１０参照）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１１（ｂ）に示すように、各吐出口列に沿って、一方の側には供給流路１８が、他方の側には回収流路１９が延在している。供給流路１８および回収流路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。

図１１（ｃ）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カバープレート２０が積層されており、カバープレート２０には、後述する供給流路１８および回収流路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、供給流路１８の１本に対して３個、回収流路１９の１本に対して２個の開口２１がカバープレート２０に設けられている。図１１（ｂ）に示すようにカバープレート２０の夫々の開口２１は、図７（ａ）に示した複数の連通口５１と連通している。カバープレート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。このためカバープレート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。このようにカバープレート２０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好ましく、フィルム状の部材で構成されることが好ましい。

図１２は、図１１（ａ）におけるＸＩＩ－ＸＩＩにおける記録素子基板１０およびカバープレート２０の断面を示す斜視図である。ここで、記録素子基板１０内での液体の流れについて説明する。カバープレート２０は、記録素子基板１０の基板１１に形成される供給流路１８および回収流路１９の壁の一部を形成する蓋としての機能を有する。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の裏面にはカバープレート２０が接合されている。基板１１の一方の面側には、エネルギー発生素子１５が形成されており（図１１参照）、その裏面側には、吐出口列に沿って延在する供給流路１８および回収流路１９を構成する溝が形成されている。基板１１とカバープレート２０とによって形成される供給流路１８および回収流路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、供給流路１８と回収流路１９との間には差圧が生じている。吐出口１３から液体を吐出して記録を行っている際に、吐出を行っていない吐出口では、この差圧によって基板１１内に設けられた供給流路１８内の液体が、供給口１７ａ、圧力室２３、回収口１７ｂを経由して回収流路１９へ流れる（図１２の矢印Ｃ）。即ち、液体は、供給流路１８から流路（圧力室）２３の内部へと供給され、流路の内部を流れ、流路の内部から回収流路で流路の外部に回収される。そして再び供給流路１８から流路の内部へと供給される。このようにして、流路（圧力室）２３の内部の液体を、流路の外部との間で循環させることができる。この流れによって、吐出動作をしていない吐出口１３および圧力室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、泡および異物などを回収流路１９へ回収することができる。また、吐出口１３や圧力室２３のインクが増粘したり色材の濃度が増したりすることを抑制することができる。回収流路１９へ回収された液体は、カバープレート２０の開口２１および支持部材３０の液体連通口３１（図１０ｂ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。そして、記録装置１０００の供給経路へと回収される。つまり、記録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。そして液体は、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、カバープレート２０に設けられた開口２１、基板１１に設けられた供給流路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および回収流路１９、カバープレート２０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。その後液体は、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。そして液体は、液体供給ユニット２２０に設けられた液体接続部１１１から液体吐出ヘッド３の外部へ流動する。

図２に示した第１循環形態においては、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。また、図３に示した第２循環形態においては、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。また、液体吐出ユニット３００の共通供給流路２１１の一端から流入した総ての液体が、個別供給流路２１３ａを経由して圧力室２３に供給されるわけではない。つまり、共通供給流路２１１の一端から流入した液体で、個別供給流路２１３ａに流入することなく、共通供給流路２１１の他端から液体供給ユニット２２０に流動する液体もある。このように、記録素子基板１０を経由することなく流動する経路を備えることで、本実施形態のような微細で流抵抗の比較的大きい流路を備える記録素子基板１０を用いる場合であっても、液体の循環流の逆流を抑制することができる。このように、本実施形態の液体吐出ヘッド３では、圧力室２３や吐出口近傍部の液体の増粘等を抑制することができるので、吐出のヨレや不吐出を抑制することができ、結果として高画質な記録を行うことができる。

＜記録素子基板間の位置関係の説明＞
図１３は、隣り合う２つの吐出モジュール２００における、記録素子基板の隣接部を部分的に拡大して示した平面図である。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。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、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。そして、記録素子基板１０同士の隣接部における吐出口列は、少なくとも１つの吐出口が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１３では、線Ｄ上の２つの吐出口が互いにオーバーラップする関係にある。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ことができる。複数の記録素子基板１０は、いわゆる千鳥配置ではなく、直線上（インライン）に配置してもよい。この場合も、図１３のような構成により記録素子基板１０の記録媒体の搬送方向の長さの増大を抑えつつ記録素子基板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できる。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、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。

（第２形態のインクジェット記録装置）
次に、上述した第１形態のインクジェット記録装置とは異なる、第２形態のインクジェット記録装置２０００および液体吐出ヘッド２００３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形態の記録装置と異なる部分のみを説明し、第１形態の装置と同様の部分については説明を省略する。

＜インクジェット記録装置の説明＞
図２１は、第２形態のインクジェット記録装置２０００を示した図である。本実施形態の記録装置２０００は、シアンＣ、マゼンタＭ、イエローＹ、ブラックＫのインク毎に対応した単色用の液体吐出ヘッド２００３を４つ並列配置させることで記録媒体へフルカラー記録を行う点が第１の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、本実施形態においては、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。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、不吐出になる吐出口があったとしても、その吐出口に対して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、商業記録などに好適である。第１の実施形態と同様に、各液体吐出ヘッド２００３に対して、記録装置２０００の供給系、バッファタンク１００３（図２、図３参照）およびメインタンク１００６（図２、図３参照）が流体的に接続されている。また、それぞれの液体吐出ヘッド２００３には、液体吐出ヘッド２００３へ電力およ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ている。

＜循環経路の説明＞
第１の実施形態と同様に、記録装置２０００および液体吐出ヘッド２００３間の液体循環経路としては、第１の実施形態同様、図２または図３に示した第１および第２循環形態を用いることができる。

＜液体吐出ヘッド構造の説明＞
図１４（ａ）および（ｂ）は、本実施形態に係る液体吐出ヘッド２００３を示した斜視図である。液体吐出ヘッド２００３は、液体吐出ヘッド２００３の長手方向に直線上に配列される１６個の記録素子基板２０１０を備え、１色のインクを吐出するライン型記録ヘッドである。液体吐出ヘッド２００３は、第１形態と同様、液体接続部１１１、信号入力端子９１および電力供給端子９２を備える。しかし、本形態の液体吐出ヘッド２００３は、第１形態のヘッドに比べて吐出口列が多いため、液体吐出ヘッド２００３の両側に信号出力端子９１および電力供給端子９２が配置されている。これにより、記録素子基板２０１０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することができる。

図１５は、液体吐出ヘッド２００３を示した斜視分解図であり、液体吐出ヘッド２００３を構成する各部品またはユニットがその機能毎に分割して示している。各ユニットおよ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２００３では、液体吐出ユニット２３００に含まれる第２流路部材２０６０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２０６０の両端部に接続されており、この液体吐出ユニット２３００は記録装置２０００のキャリッジと機械的に結合されて、液体吐出ヘッド２００３の位置決めを行う。負圧制御ユニット２２３０を備える液体供給ユニット２２２０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２２２０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２２３０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１４のように、液体吐出ヘッド２００３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２２３０を設置した場合、液体吐出ヘッド２００３の長手方向に延在する共通供給流路と共通回収流路における液体の流れが互いに対向する。このような構成では、共通供給流路と共通回収流路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。これによって、共通流路に沿って複数設けられる各記録素子基板２０１０における温度差が少なくなり、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２３００の流路部材２２１０の詳細について説明する。図１５に示すように、流路部材２２１０は、第１流路部材２０５０と第２流路部材２０６０とを積層したものであり、液体供給ユニット２２２０から供給された液体を各吐出モジュール２２００へと分配する。また流路部材２２１０は、吐出モジュール２２００から環流する液体を液体供給ユニット２２２０へと戻すための流路部材として機能する。流路部材２２１０の第２流路部材２０６０は、内部に共通供給流路および共通回収流路が形成された流路部材であるとともに、液体吐出ヘッド２００３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２０６０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、アルミナなど用いることができる。

図１６（ａ）は、第１流路部材２０５０の、吐出モジュール２２００がマウントされる面を示した図であり、図１６（ｂ）は、その裏面を示しており、第２流路部材２０６０と当接される面を示した図である。第１形態とは異なり、本形態における第１流路部材２０５０は、吐出モジュール２２００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て、液体吐出ヘッド２００３の長さに対応することができるので、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することができる。図１６（ａ）に示すように、第１流路部材２０５０の連通口５１は、吐出モジュール２２００と流体的に連通し、図１６（ｂ）に示すように、第１流路部材２０５０の個別連通口５３は、第２流路部材２０６０の連通口６１と流体的に連通する。図１６（ｃ）は、第２流路部材６０の、第１流路部材２０５０と当接される面を示し、図１６（ｄ）は、第２流路部材６０の厚み方向中央部の断面を示し、図１６（ｅ）は、第２流路部材２０６０の、液体供給ユニット２２２０と当接する面を示す図である。第２流路部材２０６０の流路や連通口の機能は、第１形態の１色分と同様である。第２流路部材２０６０の共通流路溝７１は、その一方が後述する図１７に示す共通供給流路２２１１であり、他方が共通回収流路２２１２であり、夫々、液体吐出ヘッド２００３の長手方向に沿って設けられており、その一端側から他端側に液体が供給される。本形態は、第１形態と異なり、共通供給流路２２１１と共通回収流路２２１２の液体の流れは互いに反対方向となっている。

図１７は、記録素子基板２０１０と流路部材２２１０との液体の接続関係を示した透視図である。流路部材２２１０内には、液体吐出ヘッド２００３の長手方向に延びる一組の共通供給流路２２１１および共通回収流路２２１２が設けられている。第２流路部材２０６０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いる。そして、第２流路部材２０６０の連通口７２から共通供給流路２２１１を介して第１流路部材２０５０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２０６０の連通口７２から共通回収流路２２１２を介して第１流路部材２０５０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１８は、図１７のＸＶＩＩＩ－ＸＶＩＩＩ線における断面を示した図である。共通供給流路２２１１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２２００へ接続されている。図１８では不図示であるが、別の断面においては、共通回収流路２２１２が同様の経路で吐出モジュール２２００へ接続されていることは、図１７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２２００および記録素子基板２０１０には、各吐出口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を通過して、環流できるようになっている。また、第１形態と同様に、共通供給流路２２１１は、負圧制御ユニット２２３０（高圧側）と、共通回収流路２２１２は負圧制御ユニット２２３０（低圧側）と、それぞれ液体供給ユニット２２２０を介して接続されている。従って、その差圧によって、共通供給流路２２１１から記録素子基板２０１０の吐出口を通過して共通回収流路２２１２へと流れる流れが発生する。

＜吐出モジュールの説明＞
図１９（ａ）は、１つの吐出モジュール２２００を示した斜視図であり、図１９（ｂ）は、その分解図である。第１形態との差異は、記録素子基板２０１０の複数の吐出口列方向に沿った両辺部（記録素子基板２０１０の各長辺部）に複数の端子１６がそれぞれ配置されている点である。これに伴い記録素子基板２０１０と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２０１０に対して２枚配置されている。これは記録素子基板２０１０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り、端子１６から記録素子までの最大距離を短くして記録素子基板２０１０内の配線部で生じる電圧低下や信号遅れを低減するためである。また支持部材２０３０の液体連通口３１は、記録素子基板２０１０に設けられ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２０（ａ）は、記録素子基板２０１０の吐出口１３が配される面の模式図であり、図２０（ｃ）は、図２０（ａ）の面の裏面を示す模式図である。図２０（ｂ）は図２０（ｃ）において、記録素子基板２０１０の裏面側に設けられているカバープレート２０２０を除去した場合の記録素子基板２０１０の面を示す模式図である。図２０（ｂ）に示すように、記録素子基板２０１０の裏面には吐出口列方向に沿って、供給流路１８と回収流路１９とが交互に設けられている。吐出口列数は、第１の実施形態よりも大幅に増加しているものの、第１の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供給流路１８と回収流路１９が設けられていること、カバープレート２０２０に、支持部材２０３０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。

なお、上記実施形態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気泡を発生させて液体を吐出するサーマル方式について説明したが、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、インク等の液体をタンクと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記録装置（記録装置）について説明したが、その他の形態であってもよい。その他の形態としては、例えばインクを循環せずに、液体吐出ヘッド上流側と下流側に２つのタンクを設け、一方のタンクから他方のタンクへインクを流すことで、圧力室内のインクを流動させる形態であってもよい。

また、本実施形態は、記録媒体の幅に対応した長さを有する、所謂ライン型ヘッドを用いる例を説明したが、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することができる。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を吐出する記録素子基板およびカラーインクを吐出する記録素子基板を各１つずつ搭載する構成が挙げられるが、これに限るのもではない。つまり、複数個の記録素子基板を吐出口列方向に吐出口がオーバーラップするよう配置した、記録媒体の幅よりも短い短尺の液体吐出ヘッドを作成し、それを記録媒体に対してスキャンさせる形態であってもよい。

次に、以上説明した第１および第２形態の液体吐出ヘッドにおける、吐出口およびその近傍の構造に係る本発明のいくつかの実施形態について説明する。

（第１実施形態）
図２２（ａ）～（ｃ）は、本発明の第１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２２（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２２（ｂ）は、図２２（ａ）におけるＡ－Ａ’線断面図、図２２（ｃ）は、図２２（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、図１２などで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上のエネルギー発生素子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、供給流路（供給流路）１８から基板１１に設けられた供給口１７を介して供給されたインクは、流路２４、圧力室２３、流路２４を通り、回収口１７ｂを介して回収流路（回収流路）１９に至る流れを生じている。尚、上述したが圧力室２３は流路２４の一部である。

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（液面）１３ａ）が形成される。なお、図２２（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の壁を形成ず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、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ことが好ましい。

図２２（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、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０．００２～０．００３Ｐａ・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４３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２２参照）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４３は、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において、供給流路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している。

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）
本実施形態の液体吐出ヘッドは、この条件を満たすことで、図４３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に戻ったインクは回収流路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、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。

（第２実施形態）
図２３は本発明の第２実施形態に係る液体吐出ヘッド内を流れるインクの流れの様子を示す図であり、上述した第１実施形態と同様の部分については、同一記号を付して説明を省略する。

本実施形態は、吐出口からの液体の蒸発によるインクの増粘などの影響をより軽減するために以下のようになっている。図２３は、図４３と同様に液体吐出ヘッド内を流れるインクのインク流１７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、速度の大きさに対応しておらず、速度の大きさに拘わらず一定の長さで表している。図２３は、Ｈが１４μｍ、Ｐが５μｍ、Ｗが１２．４μｍである液体吐出ヘッドに、供給流路１８から、流量が１．２６×１０^－４ｍｌ／ｍｉｎでインクが流路２４に流入した際の流れを示している。

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、後述される式（２）を満たす関係を有する。これにより、吐出口からのインクの蒸発により色材濃度が変化したり、粘度が増したりしたインクが、吐出口部１３ｂのインク界面１３ａの近傍に滞留することを抑制することができる。すなわち、本実施形態の液体吐出ヘッドは、図２３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、インク界面１３ａの近傍（メニスカス位置）まで達した後に、再び吐出口部１３ｂ内を通って流路２４に戻る流れとなる。流路２４に戻ったインクは回収流路１９を介して、上述した共通回収流路２１２へ流れる。このようなインク流れが生成されることによって、蒸発の影響を受けやすい吐出口部１３ｂ内だけでなく、蒸発の影響が特に顕著なインク界面１３ａ近傍のインクについても、それが吐出口部１３ｂの内部に滞ることなく流路２４へと流れ出ることが可能となる。この結果、吐出口近傍の特にインク水分等の蒸発の影響を受け易い部位のインクを滞留させることなく流出させることができ、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。本実施形態はインク界面１３ａの少なくとも一部の粘度増加を抑制することができるため、インク界面１３ａの全域が粘度増加した際と比較して、吐出速度変化等の吐出への影響をより低減することが可能となる。

本実施形態の上述したインク流１７は、インク界面１３ａ近傍における少なくとも中央部（吐出口の中心部）において、流路２４内のインクの流れ方向（図２３において左から右へ向かう方向）の速度成分（以下、これを正の速度成分と呼ぶ）を持つ。なお、本明細書では、インク界面１３ａの少なくとも中央部においてインク流１７が正の速度成分を持つ流れのモードを「流れモードＡ」と呼ぶ。また、後述する比較列のように、インク界面１３ａの中央部で正の速度成分とは逆方向の、負の速度成分を持つ流れのモードを、「流れモードＢ」と呼ぶ。

図２４（ａ）および（ｂ）は、吐出口部１３ｂ内のインクの色材濃度の状態を示す図であり、同図（ａ）は、本実施形態の状態を示し、同図（ｂ）は、比較例の状態を示している。すなわち、図２４（ａ）は流れモードＡの場合を、また、同図（ｂ）は、上述した、吐出口部１３ｂ内のインク界面１３ａの中央部近傍の流れが負の速度成分を持つ比較例に係る流れモードＢの場合を示している。そして、図２４（ａ）および（ｂ）に示す等高線は、吐出口部１３ｂ内部のインク中の色材濃度の分布を示している。

これらの流れモードＡ、Ｂは、流路などの構造を示すＰ、Ｗ、Ｈの値によって定まる。図２４（ａ）は、Ｈが１４μｍ、Ｐが５μｍ、Ｗが１２．４μｍの形状の液体吐出ヘッドの流路２４に、供給流路１８から１．２６×１０^－４ｍｌ／ｍｉｎのインクが流入したときの流れモードＡの状態を示している。一方、図２４（ｂ）は、Ｈが１４μｍ、Ｐが１１μｍ、Ｗが１２．４μｍの形状の液体吐出ヘッドの流路２４に、供給流路１８から１．２６×１０^－４ｍｌ／ｍｉｎのインクが流入したときの流れモードＢの状態を示している。図２４（ｂ）に示す流れモードＢでは、図２４（ａ）に示す流れモードＡに比べて、吐出口部１３ｂの内部のインクの色材濃度は高い。すなわち、図２４（ａ）に示す流れモードＡでは、インク界面１３ａの近傍まで正の速度成分を持って達するインク流１７によって吐出口部１３ｂ内のインクを流路２４まで置換（流出）できる。これにより、吐出口部１３ｂの内部のインクの滞留を抑制することができ、その結果、色材濃度や粘度の上昇を抑制することが可能となる。

図２５は、流れモードＡを生じる液体吐出ヘッド（ヘッドＡ）と、流れモードＢを生じる液体吐出ヘッド（ヘッドＢ）のそれぞれから吐出したインクの色材濃度の比較を説明する図である。同図は、ヘッドＡおよびヘッドＢのそれぞれにおいて、流路２４にインク流１７を発生させた状態でインクの吐出を行う場合と、インク流１７を発生させずに流路内にインクの流れがない状態でインクを吐出させる場合のデータを示している。また、同図において、横軸は吐出口からインクを吐出した後の経過時間、縦軸は吐出したインクが記録媒体に形成したドットの色材濃度比である。この濃度比は、吐出周波数１００Ｈｚで吐出したインクによって形成されたドットの濃度を１としたときの、各経過時間後に吐出したインクによって形成されたドットの濃度の比である。

図２５に示すように、インク流１７が生じていない場合は、ヘッドＡ、Ｂ共に経過時間１秒以上で濃度比が１．３以上となり、比較的早い時間でインクの色材濃度が高くなる。また、ヘッドＢでインク流１７を生じさせた場合は、濃度比が約１．３までの範囲となり、インク流を生じさせない場合よりも色材濃度の増加を抑制することができ。しかし、吐出口部には濃度比が１．３までの、色材濃度が高くなったインクが滞留しているため、色材濃度変化を抑制する効果は十分でない。これに対し、ヘッドＡでインク流を生じさせた場合は、色材濃度比の範囲が１．１以下となる。検討により色材濃度変化が１．２程度以下であれば、人が色むらを視認することが難しいということが分かっている。つまり、ヘッドＡは経過時間が１．５秒程度あっても色むらを視認できるほどの色材濃度の変化を抑制することができることがわかる。なお、図２５は、蒸発に伴い色材濃度が高くなった場合を示しているが、蒸発に伴い色材濃度が低くなる場合も同様、本実施形態の液体吐出ヘッドは色材濃度の変化を抑制することができる。

本願発明者らの検討により、本実施形態における流れモードＡを発生させる液体吐出ヘッドは、流路２４の高さＨ、オリフィスプレート（流路形成部材１２）の厚みＰ、および吐出口の長さ（直径）Ｗの関係が、以下の式（２）を満たすことが分かっている。
Ｈ^{―０．３４}×Ｐ^{－０．６６}×Ｗ＞１．７ 式（２）
以下では、上記式（２）の左辺の値を判定値Ｊと呼ぶ。本願発明者らの検討では、式（２）を満たす液体吐出ヘッドは、図２３に示すような流れモードＡになり、流れモードＢを発生する液体吐出ヘッドは関係式（２）を満たさないことが分かっている。

以下、式（２）について説明する。

図２６は、第２実施形態の流れモードＡを生じる液体吐出ヘッドと、比較例の流れモードＢを生じる液体吐出ヘッドの関係を示す図である。図２６の横軸は、ＰとＨの比（Ｐ／Ｈ）を示し、縦軸は、ＷとＰの比（Ｗ／Ｐ）を示している。しきい線２０は、下記式（３）を満たす線である。
（Ｗ／Ｐ）＝１．７×（Ｐ／Ｈ）^{－０．３４} 式（３）

図２６において、ＨとＰとＷの関係が、しきい線２０の上側の斜線で示す領域にある液体吐出ヘッドでは流れモードＡとなり、しきい線２０を含めその下側の領域にある液体吐出ヘッドでは流れモードＢとなる。つまり、下記式（４）を満たす液体吐出ヘッドにおいて流れモードＡとなる。
（Ｗ／Ｐ）＞１．７×（Ｐ／Ｈ）^{－０．３４} 式（４）
式（４）を整理すると式（２）となることから、ＨとＰとＷの関係が関係式（２）を満たすヘッド（判定値Ｊが１．７以上のヘッド）は流れモードＡとなる。

上記関係について図２７および図２８を参照してさらに説明する。図２７（ａ）～（ｄ）は、図２６に示すしきい線２０の上側と下側のそれぞれの領域となる液体吐出ヘッドにおける、吐出口部１３ｂ近傍のインク流１７の様子を説明する図である。図２８は、様々な形状の液体吐出ヘッドについて流れが、流れモードＡまたは流れモードＢのいずれになるのかを説明する図である。図２８において、黒丸印は流れモードＡとなる液体吐出ヘッドで、×印は流れモードＢとなる液体吐出ヘッドである。

図２７（ａ）は、Ｈが３μｍ、Ｐが９μｍ、Ｗが１２μｍの形状で、判定値Ｊが１．９３となり１．７より大きい液体吐出ヘッドにおけるインク流れを示している。すなわち、図２７（ａ）に示す例は、流れモードＡである。このヘッドは、図２８では点Ａに対応する。

図２７（ｂ）は、Ｈが８μｍ、Ｐが９μｍ、Ｗが１２μｍの形状で、判定値は１．３９となり１．７より小さい液体吐出ヘッドにおけるインク流れを示している。すなわち、この流れは流れモードＢである。このヘッドは、図２８では点Ｂに対応する。

図２７（ｃ）は、Ｈが６μｍ、Ｐが６μｍ、Ｗが１２μｍの形状で、判定値は２．０となり１．７より大きい液体吐出ヘッドにおけるインク流れを示している。すなわち、この流れは流れモードＡである。そして、このヘッドは、図２８では点Ｃに対応する。

最後に図２７（ｄ）は、Ｈが６μｍ、Ｐが６μｍ、Ｗが６μｍの形状で、判定値は１．０となり１．７より小さい液体吐出ヘッドにおけるインク流れを示している。すなわち、この流れは流れモードＢである。そして、このヘッドは、図２８では点Ｄに対応する。

以上のように、図２６のしきい線２０を境界として、流れモードＡになる液体吐出ヘッドと流れモードＢになる液体吐出ヘッドを分けることができる。つまり、式（２）の判定値Ｊが１．７より大きい液体吐出ヘッドでは流れモードＡとなり、インク界面１３ａの少なくとも中央部ではインク流１７が正の速度成分を持つ。

次に、流れモードＡを生じる液体吐出ヘッド（ヘッドＡ）と、流れモードＢを生じる液体吐出ヘッド（ヘッドＢ）のそれぞれから吐出したインク滴の吐出速度の比較について説明する。

図２９（ａ）～（ｂ）は、各流れモードの液体吐出ヘッドから吐出後、一定時間休止後の、発数（吐出回数）とそのときの吐出速度との関係を示す線図である。

図２９（ａ）は、ヘッドＢを用いて、吐出時の温度でインク粘度が４ｃＰ程度となる固形分を２０ｗｔ％以上含む顔料インクを吐出したときの発数と吐出速度の関係を示している。インク流１７が存在しても、休止時間によっては２０発目程度まで吐出速度の低下が生じている。図２９（ｂ）は、ヘッドＡを用いて、図２９（ａ）の場合と同じ顔料インクを吐出したときの発数と吐出速度の関係を示しており、休止後１発目から吐出速度の低下は生じていない。本実験では、固形分が２０ｗｔ％以上含むインクを使用したが、濃度は本発明を限定するものではない。インク中固形分の分散のし易さによるが、概ね固形分量が８ｗｔ％以上（８ｗｔ％以上）のインクを吐出するときにモードＡの効果が明らかに表れる。

このように流れモードＡを生じるヘッドでは、吐出口からのインクの蒸発によるインクの増粘によって吐出速度が低下し易いインクにおいても、インク滴の吐出速度低下を抑制することができる。

なお、吐出口内のインク流１７の流れが流れモードＡになるのか流れモードＢになるのかについては、上述したように流路などの形状に係るＰ、Ｗ、Ｈの関係が支配的な影響を及ぼす。これらの条件以外に、例えば、インク流１７の流速、インクの粘度、インク流１７の流れの方向と垂直方向の吐出口１３の幅（Ｗと直交する方向の吐出口の長さ）といった条件については、Ｐ、Ｗ、Ｈに比べて影響が極めて小さい。従って、インクの流速やインクの粘度については要求される液体吐出ヘッド（インクジェット記録装置）の仕様や使用される環境条件に合わせて適宜設定すればよい。例えば、流路２４におけるインク流１７の流速は０．１～１００ｍｍ／ｓ、インクの粘度は吐出時の温度において３０ｃＰ以下のインクを適用可能である。また、使用時の環境変化等により吐出口からのインクの蒸発量が増加する場合には、インク流１７の流量を適宜多くすることで流れモードＡとすることができる。仮に、流れモードＢの液体吐出ヘッドについて、流量をいくら多くしても流れモードＡにはならない。つまり、モードＡになるのか流れモードＢになるのかは、インクの流速やインクの粘度の条件ではなく、上述した液体吐出ヘッドの形状に係るＨ、Ｐ、Ｗの関係が支配的となる。また、流れモードＡになる各種液体吐出ヘッドの中でも、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。

以上のように、流れモードＡを生じる液体吐出ヘッドは、インク界面１３ａ近傍まで正の速度成分を持って達するインク流１７によって、吐出口部１３ｂ内のインク、特に、インク界面近傍のインクを流路２４まで流出させることができる。このことから、吐出口部１３ｂの内部のインクの滞留を抑制することがでる。それにより、吐出口からのインクの蒸発に対しても、吐出口部内のインクの色材濃度の上昇などを低減することが可能となる。また、本実施形態においては、上述したように流路２４内のインクが流れている状態でインクの吐出動作を行う。このため、インクが流路２４（圧力室２３）から吐出口部１３ｂの内部に入り、インク界面まで到達した後にインク流路に戻るインクの流れがある状態でインクの吐出を行う。その結果、記録動作休止状態においても、常に吐出口部１３ｂの内部の色材濃度の上昇が軽減された状態となるので、記録動作休止後における１発目の吐出を良好行うことができ、色むらなどの発生も軽減することができる。しかし、本発明は、インク流路２４のインク流れが停止している状態でインクの吐出動作を行う液体吐出ヘッドにも適用可能である。記録動作休止後にインク流路内に循環流を発生させることで吐出口部１３ｂの内部のインクの増粘を軽減させ、循環流を停止させた後にインクの吐出を行ってもよい。

＜吐出口インク界面の粘度分布＞
本発明の特徴である、吐出口の開口内の液面の状態（粘度分布）について説明する。図３５（ａ）は、液体吐出ヘッドを吐出口と対向する側（吐出口からインクが吐出する方向）から見たときの、吐出口の開口内の液面の粘度等高線を示す図である。図３５（ｂ）は、図３５（ａ）のＸ－Ｘ断面における、吐出口内の位置と粘度の関係を示す図である。吐出口１３の中心（ここでは重心）は、図３５（ａ）のＸ－Ｘの線分とＸＸ－ＸＸの線分が交わる点である。この点は、図３５（ｂ）の横軸において位置「０」となっている点である。そして、この位置「０」の点における粘度を１としたときの、吐出口の開口内の他の部分の液面における粘度比を測定し、これをプロットしている。尚、横軸の「－２」と「２」の部分が、吐出口１３の端部となる。

図３５から分かるように、本発明においては、インク（液体）の吐出口の開口内の液面の中で、インクの粘度を変化させている。液面の中でインクの粘度の異なる領域を、第１の領域と第２の領域とする。このとき、本発明では、第１の領域におけるインクの粘度を、第２の領域におけるインクの粘度よりも１．２倍以上高くする。一例として、吐出口１３の開口内のメニスカス界面領域において、インクの粘度が最も小さい領域を第２領域とし、第２領域の粘度に対して粘度が１．２倍以上となる領域を第１領域とする。図３５では、図３５（ｂ）に示す横軸の位置が「０」付近の粘度比が約１である部分が第２の領域であり、「－１．２」付近から「－２」付近までの領域、及び「１．２」付近から「２」付近の領域が第１の領域となる。つまり、吐出口の中央部付近が領域２となり、吐出口の端部側の領域が領域１となる。このとき、第１の領域におけるインクの粘度は、第２の領域におけるインクの粘度よりも１．２倍以上高くなっている。即ち、本発明では、吐出口１３の開口内の液面の中に、第２の領域のようにインクの粘度が低い領域を循環によって形成しつつも、あえてこれよりもインクの粘度の高い第１の領域を形成する。循環によって第２の領域を形成しておくことで、長時間放置等による目詰まりの発生などを抑制しつつも、あえて形成したインクの粘度が高い第１の領域によって、吐出口からのインクの蒸発を抑制することができる。インクの粘度が高くなった第１の領域では、インクの蒸発が進みにくく、吐出口からのインク（インク成分）の必要以上の蒸発を抑制できる。これによって、系全体のインクの粘度が徐々に高まり、インクの吐出に影響を与えることを抑制する。尚、インクの濃度の高い第１領域があることでインクの吐出に対して影響を与えることになるが、本実施形態のように第１領域が吐出口の中央領域ではなく、周囲領域に形成されるため、吐出への影響を押させることができる。逆に、インクの濃度が小さい第２領域を吐出口の開口の中央領域に形成することで吐出特性を良好に維持することが可能となる。以上、上述した本実施形態の構成により、吐出口の目詰まりの抑制と循環系のインクの粘度（濃度）アップの抑制との両立が可能となる。

尚、インク（液体）の液面の領域における粘度とは、二次元の液面での粘度ではなく、液面を含み高さ方向に若干の厚み（例えば１μｍ）を持たせた領域における、インクの粘度のことを意味する。

第１の領域は、インクが流路の内部を流れる方向（図３５（ａ）の矢印方向）と直交する方向において、吐出口の端部の側（図３５（ａ）の吐出口１３の上下端の側）に位置させることが好ましい。一方、第２の領域は、インクが流路の内部を流れる方向と直交する方向において、吐出口の中央の側（図３５（ａ）の吐出口１３の中心の側）に位置させることが好ましい。このようにすることで、吐出特性を維持しつつ、蒸発抑制の効果をより高めることができる。

図３５（ａ）では、吐出口の中央の領域のインク粘度を１とした場合、吐出口の端部の領域ではインク粘度が約２．５程度となっている。このように、吐出口の中央の領域のインク粘度に対して、吐出口の端部のインク粘度は、１．５倍以上、より好ましくは２．０倍以上であることがより好ましい。

また、上記循環を行った場合、一般的に、インクの吐出口１３の開口内の液面のうち吐出口の中心部付近のインクの粘度が最も小さくなる。この最も粘度が小さい吐出口の中央の領域におけるインクの粘度をＹとする。図３５では、Ｙ＝１である。このとき、インクの粘度が１．２Ｙ以上となる領域の、吐出口の開口に対する面積の割合は、２５％以上、７５％以下であることが好ましい。図３５（ｂ）では、この面積割合は５０％程度である。面積割合を２５％以上とすることで、粘度の高い領域（第１の領域）を増やし、吐出口からのインク中の成分の蒸発を抑制する。例えば、循環経路全体のインク粘度（或いは色材濃度）が段々と高まることに対して、濃度調整するような構成においては、調整回数を低減することが可能となる。また、蒸発によって吐出口の下流側で粘度の高いインクの滞留が発生することがあるが、この発生も抑制することができる。好ましくは、面積割合は３５％以上とする。一方、面積割合を７５％以下とすることで、吐出口の開口内の液面に粘度の高い領域が増えすぎて、インクを吐出して休止した後の１発目のインク吐出が良好でなくなることを抑制できる。好ましくは、面積割合は６０％以下とする。尚、以上説明したような吐出口の開口内の液面のインクの粘度の関係は、流路を流れるインクの流速や吐出口形状、インクの物性等によって適宜制御することができる。

また図３５に示すように、吐出口の半径を１とした場合、第２領域は０～０．４、第１領域は０．７～１の領域となる。見方を変えると、第２領域は中心から外枠に向かって０．４の領域、第１領域は吐出口の外枠から中心に向かって０．３の領域となる。

図４４は、図３５（ａ）のＸＸ－ＸＸ断面と、ＸＸＸ－ＸＸＸ断面におけるインク流１７の様子を示した図である。図４４（ａ）～（ｄ）は、同じ断面位置であるが、吐出口形状はそれぞれ異なる。図４４（ａ）と（ｂ）は前述した流れモードＡとなる液体吐出ヘッドの場合であり、図４４（ｃ）と（ｄ）は流れモードＢとなる液体吐出ヘッドの場合である。図に示すように、吐出口の中央の領域では、インク流１７が吐出口界面まで達するため、インクの増粘が抑制されている。吐出口の端部では蒸発による流れが支配的となり、インクの増粘が生じることになる。特に、流れモードＡの液体吐出ヘッドの場合は、吐出口中央部のインク増粘をより低減することができるため、吐出口の中央の側と端部の側の粘度差が大きくなる。

このように、流れモードＡとなる液体吐出ヘッドは、吐出口の中央側と端部側での粘度差がより大きくなるため、駆動休止後一発目の吐出を良好に行うことと、系全体の粘度が高まることを、良好に両立することができる。

また、液体吐出ヘッドを温調してインクを吐出する場合、特にインクを加温する場合は、吐出口からの蒸発が促進されるので、吐出口の開口面でインクが増粘する領域、即ち第１の領域を形成しやすい。

＜水分少インク＞
図４５は、インクの水分量と水分蒸発に伴う粘度変化の例を示す図であり、水分量が７５ｗｔ％であるインクと、水分量が６５ｗｔ％であるインクを例にとって示している。図に示すように、インク中の水分量が少ないほど、蒸発が進んだ際の粘度差が大きくなる。よって、本発明の液体吐出ヘッドに水分量が少ないインクを用いることで、吐出口の中央の側と吐出口の端部の側のインク粘度差をより大きくすることができる。特にインク中の水分量が６５ｗｔ％以下のインクを用いることが好ましい。尚、水分量とは、インク全質量に対する水の質量割合であるが、蒸発しやすい液体であれば、水の代わりとして、或いは水と合算して考えることもできる。

水分を少なくする以外の方法で、インクによって第１の領域を増やす方法について説明する。インクの固形分量が１０ｗｔ％以上であると、粘度上昇が生じやすい。従って、吐出口の開口面に粘度の高い領域（第１の領域）を形成しやすい。また、インクが顔料を含んでいる場合、顔料は、顔料粒子の静電反発力を利用する自己分散顔料と樹脂吸着による立体障害を利用する樹脂分散顔料によって分散安定化されている。水分が蒸発し、顔料濃度が上昇する場合、顔料同士の粒子間距離が近接する。その際、樹脂分散顔料は樹脂が阻害し凝集しづらいが、自己分散顔料は阻害するものがなく凝集しやすい。したがって、自己分散顔料は樹脂分散顔料より水分蒸発時の粘度上昇が大きくなる。この為、インクが自己分散顔料を含んでいると、吐出口の開口面に粘度の高い領域（第１の領域）を形成しやすい。

＜吐出口形状＞
図４６及び図４７は、吐出口の形状のパターンを示す図である。図４６に示す吐出口１３は、インク流１７の流れ方向に長手方向が伸びた楕円状の形状をしている。このような形状の吐出口の場合は、流路を流れるインク流１７によってインク増粘を抑制される領域が小さくなり、インク粘度が高い領域（第１の領域）を多くすることができる。このように流れ方向の内径が流れに交差する方向の内径よりも大きい吐出口とすることで、本発明の効果をより良好に発現することができる。

図４７（ａ）～（ｈ）に示す吐出口の形状は、対向する位置に突起物５が形成されたものである。突起物５は吐出口から吐出口の内部にまで連続して延在している。図４７（ａ）、（ｃ）、（ｅ）、（ｇ）は、吐出口と対向する位置から見た図である。図４７（ｂ）、（ｄ）、（ｆ）、（ｈ）は、これらのＡ－Ａ´における断面図である。図４７（ａ）、（ｂ）に示す吐出口には、流路内を流れるインクの流れ方向に突出する突起物５が形成されている。図４７（ｃ）、（ｄ）に示す吐出口には、流路内を流れるインクの流れ方向と交差する方向に突出する突起物５が形成されている。図４７（ｅ）～（ｆ）では、これらの突起物５が丸みを帯びた形状になっている。いずれも突起物５は対向して２つ形成されており、突起物５間に形成されるインクのメニスカスが、その他の部分のメニスカスに比べて維持されやすくなる。従って、吐出口から延出するインク滴の尾引きを、より早いタイミングで切断することができ、主滴に付随して発生する微小液滴であるミストの発生を抑制することができる。

図４７に示す形状の吐出口は、吐出口の端部が長くなる為、吐出口の開口面積に対して吐出口の端部に近い部分の面積割合が高くなる。従って、インクの流れによって開口面でインク増粘が抑制される領域が小さくなり、インク粘度が高い領域（第１の領域）の面積を大きくすることができる。特に、図４７（ｃ）、（ｄ）や、図４７（ｇ）、（ｈ）に示した形状、即ち流路内を流れるインクの流れ方向と交差する方向に突起物５が突出している構成であると、図４６で説明したのと同様に、インク増粘を抑制される領域が小さくなる。従って、吐出口の開口面でインク粘度が高い領域（第１の領域）の面積を大きくすることができる。

尚、以上のように突起物５を有する場合において、上述した流れモードＡとなる形状が、効果を発現する上で好ましい。

また、本発明はインクの流れの発生手段を限定するものではない。液体吐出ヘッドの外部に発生手段を有する構成や液体吐出ヘッド内に発生手段を有する構成であってもよい。例えば流路（圧力室）内のインクを循環させる方法としては、圧力差を設ける差圧方式と流路内に設けたマイクロポンプ方式が挙げられる。本発明は、いずれの方式であっても成り立つが、循環流の安定かつ高い流速を実現し易い観点からは、差圧方式であることが好ましい。

（第３実施形態）
図３０は、本発明の第３実施形態に係る液体吐出ヘッド内を流れるインクのインク流の流れの様子を示す図であり、上述した実施形態と同様の部分については、同一記号を付して説明を省略する。図３０に示すように、本実施形態においては吐出口１３（吐出口部１３ｂ）近傍の流路２４の高さは、他の部分の流路２４の高さよりも低くなっている。具体的には、流路２４と吐出口部１３ｂとの連通部の、流路内の液体の流れ方向に関する上流側での流路２４の高さＨは、流路２４と供給流路１８（図２２参照）との連通部における流路２４の高さより低い。

本実施形態は、流路２４と供給流路１８との連通部から吐出口部の近傍までの流路高さ、また、吐出口部近傍から回収流路１９までの流路高さを比較的高くすることにより、その部分の流路抵抗を低くすることができる。また、吐出口部１３ｂの近傍の流路高さＨを相対的に小さくすることで、第１実施形態で説明した流れモードＡの液体吐出ヘッドとすることができる。通常、式（２）を満たすために、流路２４の高さを全体的に低くすると、供給流路１８または回収流路１９から吐出口１３までの流路抵抗が高くなってしまい、吐出により不足したインクを再充填する速度（リフィル速度）が低下する場合がある。従って、本実施形態の構成によって必要な部位の流路高さを低くして式（２）を満たしつつ、必要なリフィル速度を確保することが可能となる。

（第４実施形態）
図３１は、本発明の第４実施形態に係る液体吐出ヘッド内を流れるインクのインク流の流れの様子を示す図である。図３１において、オリフィスプレート１２の表面の吐出口１３の周囲に凹部１３ｃが形成されている。つまり、オリフィスプレートに形成された凹部内に吐出口１３が形成されている。通常状態においてインクのメニスカス（インク界面１３ａ）は、吐出口１３と凹部１３ｃとの境界面に形成される。本実施形態も、式（２）を満たし、流れモードＡとなる。本実施形態における式（２）におけるＰは、吐出口部の長さ、つまり、図３１に示すように、インクのメニスカスが形成される部分から流路２４までの長さとなる。すなわち、オリフィスプレート１２の厚みが吐出口１３と接する箇所の近傍で他の箇所よりも薄くなっている。具体的には、吐出口１３の近傍におけるオリフィスプレート１２の厚みは、流路２４と供給流路１８（図２２参照）との連接部におけるオリフィスプレートの厚みより薄い。

本実施形態は、オリフィスプレート１２の厚みをヘッド全体としてはある程度厚く保ちながら、吐出口部１３ｂ近傍のオリフィスプレートの厚みＰを小さくすることができる。通常、式（２）を満たすために吐出口部の長さＰを短くすると、オリフィスプレート全体の厚みが薄くなってしまい、オリフィスプレートの強度が低下する。しかし、本実施形態の構成によれば、第１実施形態および第２実施形態の効果に加えてオリフィスプレート１２全体としての強度を確保することができる。

（第５実施形態）
図３２は、本発明の第５実施形態に係る液体吐出ヘッド内を流れるインクのインク流の流れの様子を示す図である。図３２に示すように、流路２４の高さが吐出口１３と接続する付近で他の箇所よりも低くなり、また、オリフィスプレート１２の表面の吐出口１３の周囲には凹部１３ｃが形成されている。具体的な構成としては、流路２４と吐出口部１３ｂとの連通部の、流路内の液体の流れ方向に関する上流側の流路２４の高さＨは、流路２４と供給流路１８（図２２参照）との連通部における流路２４の高さより低い。

本実施形態は、供給流路１８または回収流路１９から吐出口１３までの流路抵抗を低く保ちながら、吐出口近傍の流路高さＨを低くすることができ、さらに、吐出口部１３ｂの長さＰも短くすることができる。通常、流路２４の高さを吐出口１３と接続する付近で他の箇所よりも低くすると、それに伴い吐出口１３近傍のオリフィスプレート１２の厚みが厚くなり、吐出口１３の長さＰが長くなってしまう。これに対し、本実施形態の構成によれば、第１実施形態および第２実施形態の効果に加えて必要なリフィル速度を確保することができる。

（第６実施形態）
図３３は、本発明の第６実施形態に係る液体吐出ヘッド内を流れるインクのインク流の流れの様子を示す図である。図３３に示すように、本実施形態の液体吐出ヘッドは、流路２４と吐出口部１３ｂとの連通部に段差部を有している。本実施形態において、吐出口１３から上記段差部が形成される部位までが吐出口部１３ｂであり、吐出口部１３ｂはこれより径の大きい部位（流路の一部）を介して流路２４に接続される。よって、本実施形態におけるＰ、Ｗ、Ｈは、図に示すように規定される。このような形状の液体吐出ヘッドにおいても、式（２）を満たし、流れモードＡを生じさせる。

このように、流路から吐出口に向かう部位を多段構成とすることで、エネルギー発生素子１５から吐出口１３へ向かう方向の流抵抗を比較的小さくすることができる。本実施形態の構成は、第１実施形および第２実施形態の効果に加えて、例えば、５ｐｌ以下の小液滴を吐出する場合に好ましいものである。

（第７実施形態）
図３４は、本発明の第７実施形態に係る液体吐出ヘッド内を流れるインクのインク流の流れの様子を示す図である。図３４に示すように、吐出口１３と流路２４との間を連通する吐出口部１３ｂは円錐台形である。具体的には、流路側の吐出口部１３ｂの開口径が吐出口１３側の吐出口部１３ｂの開口径より大きく、側壁はテーパ形状となっている。この構成により、エネルギー発生素子１５から吐出口１３へ向かう方向の流抵抗を比較的小さくすることができる。本実施形態において、式（２）のＷは、図３４に示すように、吐出口部１３ｂと流路２４との連通部の長さをＷと規定している。本実施形態の構成は、第１実施形態の効果に加えて、例えば、５ｐｌ以下の小液滴を吐出する際に好ましい構成である。

（第８実施形態）
図３６～図３８は、本発明の第８実施形態に係る液体吐出ヘッドを説明する図である。本実施形態は第２から第８の実施形態をより良くする形態であって、前述の実施形態を制限するものではない。吐出口１３に形成されるインク界面１３ａからのインク水分などの蒸発量と、インク流１７の流量との関係について、図３６および図３７を参照して説明する。環境条件等によってインク界面１３ａからの蒸発量が比較的多く、その蒸発量に対してインク流１７の流量が十分ではない場合は、図３６（ａ）に示すように、吐出口部１３ｂ内におけるインクの流れはインク界面１３ａに向かう流れが支配的になる。このように吐出口部１３ｂにおけるインクの流れがインク界面１３ａに向かう流れが支配的になる流れのモードを、以下では、流れモードＣと呼ぶ。流れモードＣが生じているときには、図３７（ａ）に示すように、吐出口部内の色材濃度は蒸発により比較的高くなる。それに対して、蒸発量が多くても蒸発量に対してインク流１７が十分な場合は、図３６（ｂ）に示すように流れモードＡとなる。そして、これにより、図３７（ｂ）に示すように、吐出口部内の色材濃度は比較的低くなる。すなわち、第１実施形態で説明した式（２）を満たす液体吐出ヘッドにおいては、液体吐出ヘッドの使用時の環境条件等によりインク界面１３ａからの蒸発量が増加しても、インク流１７の流量を十分に多くすることによって、流れモードＡにすることができる。これにより、吐出口からのインクの蒸発によって色材濃度変化などが生じたインクが吐出口部１３ｂに滞留することを抑制することができる。

比較例として式（２）を満たさない液体吐出ヘッドの場合について説明する。この例では、インク流１７の流量をどんなに増加させても流れモードＡにはならない。つまり、流れモードＡとするためには、式（２）を満たすことが必要となる。

ここで、式（２）を満たす液体吐出ヘッドの場合においても、インク流１７の量を多くするとそれに伴って圧力損失が大きくなる。このため、共通供給経路２１１と共通回収流路２１２（図２、図３参照）との圧力差を大きくする必要がある。また、液体吐出ヘッド内の各吐出口までの圧力差が大きくなり、吐出特性を均一にすることが困難となる。従って、これらの観点からは、インク流１７の流量はできるだけ小さくすることが望ましい。

そこで、流れモードＡにするために必要最低限のインク流１７の流速条件について以下に説明する。

本実施形態は、Ｈが３～６μｍ、Ｐが３～６μｍ、Ｗが１７～２５μｍの液体吐出ヘッドにおいて、蒸発により色材濃度変化が生じたインクが吐出口部１３ｂの内部に滞留することを抑制するべく、以下の条件とする。つまり、インク流１７の平均流速Ｖ１７とインク界面１３ａからの平均蒸発流速Ｖ１２との関係を下記式（５）とする。
Ｖ１７≧２７×Ｖ１２ 式（５）

本願発明者らの検討により、式（５）を満たす液体吐出ヘッドは流れモードＡになることが分かっている。Ｈが３～６μｍ、Ｐが３～６μｍ、Ｗが１７μｍ以上の液体吐出ヘッドは、式（２）を満たすことから、蒸発量に対して十分な量のインクを循環することで流れモードＡにすることができる。上記式（５）は、流れモードＡにするために必要な循環流速について示した式である。式（５）について、図３８を参照して説明する。

図３８は、流れモードＡになる蒸発速度と循環流速と、流れモードＣになる蒸発速度と循環流速の関係を示す図である。図３８の横軸は蒸発速度Ｖ１２、縦軸は循環によるインク流の流速Ｖ１７であり、４つの形状の液体吐出ヘッド１～４それぞれについて流れモード毎のデータを示している。液体吐出ヘッド１は、Ｈが６μｍ、Ｐが６μｍ、Ｗが１７μｍで、判定値Ｊが２．８３のである。液体吐出ヘッド２は、Ｈが６μｍ、Ｐが６μｍ、Ｗが２１μｍで、判定値Ｊが３．５である。液体吐出ヘッド３は、Ｈが５μｍ、Ｐが３μｍ、Ｗが２１μｍで、判定値Ｊが５．８８である。液体吐出ヘッド４は、Ｈが５μｍ、Ｐが３μｍ、Ｗが２５μｍで、判定値Ｊが７．０である。

図３８から、ある１つの液体吐出ヘッドでは、流れモードＣではなく流れモードＡにするために必要な循環流速Ｖ１７は、蒸発流速Ｖ１２に比例することが分かる。また、判定値Ｊが小さいほど流れモードＡにするために必要な循環流速が大きいことが分かる。さらに、Ｈが３～６μｍ、Ｐが３～６μｍ、Ｗが１７～２５μｍの液体吐出ヘッドで、判定値Ｊが最も小さい２．８３（液体吐出ヘッド１）の場合は、循環流速を蒸発流速の２７倍以上にすると流れモードＡになることが分かる。従って、Ｈが３～６μｍ、Ｐが３～６μｍ、Ｗが１７μｍ以上の液体吐出ヘッドにおいては、式（５）を満たすことで流れモードＡとなり、蒸発により色材濃度変化が生じたインクが吐出口部１３ｂに滞留することを抑制することができる。つまり、吐出口１３からの液体蒸発に伴う、画像の色むらの発生などを低減することが可能となる。例えば、本願発明者らの実験では、Ｗが１８μｍの円形吐出口からの蒸発量が約１４０ｐｌ／ｓであり、平均蒸発流速は約１．３５×１０^－４ｍ／ｓとなるので、この場合は、平均約０．００３６ｍ／ｓ以上の循環流速が必要となる。ここで蒸発量とは、吐出口部１３ｂのインクが濃度変化していない際の蒸発量を指す。

同様に、Ｈが８μｍ、Ｐが８μｍ、Ｗが１７μｍで、判定値Ｊが２．１３の液体吐出ヘッドでは、インク流１７の平均流速Ｖ１７をインク界面１３ａからの平均蒸発流量Ｖ１２の５０倍以上にすることで流れモードＡになる。従って、Ｈが８μｍ以下、Ｐが８μｍ以下、Ｗが１７μｍ以上の液体吐出ヘッドにおいては、インク流１７の平均流速Ｖ１７をインク界面１３ａからの平均蒸発流量Ｖ１２の５０倍以上にすることで流れモードＡにすることができる。これにより、蒸発により色材濃度変化などが生じたインクが吐出口部１３ｂ内に滞留することを抑制することができる。その結果、吐出口１３からの液体蒸発に伴う、画像の色むらなどの発生を低減することが可能となる。上記と同様に、Ｗが１８μｍの円形吐出口からの蒸発量が約１４０ｐｌ／ｓの場合は、平均で約０．００６７ｍ／ｓ以上の循環流速が必要となる。

同様に、Ｈが１５μｍ、Ｐが７μｍ、Ｗが１７μｍで、判定値Ｊが１．８７の液体吐出ヘッドでは、インク流１７の平均流速Ｖ１７をインク界面１３ａからの平均蒸発流量Ｖ１２の５０倍以上にすることで流れモードＡを生じさせることができる。従って、Ｈが１５μｍ以下、Ｐが７μｍ以下、Ｗが１７μｍ以上の液体吐出ヘッドでは、インク流１７の平均流速Ｖ１７をインク界面１３ａからの平均蒸発流量Ｖ１２の１００倍以上にすることで流れモードＡにすることができる。上記と同様に、Ｗが１８μｍの円形吐出口からの蒸発量が約１４０ｐｌ／ｓの場合は、平均で約０．０１３５ｍ／ｓ以上の循環流速が必要となる。

次に、異なる液体吐出ヘッドの構成について説明する。本液体吐出ヘッドは、Ｈが１４μｍ以下、かつＰが１２μｍ以下、かつＷが１７μｍ以上であり、かつＨとＰとＷが式（２）を満たす液体吐出ヘッドである。この液体吐出ヘッドは、吐出口からのインクの蒸発により色材濃度変化などが生じたインクが吐出口部１３ｂに滞留することを抑制するべく以下式（６）を満たしている。つまり、循環流１７の平均流速Ｖ１７とインク界面１３ａからの平均蒸発流速Ｖ１２が下記式（６）を満たしている。
Ｖ１７≧９００×Ｖ１２ 式（６）

Ｈが１２．３μｍ、Ｐが９μｍ、Ｗが１７μｍの液体吐出ヘッド（判定値Ｊが１．７）では、インク流１７の平均流速Ｖ１７をインク界面１３ａからの平均蒸発流速Ｖ１２の９００倍にすることで流れモードＡにすることができる。同様に、Ｈが１０μｍ、Ｐが１０μｍ、Ｗが１７μｍの液体吐出ヘッド（判定値Ｊが１．７）でも、インク流１７の平均流速Ｖ１７をインク界面１３ａからの平均蒸発流速Ｖ１２の９００倍にすることで流れモードＡにすることができる。同様に、Ｈが８．３μｍ、Ｐが１１μｍ、Ｗが１７μｍの液体吐出ヘッド（判定値Ｊが１．７）においても、循環流１７の平均流速Ｖ１７をインク界面１３ａからの平均蒸発流速Ｖ１２の９００倍にすることで流れモードＡにすることができる。同様に、Ｈが７μｍ、Ｐが１２μｍ、Ｗが１７μｍの液体吐出ヘッド（判定値Ｊが１．７）においても、循環流１７の平均流速Ｖ１７をインク界面１３ａからの平均蒸発流速Ｖ１２の９００倍にすることで流れモードＡにすることができる。

従って、Ｈが１４μｍ以下、かつＰが１２μｍ以下、かつＷが１７μｍ以上であり、かつＨとＰとＷが、式（２）を満たす液体吐出ヘッドは、式（６）を満たすことで流れモードＡとなる。

以上の第８実施形態について、流れモードＡとなる条件をまとめると、次のようになる。

Ｈが１４μｍ以下、Ｐが１２μｍ以下、Ｗが１７μｍ以上３０μｍ以下であり、流路の液体の流速は、吐出口からの蒸発速度の９００倍以上である。

または、Ｈが１５μｍ以下、Ｐが７μｍ以下、Ｗが１７μｍ以上３０μｍ以下であり、流路の液体の流速は、吐出口からの蒸発速度の１００倍以上である。

または、Ｈが８μｍ以下、Ｐが８μｍ以下、Ｗが１７μｍ以上３０μｍ以下であり、流路の液体の流速は、吐出口からの蒸発速度の５０倍以上である。

または、Ｈが３μｍ以上６μｍ以下、Ｐが３μｍ以上６μｍ以下、Ｗが１７μｍ以上３０μｍ以下であり、流路の液体の流速は、吐出口からの蒸発速度の２７倍以上である。

ここで、上記液体の流速の規定は、各ヘッド形状範囲における最もモードＡになり難い形状でもモードＡになる範囲であり、各ヘッド形状範囲の他の形状では、それよりも小さい流速でモードＡになる場合もあるということである。

（第９実施形態）
図３９～図４２は、本発明の第９実施形態に係る液体吐出ヘッドについて説明するための図であり、本実施形態は、下記２種類の特性と吐出口を含む流路形状との関係に関するものである。

特性１）インク流の流れモード
特性２）吐出口から吐出される吐出液滴
特に、吐出量Ｖｄが５ｐｌの３種類の以下の吐出口形状を例に上記特性との関係を説明する。
流路形状Ａ）Ｈ＝１４μｍ、Ｐ＝１１μｍ、Ｗ＝１６μｍ（Ｊ＝１．３４）
流路形状Ｂ）Ｈ＝０９μｍ、Ｐ＝１１μｍ、Ｗ＝１８μｍ（Ｊ＝１．７９）
流路形状Ｃ）Ｈ＝１４μｍ、Ｐ＝０６μｍ、Ｗ＝１８μｍ（Ｊ＝２．３０）
ここで、
Ｈ：流路２４内の液体の流れ方向に関する上流側での流路２４の高さ（図２２参照）
Ｐ：吐出口１３から液体が吐出される方向における吐出口部１３ｂの長さ（図２２参照）
Ｗ：流路２４内の液体の流れ方向に関する吐出口部１３ｂの長さ（図２２参照）
Ｚ：吐出口１３部の内接円の有効長さ
ただし、吐出口１３の形状は円形であるため（図２２参照）、吐出口１３部の内接円の有効径ＺとＷは等しい。

また、Ｖｄが５ｐｌを例に取り上げたのは、吐出量が大きい場合、主滴と複滴（以下、サテライトともいう）が複数以上発生し易くなり、これらが画質劣化を招くからである。

図３９（ａ）～（ｃ）は、３つの流路形状Ａ～Ｃの流れモードを示す図であり、図４０は、横軸にＨ、縦軸にＰで吐出量Ｖｄが約５ｐｌ吐出されるように吐出口径を変化させた場合の判定値Ｊの値を示した等高線図である。

流路形状Ａは、判定値Ｊ＝１．３４であり、図３９（ａ）に示すように、流れモードＢを生じる。流路形状ＡのＨとＰを加算した寸法（以下、ＯＨともいう）は２５μｍとなるが、判定値Ｊを増加させるには、ＨもしくはＰを小さくし、ＯＨを低下させる必要がある。ＯＨ＝２０μｍの場合、Ｈのみを小さくした流路形状Ｂは、判定値Ｊ＝１．７９であり、図３９（ｂ）に示すように、流れモードＡを生じる。また、Ｐのみを小さくした流路形状Ｃは、判定値Ｊ＝２．３０であり、図３９（ｃ）に示すように、同様に流れモードＡになる。これに加え、流路形状Ｃは、流路形状Ｂよりも吐出口内部へのインク流の流れが入り込み易く、吐出口部１３ｂの内部のインクの滞留をより抑制することができる。したがって、インク流の流れモードに関して以下の形状が挙げられる。

形状特性（１） 等しいＯＨの場合、Ｐを小さくすることが好ましい（図４０参照）
形状特性（２） ＯＨは低下させることが好ましい（図４０参照）
一方、図４１（ａ）～（ｃ）は、３種類の流路形状Ａ～Ｃそれぞれの吐出液滴を観察した結果を示す図である。図４２は、横軸にＨ、縦軸にＰで、吐出量Ｖｄが約５ｐｌ吐出されるように吐出口径を変化させた場合の気泡が大気と連通する時間（以下、Ｔｔｈともいう）を計算より算出した値を示した等高線図である。

図４１（ａ）および（ｃ）は、吐出液滴が主滴とサテライトの２種類が発生する場合を示している。一方、図４１（ｂ）は、主滴と複数のサテライトが発生する場合を示している。流路形状Ａは、Ｔｔｈ＝５．８ｕｓ、流路形状Ｃは、Ｔｔｈ＝４．５ｕｓであり、これらに対して、流路形状Ｂは、Ｔｔｈ＝３．８ｕｓであり、Ｔｔｈが小さくなる（図４２参照）。一般に、吐出量Ｖｄが本実施形態のような大きい場合、Ｔｔｈが小さいとサテライトが複数発生する。これは、Ｔｔｈが小さい、つまり大気連通が促進されると、細長いテール（尾引き）が発生し易く、テールの不安定化に伴う節が多数発生するためである。その結果、細長いテールは１つに収縮することができず、図４１（ｂ）に示すように、サテライトが複数発生する。従って、サテライトに関して以下の抑制を挙げることができる。
形状特性（３） 等しいＯＨの場合、Ｐを小さくすることが好ましい（図４２参照）
形状特性（４） ＯＨ増加させることが好ましい（図４２参照）

以上より、吐出口部１３ｂ内のインク滞留の抑制に必要な判定値Ｊの増加には、
形状特性Ａ）ＯＨ低下させること、
形状特性Ｂ）等しいＯＨの場合、ＨよりＰを小さくすること、
また、主滴とサテライトの抑制に必要な判定値Ｔｔｈの増加には、
形状特性Ｃ）ＯＨ増加させること、
形状特性Ｄ）等しいＯＨの場合、ＨよりＰを小さくすること、
が挙げられる。形状特性Ａ）と形状特性Ｃ）が相反する特性を示すため、両立解として以下の条件を満足させることが望ましい。
流れモードの判定値Ｊ＞１．７、かつ大気と連通時間の判定値Ｔｔｈ＞４．０μｓ

従って、図４２に示すような範囲にすることが好ましい。ここで、判定値Ｔｔｈが上記条件を満たすとき、図４２に示す線図において判定値Ｔｔｈは、
Ｔｔｈ＝０．３５０×Ｈ＋０．２２７×Ｐ^{―０．１００}×Ｚ
と近似される。上記はＨやＰが小さい場合やＺが増加した場合、Ｔｔｈが小さくなり、サテライトが複数発生し易くなることを示す。特に、ＨはＰの約１．５倍の感度を有するため、等しいＯＨの場合、Ｐを小さくすることがＴｔｈの小化を抑制し、サテライトの発生を抑制できる。従って、上記条件は、次の式で表すことができる。
０．３５０×Ｈ＋０．２２７×Ｐ^{―０．１００}×Ｚ＞４ 式（７）
と表すことができる。

上記成立範囲の吐出口の形状特性とすることにより、吐出量Ｖｄが５ｎｇでの循環効果（吐出口部１３ｂ内のインクの滞留抑制）とサテライトの発生の抑制を満足することが可能になる。

以上説明したように本発明においては、第２実施形態で説明した式（２）を満たすことで、流れモードＡとすることができ、吐出口部１３ｂ内のインクの滞留を抑制することができ、それにより、色材濃度の上昇などを低減することが可能となる。流路２４を流れるインクの流速については、本実施形態で説明した考え方に従い、液体吐出ヘッドが使用される条件、環境等に応じて適宜設定すればよい。

尚、基板に供給流路や流出流路の一部が形成され、これら流路が基板を貫通している例を示したが、これら流路は基板を貫通していなくてもよい。例えば基板上にのみ、これら流路が形成されていてもよい。また、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１０）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ヘッド側の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。

本発明は上記実施の形態に制限されるものではなく、本発明の技術的思想及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。

１３ 吐出口
１３ａ メニスカス（液面）
１３ｂ 吐出口部
１５ エネルギー発生素子
１８ 供給流路
１９ 回収流路
２４ 流路

Claims (10)

1. 液体を吐出するための吐出口と、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流路と、前記吐出口と前記流路とを連通する吐出口部と、前記流路の外部から前記流路の内部に液体を供給するための供給流路と、前記流路の内部から前記流路の外部へ液体を回収するための回収流路と、を備える液体吐出ヘッドであって、
   前記液体を、前記供給流路から前記流路の内部に供給し、前記流路の内部を流し、前記流路の内部から前記回収流路で前記流路の外部に回収することで、前記流路の内部の液体を前記流路の外部との間で循環させることが可能であり、
   前記液体の前記吐出口の開口内の液面は第１の領域と第２の領域とを有し、前記第１の領域における前記液体の粘度は、前記第２の領域における前記液体の粘度よりも１．２倍以上高いことを特徴とする液体吐出ヘッド。
2. 前記液体が前記流路の内部を流れる方向と直交する方向において、前記第１の領域は前記吐出口の端部の側に位置し、前記第２の領域は前記吐出口の中央の側に位置する請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
3. 前記液体の前記吐出口の開口内の液面のうち、前記吐出口の中央の領域における前記液体の粘度をＹとしたとき、前記吐出口の開口内の液面のうち、前記液体の粘度が１．２Ｙ以上となる領域の前記吐出口の開口に対する面積の割合は、２５％以上、７５％以下である請求項１または２に記載の液体吐出ヘッド。
4. 前記流路と前記吐出口部との連通部の、前記流路内の液体の流れ方向に関する上流側での前記流路の高さを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、前記流路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
   を満たす請求項１乃至３のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
5. 前記流路と前記吐出口部との連通部の、前記流路内の液体の流れ方向に関する上流側での前記流路の高さを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、前記流路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
   を満たす請求項１乃至３のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
6. 前記供給流路から前記流路の内部に供給される前記液体の水分量が６５ｗｔ％以下である請求項１乃至５のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
7. 前記液体の固形分量が１０ｗｔ％以上である請求項１乃至６のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
8. 前記液体は自己分散顔料を含む請求項１乃至７のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
9. 前記液体を温調する請求項１乃至８のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
10. 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を有することを特徴とする液体吐出装置。

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