(57)【要約】【課題】液体の吐出状態を安定させつつ、液体を効率よく吐出させること。【解決手段】吐出口１３からインクを吐出させるために、発熱素子１５によってインクを０．５マイクロ秒以下の時間加熱して、発熱素子１５の少なくとも一部が吐出口１３を通して大気に曝されるように、吐出口１３を通して大気に連通する気泡２４を発生させる。【選択図】図１８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を加熱する加熱面と、前記加熱面に対応する吐出口と、を備える液体吐出ヘッドを用い、前記加熱面により液体を加熱して、前記加熱面の少なくとも一部が前記吐出口を通して大気に曝されるように、前記吐出口を通して大気に連通する気泡を発生させることにより、前記吐出口から液体を吐出させる液体吐出方法であって、
前記吐出口から液体を吐出させるために、前記加熱面によって液体を０．５マイクロ秒以下の時間加熱して、前記加熱面の少なくとも一部が前記吐出口を通して大気に曝されるように、前記吐出口を通して大気に連通する気泡を発生させることを特徴とする液体吐出方法。
【請求項２】
液体を加熱する加熱面と、前記加熱面に対応する吐出口と、を備える液体吐出ヘッドを用い、前記加熱面により液体を加熱して、前記加熱面の少なくとも一部が前記吐出口を通して大気に曝されるように、前記吐出口を通して大気に連通する気泡を発生させることにより、前記吐出口から液体を吐出させる液体吐出方法であって、
前記吐出口から液体を吐出させるために、前記加熱面によって液体を８×１０8Ｗ／ｍ2以上の熱流速で加熱して、前記加熱面の少なくとも一部が前記吐出口を通して大気に曝されるように、前記吐出口を通して大気に連通する気泡を発生させることを特徴とする液体吐出方法。
【請求項３】
前記吐出口から液体を吐出させる過程において、前記加熱面の中央部に前記吐出口から吐出される液体の一部を残留させ、かつ前記中央部の外側に位置する前記加熱面の周部を外気に曝すことを特徴とする請求項１または２に記載の液体吐出方法。
【請求項４】
前記吐出口から液体を吐出させた後に、前記加熱面の前記中央部に残留する液体と、前記加熱面の前記周部から前記中央部に向かって充填される液体と、を前記加熱面の上において合流させることを特徴とする請求項３に記載の液体吐出方法。
【請求項５】
前記加熱面の平面形状がアスペクト比が１．５以下の長方形であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の液体吐出方法。
【請求項６】
前記吐出口から液体を吐出させるための前記加熱面による液体の加熱を複数回に分け、
前記複数回の加熱の時間の合計が０．５マイクロ秒以下であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の液体吐出方法。
【請求項７】
前記加熱面が設けられる基板と、前記吐出口の外側開口部と、の間の距離が１５μｍ未満であることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の液体吐出方法。
【請求項８】
前記吐出口の直径が前記加熱面の長辺よりも長いことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の液体吐出方法。
【請求項９】
液体を加熱する加熱面と、前記加熱面に対応する吐出口と、を備える液体吐出ヘッドを用い、前記加熱面により液体を加熱して、前記加熱面の少なくとも一部が前記吐出口を通して大気に曝されるように、前記吐出口を通して大気に連通する気泡を発生させることにより、前記吐出口から液体を吐出させる液体吐出装置であって、
前記吐出口から液体を吐出させるために、前記加熱面によって液体を０．５マイクロ秒以下の時間加熱して、前記加熱面の少なくとも一部が前記吐出口を通して大気に曝されるように、前記吐出口を通して大気に連通する気泡を発生させる制御部を備えることを特徴とする液体吐出装置。
【請求項１０】
液体を加熱する加熱面と、前記加熱面に対応する吐出口と、を備える液体吐出ヘッドを用い、前記加熱面により液体を加熱して、前記加熱面の少なくとも一部が前記吐出口を通して大気に曝されるように、前記吐出口を通して大気に連通する気泡を発生させることにより、前記吐出口から液体を吐出させる液体吐出装置であって、
前記吐出口から液体を吐出させるために、前記加熱面によって液体を８×１０8Ｗ／ｍ2以上の熱流速で加熱して、前記加熱面の少なくとも一部が前記吐出口を通して大気に曝されるように、前記吐出口を通して大気に連通する気泡を発生させる制御部を備えることを特徴とする液体吐出装置。
【請求項１１】
液体を加熱する加熱面と、前記加熱面に対応する吐出口と、を備え、前記加熱面によって液体が０．５マイクロ秒以下の時間加熱されて、前記加熱面の少なくとも一部が前記吐出口を通して大気に曝されるように、前記吐出口を通して大気に連通する気泡が発生されることにより、前記吐出口から液体を吐出する液体吐出ヘッドであって、
前記加熱面の平面形状がアスペクト比が１．５以下の長方形であり、
前記加熱面が設けられる基板と、前記吐出口の外側開口部と、の間の距離が１５μｍ未満であり、
前記吐出口の直径が前記加熱面の長辺よりも長いことを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項１２】
液体を加熱する加熱面と、前記加熱面に対応する吐出口と、を備え、前記加熱面によって液体が８×１０8Ｗ／ｍ2以上の熱流束で加熱されて、前記加熱面の少なくとも一部が前記吐出口を通して大気に曝されるように、前記吐出口を通して大気に連通する気泡が発生されことにより、前記吐出口から液体を吐出する液体吐出ヘッドであって、
前記加熱面の平面形状がアスペクト比が１．５以下の長方形であり、
前記加熱面が設けられる基板と、前記吐出口の外側開口部と、の間の距離が１５μｍ未満であり、
前記吐出口の直径が前記加熱面の長辺よりも長いことを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項１３】
前記加熱面は、電気熱変換素子によって形成されることを特徴とする請求項１１または１２に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項１４】
前記電気熱変換素子を内部に備える圧力室を備え、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ることを特徴とする請求項１３に記載の液体吐出ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクなどを含む種々の液体を吐出するための液体吐出方法、液体吐出装置、および液体吐出ヘッドに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
記録ヘッドの吐出口からインクを吐出して画像を記録するインクジェット記録装置においては、記録ヘッドから吐出されるインクの主滴と共に、サテライトと称される小さな副滴が生じる場合がある。このサテライトは、画像の記録品位の低下を招くと共に、記録装置の内部に付着して動作不良を起こすおそれがある。
【０００３】
特許文献１には、このようなサテライトの発生を抑制するために、インク流路の高さと吐出口の深さを設定する方法が記載されている。具体的には、インク流路の高さを概ね７．５μｍ以下とし、かつ吐出口の深さを１０μｍ以下とする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１１／０２０５３０３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１のようにインク流路の高さおよび吐出口の深さを小さくした場合には、インクの吐出が不安定となることを新たに見出した。具体的には、同一の吐出口からインクを吐出させる吐出動作を複数回繰り返した場合、それらの吐出動作毎に、インクの吐出速度にバラ付きが生じる。そのバラ付きは、特に、吐出動作の繰り返しの周期が短いとき、つまり記録ヘッドの駆動周波数が高いときに生じやすいことを見出した。このようなインクの吐出状態の不安定は、画像の記録品位の低下を招く。
【０００６】
一方、吐出動作の繰り返しの周期を長くした場合、つまり記録ヘッドの駆動周波数を低くした場合には、インクの吐出状態は安定するものの、記録装置としての生産性が低下する。
【０００７】
本発明の目的は、液体の吐出状態を安定させつつ、液体を効率よく吐出することができる液体吐出方法、液体吐出装置、および液体吐出ヘッドを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の液体吐出方法は、液体を加熱する加熱面と、前記加熱面に対応する吐出口と、を備える液体吐出ヘッドを用い、前記加熱面により液体を加熱して、前記加熱面の少なくとも一部が前記吐出口を通して大気に曝されるように、前記吐出口を通して大気に連通する気泡を発生させることにより、前記吐出口から液体を吐出させる液体吐出方法であって、前記吐出口から液体を吐出させるために、前記加熱面によって液体を０．５マイクロ秒以下の時間加熱して、前記加熱面の少なくとも一部が前記吐出口を通して大気に曝されるように、前記吐出口を通して大気に連通する気泡を発生させることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、液体の加熱条件を特定することにより、液体の吐出状態を安定させつつ、液体を効率よく吐出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１の実施形態における液体吐出装置の要部の斜視図である。
【図２】液体の循環経路の第１の形態の説明図である。
【図３】液体の循環経路の第２の形態の説明図である。
【図４】図１における液体吐出ヘッドの斜視図である。
【図５】図１における液体吐出ヘッドの分解斜視図である。
【図６】図５における流路部材の説明図である。
【図７】流路部材によって形成される流路の説明図である。
【図８】図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿う断面図である。
【図９】図８における素子基板の斜視図である。
【図１０】素子基板の平面図である。
【図１１】（ａ）は図１０のＸｉａ部の拡大図、（ｂ）は素子基板の詳細図の底面図である。
【図１２】図１０のＸＩＩ−ＸＩＩ線に沿う断面図である。
【図１３】２つの発熱素子の隣接部の拡大図である。
【図１４】素子基板における吐出口部分の拡大図である。
【図１５】液体の基本的な吐出動作の説明図である。
【図１６】液体の再充填動作の説明図である。
【図１７】液体の吐出動作の比較例の説明図である。
【図１８】液体の吐出動作の説明図である。
【図１９】液体の吐出速度の変化の説明図である。
【図２０】液体の加熱時間と、液体の吐出速度の標準偏差と、の関係の説明図である。
【図２１】本発明の第２の実施形態における駆動パルスの説明図である。
【図２２】本発明の第３の実施形態におけるアスペクト比と液体の発泡との関係の説明図である。
【図２３】アスペクト比と、液体の吐出速度の標準偏差と、の関係の説明図である。
【図２４】本発明の第４の実施形態における吐出口の大きさと液体の発泡との関係の説明図である。
【図２５】図１の液体吐出装置の制御系のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を用いて本発明の実施形態について説明する。以下の実施形態は、インクジェット記録装置（液体吐出装置）としての適用例であり、インク（液体）のタンクと、インクジェット記録ヘッド（液体吐出ヘッド）と、の間においてインクを循環させる循環経路を備える。しかし、本発明は、このような形態のみに特定されない。例えば、インクを循環せずに、記録ヘッドにおけるインクの供給方向の上流側と下流側のそれぞれにタンクを備え、一方のタンクから他方のタンクへインクを流すことによって、記録ヘッドの圧力室内にインクを流動させるような形態であってもよい。
【００１２】
また、以下の実施形態における記録ヘッドは、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である。しかし、本発明は、走査方向に移動しつつインクを吐出することによって記録媒体に画像を記録する、所謂シリアル型の記録ヘッドに対しても適用可能である。シリアル型の記録ヘッドとしては、例えば、ブラックインク用の素子基板と、カラーインク用の素子基板と、を１つずつ搭載した構成が挙げられる。しかし、このような構成に限定されず、例えば、記録ヘッドに複数の素子基板を搭載し、それらの素子基板を吐出口の列方向に並べ、かつ互いに隣接する素子基板の吐出口をオーバーラップさせるように配置してもよい。このような素子基板の配置により、記録媒体の幅よりも短い短尺のライン型ヘッドを構成して、それを走査方向に移動させるようにしてもよい。
【００１３】
（第１の実施形態）
図１から図１８は、本発明の第１の実施形態の説明図である。図１は、本実施形態におけるインクジェット記録装置（液体吐出装置）１０００の概略構成の説明図である。
【００１４】
記録装置１０００は、記録媒体２を矢印Ｙの搬送方向に搬送する搬送部１、搬送方向Ｙと交差（本例お場合は、略直交）する方向に延在するライン型のインクジェット記録ヘッド（液体吐出ヘッド）３と、を備えるライン型の記録装置である。この記録装置１０００は、記録媒体２を連続的もしくは間欠的に搬送しながら、液体吐出ヘッド（以下、「吐出ヘッド」ともいう）３からインク（液体）を吐出することによって、記録媒体２に連続的に画像を記録する。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。吐出ヘッド３は、複数の吐出口からシアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）、ブラック（Ｋ）のインクを吐出することによってフルカラーの画像が記録可能である。後述するように、吐出ヘッド３に対しては、メインタンクおよびバッファタンクを含むインク供給路が流体的に接続され、また電力および制御信号を伝送する制御部が電気的に接続される。
【００１５】
インク供給路はインクの循環経路を含み、その循環経路としては、第１の形態または第２の形態のものが適用可能である。以下、第１の形態としての第１の循環経路と、第２の形態としての第２の循環経路と、を分けて説明する。
【００１６】
（第１の循環経路）
図２は、第１の循環経路の模式図であり、吐出ヘッド３には、高圧側の第１循環ポンプ１００１、低圧側の第１循環ポンプ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。図２では、説明を簡略化するために、１色のインクに対応する循環経路のみを示す。実際には、Ｃ，Ｍ，Ｙ，Ｋの４色分のインクの循環経路が吐出ヘッド３に接続される。サブタンクとしてのバッファタンク１００３は、その内部と外部とを連通する大気連通口（不図示）を通して、インク中の気泡を外部に排出可能である。バッファタンク１００３は、補充ポンプ１００５を介してメインタンク１００６に接続される。補充ポンプ１００５は、吐出ヘッド３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。吐出ヘッド３は、吐出口からインクを吐出する記録動作、および吐出口からインクを吸引排出する吸引回復処理などによって、インクを消費する。
【００１７】
２つの第１循環ポンプ１００１，１００２は、吐出ヘッド３の接続部１１１Ｂ，１１１Ｃからインクを吸引してバッファタンク１００３へ送る。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。例えば、一般的な定流量弁あるいはリリーフ弁をポンプの出口に配して、一定流量を確保する形態であってもよい。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によって、吐出ヘッド３を構成する液体吐出ユニット３００内の共通供給流路２１１および共通回収流路２１２内に、一定量のインクが流れる。この流量は、液体吐出ユニット（以下、「吐出ユニット」ともいう）３００に備わる複数の素子基板１０間の温度差を所定範囲内に抑える程度に設定する。素子基板１０には、複数の吐出口と、それらの吐出口からインクを吐出させるための吐出エネルギー発生素子（電気熱変換素子（ヒータ）またはピエゾ素子など）と、が備えられている。共通供給流路２１１および共通回収流路２１２内にインクが流れることにより、吐出エネルギー発生素子の発熱により昇温する素子基板１０が冷却されて、記録画質に影響しない程度に、素子基板１０間の温度差が所定範囲内に抑えられる。それらの流路２１１および２１２内のインク流量が多過ぎた場合には、それらの流路の圧損の影響により、それぞれの素子基板１０におけるインク負圧の差が大きくなって、記録画像の濃度ムラが生じるおそれがある。そのため、素子基板１０間の温度差と負圧差を考慮して、インクの流量を設定する。
【００１８】
第２循環ポンプ１００４と、吐出ヘッド３を構成する吐出ユニット３００と、の間には、負圧制御ユニット２３０が備えられている。負圧制御ユニット２３０は、記録デューティーに応じてインク循環系におけるインク流量が変動した場合に、負圧制御ユニット２３０よりも下流側（吐出ユニット３００側）のインク圧を予め設定した一定圧力に維持するように機能する。負圧制御ユニット２３０を構成する２つの圧力調整機構２３０Ａ，２３０Ｂは、それらよりも下流側の圧力を、所望の設定圧を中心として一定の範囲内に制御できる構成であればよい。一例としては、いわゆる「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のように、吐出ヘッド３を構成する液体供給ユニット２２０の接続部１１１Ａに接続される第２循環ポンプ１００４によって、負圧制御ユニット２３０の上流側のインクを加圧することが好ましい。このような構成により、バッファタンク１００３が吐出ヘッド３に及ぼす水頭圧の影響を抑制して、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。接続部１１１Ａと負圧制御ユニット２３０との間にはフィルタ２２１が配備されている。
【００１９】
第２循環ポンプ１００４としては、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、ターボ型ポンプあるいは容積型ポンプなどを使用することができる。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に対して所定の水頭差をもって配置された水頭タンクも適用可能である。
【００２０】
負圧制御ユニット２３０における２つの負圧調整機構２３０Ａ，２３０Ｂには、互いに異なる制御圧が設定されている。相対的に高圧が設定される負圧調整機構２３０Ａは、液体供給ユニット（以下、「供給ユニット」ともいう）２２０内を経由して、吐出ユニット３００内の共通供給流路２１１に接続される。一方、相対的に低圧が設定される負圧調整機構２３０Ｂは、供給ユニット２２０内を経由して、吐出ユニット３００内の共通回収流路２１２に接続される。吐出ユニット３００には、素子基板１０を通して共通供給流路２１１と共通回収流路２１２とを連通する個別供給流路２１３および個別回収流路２１４が形成されている。すなわち、共通供給流路２１１と素子基板１０との間が個別供給流路２１３によって連通され、共通回収流路２１２と素子基板１０との間が個別回収流路２１４によって連通される。共通供給流路２１１には高圧側の圧力調整機構２３０Ａが接続され、共通回収流路２１２には低圧側の圧力調整機構２３０Ｂが接続されているため、それらの流路２１１，２１２間に差圧が生じる。したがって、共通供給流路２１１内のインクは、図２中の矢印Ｂのように、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。
【００２１】
吐出ユニット３００において、インクが共通供給流路２１１および共通回収流路２１２内を矢印Ｃ１，Ｄ１方向に流れつつ、一部のインクが素子基板１０内を矢印Ｂ方向に流れる。したがって、このようなインクの流れによって、それぞれの素子基板１０で発生する熱を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、吐出ヘッド３がインクを吐出する記録動作時に、インクを吐出していない吐出口、および、その吐出口に連通する圧力室においてもインクの流れを生じさせて、それらの吐出口および圧力室におけるインクの増粘を抑制することができる。また、このようなインクの流れにより、増粘したインクおよびインク中の異物を共通回収流路２１２へ排出することができる。これらの結果、吐出ヘッド３は、高画質な画像を高速記録することができる。
【００２２】
（第２の循環経路）
図３は、第１の循環経路とは異なる形態の第２の循環経路の模式図である。第２の循環経路において、負圧制御ユニット２３０を構成する２つの圧力調整機構２３０Ａ，２３０Ｂは、それら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に制御する。そのため、これらの機構２３０Ａ，２３０Ｂとして、いわゆる「背圧レギュレーター」と同様の構成を採用することができる。また、第２循環ポンプ１００４は、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。また、高圧側の第１循環ポンプ１００１および低圧側の第１循環ポンプ（低圧側）が吐出ヘッド３の上流側に配置され、負圧制御ユニット２３０が吐出ヘッド３の下流側に配置されている。
【００２３】
第２の循環経路における負圧制御ユニット２３０は、記録デューティーに応じてインク循環系におけるインク流量が変動した場合に、負圧制御ユニット２３０よりも上流側（吐出ユニット３００側）のインク圧を予め設定した一定圧力に維持するように機能する。図３のように、第２循環ポンプ１００４により、供給ユニット２２０を介して、負圧制御ユニット２３０の下流側を加圧することが好ましい。このような構成により、バッファタンク１００３が吐出ヘッド３に及ぼす水頭圧の影響を抑制して、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も適用可能である。
【００２４】
第１の循環経路と同様に、負圧制御ユニット２３０における２つの負圧調整機構２３０Ａ，２３０Ｂには、互いに異なる制御圧が設定されている。相対的に高圧が設定される負圧調整機構２３０Ａは、供給ユニット２２０内を経由して、吐出ユニット３００内の共通供給流路２１１に接続される。一方、相対的に低圧が設定される負圧調整機構２３０Ｂは、供給ユニット２２０内を経由して、吐出ユニット３００内の共通回収流路２１２に接続される。これらの負圧調整機構２３０Ａ，２３０Ｂによって、共通供給流路２１１の圧力を共通回収流路２１２の圧力よりも高くする。これにより、吐出ユニット３００において、インクが共通供給流路２１１および共通回収流路２１２内を矢印Ｃ２，Ｄ２方向に流れつつ、一部のインクが素子基板１０内を矢印Ｂ方向に流れる。
【００２５】
（第１および第２循環経路の比較）
第２の循環経路では、吐出ユニット３００内に第１の循環経路と同様のインク流れが生じる。しかし、第２の循環経路においては、第１の循環経路とは異なる２つの利点がある。
【００２６】
第１の利点は、第２の循環経路では、負圧制御ユニット２３０が吐出ヘッド３の下流側に配置されているため、負圧制御ユニット２３０から発生するゴミや異物が吐出ヘッド３へ流入する可能性が低いことである。第２の利点は、第２の循環経路では、バッファタンク１００３から吐出ヘッド３へ供給するインクの必要流量の最大値が、第１の循環経路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。
【００２７】
記録動作の待機時（記録待機時）にインクが循環している場合、共通供給流路２１１および共通回収流路２１２内を流れるインクの流量の合計をＡとする。この流量Ａは、記録待機中に吐出ヘッド３の温度調整を行う場合に、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インク流量として定義される。また、吐出ユニット３００の全ての吐出口からインクを吐出する場合（全吐出時）のインクの吐出量をＦと定義する。図２の第１循環経路の場合では、高圧側の第１循環ポンプ１００１および低圧側の第１循環ポンプ１００２におけるインクの設定流量がＡとなるため、全吐出吐時に必要な吐出ヘッド３へのインク供給量の最大値は（Ａ＋Ｆ）となる。
【００２８】
一方、図３の第２循環経路の場合は、記録待機時に必要な吐出ヘッド３へのインク供給量はＡであり、全吐出時に必要な吐出ヘッド３への供給量の最大値はＦとなる。第２の循環経路において、高圧側の第１循環ポンプ１００１および低圧側の第１循環ポンプ１００２におけるインクの設定流量の合計値、すなわちインクの必要供給流量の最大値は、ＡまたはＦの大きい方となる。したがって、同一構成の吐出ユニット３００を使用した場合、第２循環経路におけるインクの必要供給量の最大値（ＡまたはＦ）は、第１循環経路におけるインクの必要供給流量の最大値（Ａ＋Ｆ）よりも小さくなる。そのため、第２の循環経路の場合には、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、記録装置本体側のインク流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る。したがって、第２の循環経路の場合には、記録装置本体のコストを低減することができる。このような利点は、ライン型の吐出ヘッド（ラインヘッド）においてインクの流量ＡまたはＦが大きくなる程、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程、有益である。
【００２９】
しかしながら、第１循環経路の方が第２循環経路よりも有利な点もある。すなわち、第２の循環経路では、記録待機時に吐出ユニット３００内を流れるインクの流量が最大であるため、記録デューティーが低くなる程、吐出口を含む流路によって構成されるノズルに、インクの高い負圧が印加される状態となる。特に、共通供給流路２１１および共通回収流路２１２の流路幅（インクの流れ方向と直交する方向の長さ）を小さくして、吐出ヘッド３の幅（吐出ヘッドの短手方向の長さ）を小さくした場合に、ノズルにインクの高い負圧が印加される。記録デューティーが低くて、濃度ムラが生じやすい画像を記録するときに、ノズルにインクの高い負圧が印加されため、ノズルからインクの主滴と共に、記録画像の品位の低下を招くサテライト滴（副滴）が発生しやすくなる。一方、第１の循環経路の場合は、記録デューティーの高い画像の記録時に、インクの高い負圧がノズルに印加されるため、仮に、そのときにサテライトが発生しても視認されにくく、画像への影響が小さい。第１および第２の循環経路は、吐出ヘッドおよび記録装置本体の仕様（インクの吐出量Ｆ、最小循環流量Ａ、および吐出ヘッド内の流路抵抗）に照らして、好ましい方を選択することができる。
【００３０】
（吐出ヘッドの構成）
図４（ａ），（ｂ）は、本実施形態における吐出ヘッド３の斜視図である。１つの素子基板１０には、Ｃ，Ｍ，Ｙ，Ｋの４色のインクを吐出可能な複数の吐出口が配列されており、この素子基板１０が直線上に１５個配列（インラインに配置）されることによって、ライン型の吐出ヘッド３が構成されている。図４（ａ）のように、素子基板１０のそれぞれには、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、信号入力端子９１および電力供給端子９２が電気的に接続される。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ており、吐出駆動信号およびインクの吐出に必要な電力を素子基板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により、信号入力端子９１および電力供給端子９２の数を素子基板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に対して吐出ヘッド３を組み付ける時、または吐出ヘッド３の交換時に、取り外しが必要な電気接続部の数が少なくて済む。図４（ｂ）のように、吐出ヘッド３の両端部に設けられた接続部１１１（接続部１１１Ａ，１１１Ｂ，１１１Ｃを含む）は、図２または図３のように、記録装置１０００のインク供給系に接続される。前述したように、Ｃ，Ｍ，Ｙ，Ｋの４色のインクが記録装置１０００から吐出ヘッド３に供給され、吐出ヘッド３内を通ったインクが記録装置１０００へ回収される。このように各色のインクは、記録装置１０００の経路と吐出ヘッド３の経路を通して循環される。
【００３１】
図５は、吐出ヘッド３の分解斜視図である。筐体８０に、吐出ユニット３００、２つの供給ユニット２２０、および電気配線基板９０が取り付けられている。供給ユニット２２０には接続部１１１が設けられ、また供給ユニット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のインク色毎のフィルタ２２１（図２および図３参照）が設けられている。２つの供給ユニット２２０のそれぞれには、２色のインクに対応するフィルタ２２１が設けられている。フィルタ２２１を通過した各色のインクは、それぞれ対応する供給ユニット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、各インク色に対応するように４つ配備されている。負圧制御ユニット２３０は圧力調整弁を含むユニットであり、内部に備わる弁およびバネ部材などによって、インク流量の変動に伴って生じる記録装置１０００のインク供給系内の圧損変化を大幅に減衰させる。これにより、例えば、図２の第１の循環経路の場合には、吐出ヘッド３の上流側のインク供給系内の圧損変化を減衰させて、負圧制御ユニット２３０よりも下流側（吐出ユニット３００側）におけるインクの負圧の変化を一定範囲内に安定化させる。負圧制御ユニット２３０内には２つの負圧調整機構２３０Ａ，２３０Ｂが内蔵されており、高圧側の負圧調整機構２３０Ａは、供給ユニット２２０を介して共通供給流路２１１に接続される。また、低圧側の負圧調整機構２３０Ｂは、供給ユニット２２０を介して共通回収流路２１２に接続される。
【００３２】
筐体８０は吐出ユニット支持部８１および電気配線基板支持部８２を含み、それらは、吐出ユニット３００および電気配線基板９０をそれぞれ支持すると共に、吐出ヘッド３の剛性を確保する。支持部８２は支持部８１にネジによって固定され。支持部８１は、吐出ユニット３００の反りや変形を矯正して、複数の素子基板１０の相対的な位置精度を確保することにより、記録画像におけるスジおよび濃度ムラの発生を抑制する。そのため、支持部８１は十分な剛性を有することが好ましく、その材質としては、ＳＵＳおよび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。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。供給ユニット２２０から供給されるインクは、ジョイントゴム内の流路を介して、吐出ユニット３００を構成する第３流路部材７０へ導かれる。
【００３３】
吐出ユニット３００は、複数の吐出モジュール２００および流路部材２１０を含み、記録媒体と対向する吐出ユニット３００の面にはカバー部材１３０が取り付けられる。カバー部材１３０は、図５のように、長尺の開口１３１が設けられた額縁状の部材であり、開口１３１からは、吐出モジュール２００に備わる素子基板１０および封止材１１０（図９参照）が露出する。開口１３１の周囲の枠部は、記録待機時に吐出ヘッド３をキャッピングするキャップ部材が当接する当接面を形成する。したがって、開口１３１の周囲に沿って接着剤、封止材、または充填材等を塗布して、吐出ユニット３００の吐出口面（吐出口の形成面）上の凹凸および隙間を埋めることにより、キャッピング時のキャップ部材の内部に、閉空間を好ましく形成することができる。
【００３４】
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、供給ユニット２２０から供給されたインクを吐出モジュール２００へ分配し、また吐出モジュール２００から環流するインクを供給ユニット２２０へ戻す。流路部材２１０は、ネジによって支持部８１に固定されることにより反りや変形が抑制される。
【００３５】
図６は、流路部材２１０を構成する第１，第２，第３流路部材５０，６０，７０の説明図である。図６（ａ）および（ｂ）は、それぞれ、第１流路部材５０の図５中下側の面（吐出モジュール２００が搭載される側の面）および図５中上側の面を示す。また、図６（ｃ）および（ｄ）は、それぞれ、第２流路部材６０の図５中下側の面および図５中上側の面を示す。また、図６（ｅ）および（ｆ）は、それぞれ、第３流路部材７０の図５中下側の面、および図５中上側の面（支持部８１と接する側の面）を示す。第１流路部材５０と第２流路部材６０は、それらの図６（ｂ），（ｃ）の面が対向するように接合され、第２流路部材と第３流路部材は、それらの図６（ｄ），（ｅ）の面が対向するように接合される。
【００３６】
第２流路部材６０と第３流路部材７０とが接合されことにより、それらの接合面に形成されている共通流路溝６２，７１によって、流路部材２１０の長手方向に延在する８つの共通流路が形成される。後述するように、これら８つの共通流路によって、インク色毎の共通供給流路２１１と共通回収流路２１２とが形成される。第３流路部材７０の連通口７２は、ジョイントゴム１００内の流路を通して、供給ユニット２２０と流体的に流通される。第２流路部材６０の共通流路溝６２の底面には、図６（ｃ）のように、第１流路部材５０の個別流路溝５２の一端部に連通する複数の連通口６１が形成されている。第１流路部材５０の個別流路溝５２の他端部には、図６（ａ）のように連通口５１が形成されており、個別流路溝５２は、連通口５１を通して複数の吐出モジュール２００と流体的に連通される。この個別流路溝５２により、流路部材２１０の中央側へ流路を集約することが可能となる。
【００３７】
流路部材５０，６０，７０は、インクに対して耐腐食性を有し、かつ線膨張率の低い材質であることが好ましい。その材質としては、例えば、アルミナまたは複合材料（樹脂材料）を用いることができる。その複合材料としては、ＬＣＰ（液晶ポリマー）、ＰＰＳ（ポリフェニルサルファイド）、またはＰＳＦ（ポリサルフォン）を母材として、シリカ微粒子またはファイバーなどの無機フィラーを添加したものを好適に用いることができる。流路部材２１０の形成方法は、３つの流路部材５０，６０，７０を積層させて互いに接着させる方法であってもよく、また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。
【００３８】
図７は、第３流路部材５０，６０，７０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の図５中下側（吐出モジュール２００が搭載される面側）から見た一部拡大の透視図である。
【００３９】
流路部材２１０には、吐出ヘッド３の長手方向に延在するインク色毎の共通供給流路２１１（２１１ａ，２１１ｂ，２１１ｃ，２１１ｄ）、および共通回収流路２１２（２１２ａ，２１２ｂ，２１２ｃ，２１２ｄ）が形成されている。インク色毎の共通供給流路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２１３（２１３ａ，２１３ｂ，２１３ｃ，２１３ｄ）が連通口６１を介して接続される。また、インク色毎の共通回収流路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を介して接続される。このような流路構成により、インク色毎の共通供給流路２１１から個別供給流路２１３を介して、流路部材２１０の中央部に位置する素子基板１０にインクを供給することができる。また、素子基板１０から個別回収流路２１４を介して、共通回収流路２１２にインクを回収することができる。
【００４０】
図８は、図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿う断面図である。図８において、個別回収流路２１４ａおよび２１４ｃは、連通口５１を通して吐出モジュール２００と連通する。図８の断面では、個別回収流路２１４ａおよび２１４ｃのみが表されるが、別の断面においては、連通口５１を介して吐出モジュール２００に連通する個別供給流路２１３が表される。吐出モジュール２００に含まれる支持部材３０および素子基板１０には、第１流路部材５０から供給されるインクを素子基板１０の圧力室２３（図１１（ａ）参照）内に供給するための流路が形成されている。さらに、それらの支持部材３０および素子基板１０には、圧力室２３内に供給されたインクの一部または全部を第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。
【００４１】
インク色毎の共通供給流路２１１は、供給ユニット２２０を介して、対応する負圧制御ユニット２３０における高圧側の圧力調整機構２３０Ａに接続される。また、インク色毎の共通回収流路２１２は、供給ユニット２２０を介して、対応する負圧制御ユニット２３０における低圧側の圧力調整機構２３０Ｂに接続される。負圧制御ユニット２３０は、前述したように、共通供給流路２１１と共通回収流路２１２との間に差圧（圧力差）を生じさせる。このような流路構成により、それぞれのインクは、共通供給流路２１１から個別供給流路２１３、素子基板１０、個別回収流路２１４、および共通回収流路２１２へと順に流れる。
【００４２】
（吐出モジュール）
図９（ａ）は、１つの吐出モジュール２００の斜視図、図９（ｂ）は、その分解図である。吐出モジュール２００の製造に際しては、まず、液体連通口３１が予め設けられた支持部材３０上に、後述する素子基板１０およびフレキシブル配線基板４０を接着する。その後、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的に接続してから、ワイヤーボンディング部（電気接続部）を封止材１１０により覆って封止する。フレキシブル配線基板４０において、端子４１の反対側の端子４２は、電気配線基板９０の接続端子９３（図５参照）と電気的に接続される。支持部材３０は、素子基板１０を支持する支持体であると共に、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もあるため、平面度が高く、また十分に高い信頼性をもって素子基板１０と接合できる部材であることが好ましい。その材質としては、例えばアルミナや樹脂材料が好ましい。
【００４３】
（素子基板）
図１０は、素子基板１０を吐出口１３側から見た平面図、図１１（ａ）は、図１０のＸａ部分の拡大図、図１１（ｂ）は、素子基板１０を吐出口１３とは反対側から見た図である。図１０のように、素子基板１０の吐出口形成部材１２には複数の吐出口１３が形成されており、それらの吐出口１３によって、インク色毎に対応する４つ吐出口列Ｌが形成される。以降、複数の吐出口１３が配列される吐出口列Ｌの延在方向を「吐出口列方向」ともいう。
【００４４】
吐出口１３と対応する位置には、インクを吐出させるために、電気熱変換素子（発熱素子；ヒータ）またはピエゾ素子などの吐出エネルギー発生素子が配備される。本例においては、吐出エネルギー発生素子として発熱素子１５が備えられており、その発熱素子１５は、インクによって画像を記録するための記録素子として機能する。発熱素子１５は、素子基板１０の基板１１（図１４（ｂ）参照）に設けられていて、インクを加熱するための加熱面を形成する。素子基板１０には、発熱素子１５を内部に備える圧力室２３が流路壁２２によって区画されている。発熱素子１５は、素子基板１０に設けられる電気配線（不図示）によって、図１０の端子１６と電気的に接続されている。発熱素子１５は、記録装置１０００の制御回路から、電気配線基板９０（図５参照）およびフレキシブル配線基板４０（図９参照）を介して入力されるパルス信号に基づいて、発熱してインクを発泡させる。その発泡エネルギーによって、吐出口１３からインクが吐出される。図１１（ａ）のように、吐出口列Ｌの一方側および他方側のそれぞれには、吐出口列Ｌに沿って延在する供給路１８および回収路１９が形成されている。これらの供給路１８および回収路１９は、それぞれ供給口１７ａおよび回収口１７ｂを通して吐出口１３と連通する。
【００４５】
図１１（ｂ）のように、素子基板１０には、吐出口１３が形成される面とは反対側の面にシート状の蓋部材２０が積層されており、その蓋部材２０には、供給路１８および回収路１９に連通する開口２１が複数形成されている。本例の蓋部材２０には、１つの供給路１８に対して３つの開口２１が形成され、かつ１つの回収路１９に対して２つの開口２１が形成されている。これらの開口２１は、図６（ａ）のように、それらに対応する連通口５１と連通する。
【００４６】
蓋部材２０は、素子基板１０の基板１１に形成される供給路１８および回収路１９の壁の一部を形成する蓋として機能する（図１２参照）。蓋部材２０は、インクに対して十分な耐食性を有していることが好ましく、また、インクの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要求される。そのため蓋部材２０の材質として、感光性樹脂材料またはシリコン板を用いて、フォトリソプロセスによって開口２１を形成することが好ましい。蓋部材２０の開口２１によって、供給路１８と連通口５１との間のピッチ、および回収路１９と連通口５１との間のピッチが設定される。そのため、圧力損失を考慮して、蓋部材２０の厚みを薄くすることが望ましく、例えば、フィルム状の部材によって構成することが望ましい。
【００４７】
図１２は、図１０におけるＸＩＩ−ＸＩＩ線に沿って断面した素子基板１０の斜視図である。素子基板１０においては、シリコン（Ｓｉ）により形成された基板１１と、感光性の樹脂により形成された吐出口形成部材１２と、が積層され、基板１１の裏面には蓋部材２０が接合される。基板１１の一方の面側には発熱素子１５が形成されており、その他方の面側には、供給路１８および回収路１９を構成するための溝が吐出口列Ｌに沿って形成されている。基板１１と蓋部材２０とによって形成される供給路１８および回収路１９は、それぞれ、流路部材２１０内の共通供給流路２１１および共通回収流路２１２に接続され、これにより供給路１８と回収路１９との間に差圧が生じる。吐出ヘッド３の吐出口１３からインクを吐出する記録動作時に、インクを吐出しない吐出口１３においては、供給路１８と回収路１９との間に差圧によって、図１２中の矢印のようにインクが流れる。すなわち、供給路１８内のインクは、供給口１７ａ、圧力室２３、および回収口１７ｂを経由して回収路１９へ流れる。このようなインクの流れによって、記録動作を休止している吐出口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、および泡などの異物を回収路１９へ回収することができる。また、吐出口１３および圧力室２３におけるインクの増粘を抑制することができる。回収路１９内のインクは、蓋部材２０の開口２１、支持部材３０の連通口３１（図９（ｂ）参照）、流路部材２１０内の連通口５１、個別回収流路２１４、および共通回収流路２１２の順に通過して、最終的には、記録装置１０００のインク供給経路に回収される。
【００４８】
つまり、記録装置本体から吐出ヘッド３へ供給されるインクは、次のように流動して供給および回収される。まず、インクは供給ユニット２２０の接続部１１１から吐出ヘッド３の内部に流入し、ジョイントゴム１００の流路を通ってから、第３流路部材７０の連通口７２および共通流路溝７１の順に供給される。その後、インクは、第２流路部材６０の共通流路溝６２および連通口６１、第１流路部材５０の個別流路溝５２および連通口５１の順に供給される。その後、インクは、支持部材３０の液体連通口３１、蓋部材２０の開口２１、基板１１の供給路１８および供給口１７ａを順に通って、圧力室２３に供給される。圧力室２３に供給されたインクのうち、吐出口１３から吐出されなかったインクは、基板１１の回収口１７ｂおよび回収路１９、蓋部材２０の開口２１、支持部材３０の連通口３１を順に流れる。その後、インクは、第１流路部材５０の連通口５１および個別流路溝５２、第２流路部材６０の連通口６１および共通流路溝６２、第３流路部材７０の共通流路溝７１および連通口７２、ジョイントゴム１００の流路を順に流れる。その後、インクは、供給ユニット２２０の接続部１１１から吐出ヘッド３の外部へ流動する。
【００４９】
図２の第１の循環経路の場合、接続部１１１Ａから流入したインクは、負圧制御ユニット２３０を経由してから、ジョイントゴム１００の流路を通って供給される。一方、図３の第２循環経路の場合、圧力室２３から回収されたインクは、ジョイントゴム１００の流路を通過した後、負圧制御ユニット２３０を経由してから、接続部１１１Ａを通って吐出ヘッド３の外部へ流動する。
【００５０】
また、図２および図３のように、吐出ユニット３００の共通供給流路２１１の一端から流入した全てのインクは、個別供給流路２１３を経由して圧力室２３に供給されるわけではない。すなわち、共通供給流路２１１の一端から流入したインクの一部は、個別供給流路２１３に流入することなく、共通供給流路２１１の他端から供給ユニット２２０に流動する。このように、素子基板１０を経由することなくインクを流動させるための流路が備えられている。これにより、本実施形態のように、流抵抗の大きい微細な流路が形成された素子基板１０を備える場合であっても、循環するインク（循環流）の逆流を抑制することができる。したがって、本実施形態の吐出ヘッドにおいては、圧力室および吐出口の近傍部に位置するインクの増粘を抑制し、インクの吐出方向のヨレおよび不吐出の発生を抑制して、高画質な画像を記録することができる。
【００５１】
（素子基板間の位置関係）
図１３は、素子基板１０の隣接部分の拡大平面図である。本実施形態における素子基板１０は、図１０のように略平行四辺形であり、図１３のように、吐出口列１４（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ）が記録媒体の搬送方向に対して一定角度で傾くように配置される。これにより、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。図１３においては、Ｅ線上の２つの吐出口１３が互いにオーバーラップする。このような配置によって、仮に、素子基板１０の位置が所定位置から多少ずれた場合でも、互いにオーバーラップする吐出口１３の駆動制御によって、記録画像における黒スジおよび白抜けを目立たなくすることができる。図１３のような構成により、複数の素子基板１０を千鳥配置せずに、直線上（インライン）に配置した場合にも、記録媒体の搬送方向における吐出ヘッド３の長さの増大を抑えることができる。さらに、素子基板１０同士のつなぎ部に対応する記録画像の部分における黒スジおよび白抜けの発生を抑制することができる。なお、素子基板１０の平面形状は、略平行四辺形のみに限定されず、例えば、長方形、台形、その他の形状であってもよい。
【００５２】
（発熱素子）
図１４（ａ）は、図１２のＸＩＶａ部分の平面図、図１４（ｂ）は、図１４（ａ）のＸＩＶｂ−ＸＩＶｂ線に沿う断面図である。供給口１７（a）から供給されたインクは、流路壁２２同士の間に位置する圧力室２３内に流入する。そのインクを発熱素子１５により加熱して、圧力室２３内にて発泡させることにより、その発泡エネルギーを利用して吐出口１３からインクを吐出させることができる。吐出口１３から吐出されなかったインクは、前述したように回収口１７ｂへ流出する。
【００５３】
図１５は、インクの吐出メカニズムの説明図である。基板１１から吐出口１３の外側開口部までの距離Ｌａは１５μｍ未満であり、例えば１０μｍである。圧力室２３の高さ、すなわち基板１１から吐出口形成部材１２までの距離Ｌｂは、例えば５μｍである。吐出口形成部材１２の厚さ（吐出口１３の深さ）Ｌｃは、例えば５μｍである。発熱素子１５は、例えば、一辺の長さＬｄが１８μｍの平面正方形の発熱抵抗体（ヒータ）である。吐出口１３は、例えば、直径Ｌｅが１６μｍの平面円形状である。
【００５４】
インクの吐出に際しては、まず，発熱素子１５を発熱駆動し、インクに熱エネルギーを与えて気泡２４を発生させる。この気泡２４の発生に伴って生じる圧力によって、メニスカス２５を形成しているインクが矢印Ｆの吐出方向へ押し出される（図１５（ａ），（ｂ））。気泡２４の体積が増加して，図１５（ｃ）のように、その気泡２４が吐出口１３の中に入り込むことにより，矢印Ｆ方向に吐出される過程にあるインク滴Ｉａと、圧力室２３内のインクＩｂと、が気泡２４によって分断される。気泡２４が最大体積となるまで成長した後、その体積は減少し始め，この気泡２４の収縮に伴って，図１５（ｄ）のように、インク滴Ｉａの後方部２６が発熱素子１５に向かって移動する。このとき、インク滴Ｉａの先端部（主滴）と後方部２６には、インクの吐出方向（矢印Ｆ方向）に関して逆方向の速度差が生じ，これにより、インク滴Ｉａには細長い尾引き部分が形成される。また、このときに、図１５（ｄ）のように気泡２４が外気と連通する。その後、インク滴Ｉａは、図１５（ｅ）のように、圧力室２３内のインクＩｂと離脱して吐出口１３の外へ吐出され，やがて尾引き部分はインク滴Ｉａの先端部に吸収される。インク滴Ｉａの後方部２６は、発熱素子１５上に残留インク２７として残る。
【００５５】
このように、基板１１から吐出口１３までの距離Ｌａを１５μｍ未満とすることにより、気泡２４によってインク滴Ｉａと圧力室２３内のインクＩｂとが分断されて、インク滴Ｉａの尾引き部分が短くなる。この結果、インク滴Ｉａに続くサテライト（インクの小滴）の発生が抑制される。
【００５６】
その後、図１６のように、インクが圧力室２３に再充填される。図１６（ａ）から(ｅ）のそれぞれにおいて、左側は圧力室２３の断面図であり、右側は圧力室２３の平面図である。それらの平面図においては、煩雑さを避けるために吐出口１３の図示を省略する。
【００５７】
インク滴Ｉａの吐出直後においては、図１６（ａ）のように、発熱素子１５上に残留インク２７が位置しており、前述したように気泡２４が大気に連通したために、残留インク２７の周囲は、圧力室２３内のインクＩｂの気液界面２８によって取り囲まれている。時間の経過と共に、図１６（ｂ）、（ｃ）のように、気液界面２８は発熱素子１５の中央に向かって収束する。その間、発熱素子１５の少なくとも一部、すなわち発熱素子１５の中央付近にある残留インク２７と、その周囲の気液界面２８と、の間の領域（周部）は大気に曝される。やがて、圧力室２３内のインクＩｂは、残留インク２７と合流する。その際、残留インク２７の気液界面と、圧力室２３内のインクＩｂの気液界面２８と、が合流する発熱素子１５上の位置において、微小な泡（残留微小気泡）２９を取り込まれる場合がある（図１６（ｄ））。残留インク２７と圧力室２３内のインクＩｂとの合流により、図１６（ｅ）のように、吐出口１３がインクにより満たされて１つのメニスカスが形成される。
【００５８】
このように、基板１１から吐出口１３までの距離Ｌａを１５μｍ未満とすることにより、インク滴Ｉａが吐出されてからインクの再充填までの間に、発熱素子１５の一部が大気に曝される。
【００５９】
図１７は、図１６（ｅ）のようにインクに残留微小気泡（以下、「残留気泡」ともいう）２９が取り込まれた場合に、その残留気泡２９がインクの吐出に及ぼす影響を説明するため比較例を示す。
【００６０】
図１７（ａ）のように、残留気泡２９が発熱素子１５上に存在する状態において、発熱素子１５を駆動して、インクを５．５×１０8Ｗ／ｍ2の熱流束で１マイクロ秒間を加熱する。その加熱初期において、図１５（ｂ），（ｃ）のように残留気泡２９が成長する。この残留気泡２９の成長は、インクの膜沸騰温度（水の場合は、約３００℃）よりも低い温度で開始される。すなわち、インクの核沸騰により核沸騰気泡３２が生じる。その後、発熱素子１５の温度がインクの膜沸騰温度に到達することにより、発熱素子１５の周辺のインクに膜沸騰が発生し、その膜沸騰による気泡３３が生じる（図１７（ｄ））。その気泡３３は核沸騰気泡３２と合体して１つの気泡になり（図１５（e））、その後、図１７（ｆ），（ｇ）のように、吐出口１３からインク滴Ｉａが吐出される。その際、膜沸騰温度よりも低温で成長した核沸騰気泡３２の影響により、インク滴Ｉａに十分な運動エネルギーを付与することができず、その吐出速度が低くなる。また、図１７（ｃ）のように、核沸騰気泡３２の位置が発熱素子１５の中心からずれるために、図１７（ｄ）から（ｆ）のように気泡が発熱素子１５上において非対称に成長する。その影響により、図１７（ｇ）のように、インク滴Ｉａの基板１１の法線方向と異なる斜めの方向が吐出される。この比較例のように、上記の駆動条件下の発熱素子１５によってインクを加熱した場合、発熱素子１５の表面の最高到達温度は約６００℃となる。
【００６１】
図１５から図１７において、残留インク２７は、発熱素子１５の中心軸上に対称性をもって描かれている。しかし、実際のインクの発泡および吐出動作において、残留インク２７の形状および大きさにはある程度のランダム性がある。そのため、残留気泡２９が生じるか否か、また、それが生じる位置などは、インクの吐出動作毎に異なる。例えば、ある吐出動作においては残留気泡２９が生ぜす、インク滴Ｉａが十分な吐出速度によって真っ直ぐ吐出され、一方、他の吐出動作においては残留気泡２９が生じて、インク滴Ｉａが遅い吐出速度で斜めに吐出される。このような現象が吐出不安定性現象であり、本発明は、このような現象を課題とする。具体的には、前述したように、基板１１から吐出口１３までの距離Ｌａを１５μｍ未満とした場合には、サテライトの発生を抑えることができるものの、図１７の比較例のように、インク滴Ｉａの吐出が不安定になるおそれがある。
【００６２】
吐出速度不安定性現象は、インク吐出の繰り返しの周期に対応する発熱素子１５の駆動周波数が高い程、顕著に現れる。発熱素子１５の駆動周波数が低い場合には、残留気泡２９がインクに溶解して核沸騰の原因になりにくくなるものの、その駆動周波数が高い場合には、残留気泡２９がインクに溶解する前に次のインク加熱が始まるからである。
【００６３】
本実施形態においては、発熱素子１５によって、例えば、８×１０8Ｗ／ｍ2の熱流速で０．５マイクロ秒間インクを加熱する。このときに投入される総熱量は、５．５×１０8Ｗ／ｍ2であり、上述した比較例のように１マイクロ秒間インクを加熱した場合とほぼ等しい。図１８は、このような条件下において発熱素子１５を駆動した場合のインクの吐出動作の説明図である。
【００６４】
図１８（ａ）のように、残留気泡２９が発熱素子１５上に存在する状態において、発熱素子１５を上記の条件下において駆動する。その加熱初期においては、図１８（ｂ）のように、残留気泡２９は少し成長するものの直ちに膜沸騰温度に到達するため、図１８（ｃ）のように核沸騰気泡３２と膜沸騰気泡３３とが直ちに合体して、それらは、図１８（ｄ）のようなほぼ均一な気泡２４となる。その後、図１８（ｅ），（ｆ）のようにインク滴Ｉａが吐出される。インク滴Ｉａの吐出においては、膜沸騰が支配的となるため、インク滴Ｉａの吐出速度は低下しない。また、インク滴Ｉａは、ほぼ対称的な気泡２４によって吐出されるため、その吐出方向は基板１１の法線方向とほぼ一致する。本実施形態の駆動条件下の発熱素子１５によってインクを加熱した場合、発熱素子１５の表面の最高到達温度は、前述した比較例と同様に約６００℃となる。
【００６５】
図１９は、インク滴を１００発吐出したときの各インク滴の吐出速度を説明するためのグラフである。図１９（ａ）は、前述した比較例のように、５．５×１０8Ｗ／ｍ2の熱流束で１．０マイクロ秒間インクを加熱して、インク滴を吐出させたときの吐出速度を示すグラフである。図１９（ｂ）は、本実施形態のように、８×１０8Ｗ／ｍ2の熱流束で０．５マイクロ秒間インクを加熱して、インク滴を吐出させたときの吐出速度を示すグラフである。これらのグラフから分かるように、本実施形態のような発熱素子の九度条件下においてインク滴を吐出させた場合には、その吐出速度が安定する。
【００６６】
図２０（ａ）は、横軸にインクの加熱時間、縦軸にインク滴の吐出速度の標準偏差をとったグラフである。具体的には、ある吐出口から吐出された１００発のインク滴の吐出速度を測定して、その標準偏差σiを求め、それを９つの吐出口について求める。それら９つの標準偏差σiを平均した値をプロットし、図中のエラーバーは、標準偏差の吐出口間のバラツキを示す。インク滴の吐出時に投入される熱量は、インクの加熱時間に拘わらず等しい。このグラフから分かるように、加熱時間が短いほどインク滴の吐出速度は安定化し、特に、０．５マイクロ秒以下の時間加熱することにより、インク滴の吐出速度が充分に安定化させて、良好な画像の記録が可能となる。
【００６７】
図２０（ｂ）は、吐出速度の標準偏差と、記録画像の品位の目視による官能評価結果と、の関係の説明図である。概ね、インク滴の吐出速度の標準偏差が０．２ｍ/ｓを超えると、記録画像上の乱れが感じられて、その品位が低下する。また、インク滴の吐出速度の標準偏差が０．１を超えかつ０．２以下の範囲においては、記録画像の品位が良い。吐出速度の標準偏差が０．１以下になると、画質の均一性が高く画像品位が極めてよく。したがって、記録画像の品位の目視による官能評価においては、吐出速度の標準偏差０．２ｍ／ｓ以下を合格とした。図２０（ｂ）から分かるように、吐出速度の標準偏差が０．５ｍ／ｓのときには許容範囲内の記録品位が確保される。
【００６８】
このように、基板１１と吐出口１３と間の距離Ｌａを１５μｍ未満として、インク滴の吐出後に発熱素子１５の一部が大気に曝される構成において、発熱素子を熱流束８×１０8Ｗ／ｍ2以上（加熱時間０．５マイクロ秒以下）で駆動する。これにより、サテライトの発生を抑えつつ、インク滴を安定的に吐出することができる。
【００６９】
仮に、基板１１から吐出口１３までの間の距離Ｌｑが１５μｍ以上の場合には、気泡２４の大気連通が遅くなり、残留インク２７の気液界面と、圧力室２３内のインクＩｂの気液界面２８と、が合流してから気泡２４が大気連通する。そのため、発熱素子１５は大気に晒されず、残留気泡２９は発生せずに、次のインク発泡時にインクの核沸騰が生じおそれがない。
【００７０】
（第２の実施形態）
前述した第１の実施形態においては、図２１（ａ）のように、インク滴の１回の吐出について発熱素子１５の加熱は１回であり、駆動パルス（パルス幅：ｔ０）は１つであった。この駆動パルスは、複数に分割してもよい。
【００７１】
図２１（ｂ）は、本発明の第２の実施形態における発熱素子１５の駆動パルスの説明図であり、インク滴の１回の吐出について、発熱抵抗体である発熱素子１５に複数の駆動パルスを印加する。本例の場合は、２つの駆動パルス（パルス幅：ｔ１，ｔ２）を印加する。熱流束８×１０8Ｗ／ｍ2以上でインクを加熱することにより、前述したように、発熱素子１５上に残留気泡２９が存在しても、インク滴の吐出においては膜沸騰が支配的になるため、サテライトの発生を抑えて、インク滴を安定的に吐出することができる。発熱素子１５の駆動パルスを複数に分けて、インクを複数回加熱する場合、それらの駆動パルス間の非加熱時間に一部の熱が散逸して失われる。そのため、複数の駆動パルスによる通算の加熱時間は、図２１（ａ）のようなシングルパルスによる加熱時間よりも１割程度長く設定する。
【００７２】
（第３の実施形態）
図２２および図２３は、本発明の第３の実施形態の説明図である。図２２（ａ）から(ｃ）のそれぞれにおいて、左側は圧力室２３の断面図であり、右側は圧力室２３の平面図である。それらの平面図においては、煩雑さを避けるために吐出口１３の図示を省略する。
【００７３】
前述した第１の実施形態おける発熱素子１５は、１８μｍ×１８μｍの平面正方形であった。しかし、発熱素子１５の平面形状は、例えば、図２２（ｂ）、（ｃ）のような長方形であってもよい。図２２（ｂ）の発熱素子１５の平面形状は、２１．８μｍ×１５μｍ（アスペクト比１．４５）の長方形である。すなわち、図２２（ｂ）の発熱素子１５は、隣接する流路壁２２間のインク流路の延在方向（Ｇ１方向）と平行な辺の長さＬ１が２１．８μｍであり、そのインク流路の延在方向と直交する方向（Ｇ２方向）の辺の長さＬ２が１５μｍである。また基板１１から吐出口１３まで間の距離Ｌａは、１４μｍとする。また、図２２（ａ）の発熱素子１５はアスペクト比１が正方形であり、図２２（ｃ）の発熱素子１５はアスペクト比が２．２４の長方形である。
【００７４】
圧力室２３内のインクＩｂの気液界面２８の形状は、発熱素子１５のアスペクト比によって異なる。気泡２４は、矢印Ｇ２においては、流路壁２２により阻まれるためにあまり成長しない。そのため、発熱素子１５のアスペクト比の如何に拘わらず、気液界面２８の大きさは矢印Ｇ２においてほぼ等しい。一方、その矢印Ｇ１方向においては、発熱素子１５のアスペクト比が大きく、かつ矢印Ｇ１方向の長さＬ１が長い程、気液界面２８が大きく成長する。発熱素子１５のアスペクト比が大きい場合には、その発熱素子１５が大気に曝される面積が広くなり、かつ長時間に渡って曝されるため、残留気泡２９が生じやすくなる。したがって、インク滴の吐出速度を安定させるためには、インクの加熱時間をより短くするように発熱素子１５を駆動しなければならない。
【００７５】
図２３は、発熱素子１５のアスペクト比が１．０および１．４５の場合における、インクの加熱時間と、インク滴の吐出速度の標準偏差と、の関係の説明図である。この図から分かるように、アスペクト比が１．４５であっても、インクの加熱時間を短くすることによりインク滴の吐出速度を安定化することができる。発熱素子１５のアスペクト比は、１．５以下が好ましく、１．４以下がさらに好ましく、１．２以下が極めて好ましい。発熱素子１５のアスペクト比を高めることにより、発熱抵抗体である発熱素子１５の抵抗値を高めて、インクの発泡に必要な熱量をより少ない電流によって発生させることができる。
【００７６】
（第４の実施形態）
図２４は、本発明の第４の実施形態の説明図である。図２４（ａ），（ｂ）のそれぞれにおいて、左側は圧力室２３の断面図であり、右側は圧力室２３の平面図である。それらの平面図においては、煩雑さを避けるために吐出口１３の図示を省略する。
【００７７】
前述した第１の本実施形態においては、発熱素子１５の平面形状が１８μｍ×１８μｍの正方形であり、かつ吐出口１３の平面形状が直径１６μｍの円形であった。本実施形態においては、吐出口１３の平面形状を直径２０μｍの円形とした。したがって、図２４（ａ）のように、吐出口１３の直径より発熱素子１５の一片の長さの方が小さい。基板１１から吐出口１３までの間の距離Ｌａは、第１の実施形態と同じ１０μｍである。
【００７８】
距離Ｌａが１５μｍ未満の場合に、吐出口１３の直径が発熱素子１５の一辺の長さよりも大きいと、図２４（ｂ）のように気液界面２８が大きくなる傾向がある。その理由は、吐出口１３が小さいと、圧力室２３内において、インクの発泡時の気泡２４がより大きく広がるからである。気液界面２８が大きいと、第３の実施形態の場合と同様に、発熱素子１５のより広い面積がより長時間大気に曝されるため、残留気泡２９が生じやすくなる。したがって、インク滴の吐出速度を安定させるためには、インクの加熱時間をより短くするように発熱素子１５を駆動しなければならない。
【００７９】
よって本実施形態においては、図２４（ａ）のように、吐出口１３の直径よりも発熱素子１５の一辺の長さを小さいくすることにより、より安定的なインク滴の吐出を実現することができる。吐出口１３の直径は、発熱素子１５によって形成される加熱面の長辺よりも長ければよい。また、吐出口１３の平面形状は円形に限定されず、例えば、矩形、長円、楕円、または突起を有する円形などであってもよい。このような吐出口１３と発熱素子１５との大小関係においては、吐出口１３の外接円の直径を基準とする。
【００８０】
（第５の実施形態）
図２５は、図１のライン型のインクジェット記録装置（液体吐出装置）１０００における制御系の構成例を説明するためのブロック図である。ＣＰＵ１２０は、本記録装置の動作の制御処理やデータ処理等を実行する。ＲＯＭ１０１は、それらの処理手順等のプログラムが格納され、またＲＡＭ１０２は、それらの処理を実行するためのワークエリアなどとして用いられる。インクジェット記録ヘッド（液体吐出ヘッド）１には、前述したように、インク（液体）を吐出可能な複数の吐出口が形成されている。ＣＰＵ１２０は、ヘッドドライバ３Ａを介して、前述したように発熱素子１５を駆動することより、吐出ヘッド３の吐出口からインクを吐出させる。ＣＰＵ１２０は、加熱面を形成する発熱素子１５を前述した条件で駆動制御する制御部として機能する。
【００８１】
本発明は、いわゆるシリアルスキャン型の記録装置に対しても適用可能である。シリアルスキャン型の記録装置には、主走者方向に移動可能なキャリッジに記録ヘッドが搭載され、主走査方向の交差する副走査方向に記録媒体が搬送される。記録ヘッドがキャリッジと共に主走査方向に移動しつつインクを吐出する動作と、記録媒体の副走査方向の搬送動作と、を繰り返すことにより、記録媒体に画像が記録される。
【００８２】
（他の実施形態）
本発明は、インクジェット記録方法、インクジェット記録装置、およびインクジェット記録ヘッドのみに特定されず、種々の液体を吐出するための液体吐出方法、液体吐出装置、および液体吐出ヘッドとして広く適用することができる。例えば、本発明は、プリンタ、複写機、通信システムを有するファクシミリ、プリンタ部を有するワードプロセッサなどの装置、さらには、各種処理装置と複合的に組み合わせた産業記録装置に適用可能である。また、バイオチップ作製や電子回路印刷などの用途としても用いることができる。
【符号の説明】
【００８３】
１０  素子基板
１１  基板
１３  吐出口
１５  発熱素子
２４  気泡
２７  残留液体
３  液体吐出ヘッド
【図１】
2018008484.tif 000003
【図２】
2018008484.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
2018008484.tif 000023
【図２２】
2018008484.tif 000024
【図２３】
2018008484.tif 000025
【図２４】
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【図２５】
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【手続補正書】
【提出日】平成29年2月22日(2017.2.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６３】
本実施形態においては、発熱素子１５によって、例えば、８×１０8Ｗ／ｍ2の熱流束で０．５マイクロ秒間インクを加熱する。このときに投入される総熱量は、５．５×１０8Ｗ／ｍ2であり、上述した比較例のように１マイクロ秒間インクを加熱した場合とほぼ等しい。図１８は、このような条件下において発熱素子１５を駆動した場合のインクの吐出動作の説明図である。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を加熱する加熱面と、前記加熱面に対応する吐出口と、を備える液体吐出ヘッドを用い、前記加熱面により液体を加熱して、前記加熱面の少なくとも一部が前記吐出口を通して大気に曝されるように、前記吐出口を通して大気に連通する気泡を発生させることにより、前記吐出口から液体を吐出させる液体吐出方法であって、
前記吐出口から液体を吐出させるために、前記加熱面によって液体を０．５マイクロ秒以下の時間加熱して、前記加熱面の少なくとも一部が前記吐出口を通して大気に曝されるように、前記吐出口を通して大気に連通する気泡を発生させることを特徴とする液体吐出方法。
【請求項２】
液体を加熱する加熱面と、前記加熱面に対応する吐出口と、を備える液体吐出ヘッドを用い、前記加熱面により液体を加熱して、前記加熱面の少なくとも一部が前記吐出口を通して大気に曝されるように、前記吐出口を通して大気に連通する気泡を発生させることにより、前記吐出口から液体を吐出させる液体吐出方法であって、
前記吐出口から液体を吐出させるために、前記加熱面によって液体を８×１０8Ｗ／ｍ2以上の熱流束で加熱して、前記加熱面の少なくとも一部が前記吐出口を通して大気に曝されるように、前記吐出口を通して大気に連通する気泡を発生させることを特徴とする液体吐出方法。
【請求項３】
前記吐出口から液体を吐出させる過程において、前記加熱面の中央部に前記吐出口から吐出される液体の一部を残留させ、かつ前記中央部の外側に位置する前記加熱面の周部を外気に曝すことを特徴とする請求項１または２に記載の液体吐出方法。
【請求項４】
前記吐出口から液体を吐出させた後に、前記加熱面の前記中央部に残留する液体と、前記加熱面の前記周部から前記中央部に向かって充填される液体と、を前記加熱面の上において合流させることを特徴とする請求項３に記載の液体吐出方法。
【請求項５】
前記加熱面の平面形状がアスペクト比が１．５以下の長方形であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の液体吐出方法。
【請求項６】
前記吐出口から液体を吐出させるための前記加熱面による液体の加熱を複数回に分け、
前記複数回の加熱の時間の合計が０．５マイクロ秒以下であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の液体吐出方法。
【請求項７】
前記加熱面が設けられる基板と、前記吐出口の外側開口部と、の間の距離が１５μｍ未満であることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の液体吐出方法。
【請求項８】
前記吐出口の直径が前記加熱面の長辺よりも長いことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の液体吐出方法。
【請求項９】
液体を加熱する加熱面と、前記加熱面に対応する吐出口と、を備える液体吐出ヘッドを用い、前記加熱面により液体を加熱して、前記加熱面の少なくとも一部が前記吐出口を通して大気に曝されるように、前記吐出口を通して大気に連通する気泡を発生させることにより、前記吐出口から液体を吐出させる液体吐出装置であって、
前記吐出口から液体を吐出させるために、前記加熱面によって液体を０．５マイクロ秒以下の時間加熱して、前記加熱面の少なくとも一部が前記吐出口を通して大気に曝されるように、前記吐出口を通して大気に連通する気泡を発生させる制御部を備えることを特徴とする液体吐出装置。
【請求項１０】
液体を加熱する加熱面と、前記加熱面に対応する吐出口と、を備える液体吐出ヘッドを用い、前記加熱面により液体を加熱して、前記加熱面の少なくとも一部が前記吐出口を通して大気に曝されるように、前記吐出口を通して大気に連通する気泡を発生させることにより、前記吐出口から液体を吐出させる液体吐出装置であって、
前記吐出口から液体を吐出させるために、前記加熱面によって液体を８×１０8Ｗ／ｍ2以上の熱流束で加熱して、前記加熱面の少なくとも一部が前記吐出口を通して大気に曝されるように、前記吐出口を通して大気に連通する気泡を発生させる制御部を備えることを特徴とする液体吐出装置。
【請求項１１】
液体を加熱する加熱面と、前記加熱面に対応する吐出口と、を備え、前記加熱面によって液体が０．５マイクロ秒以下の時間加熱されて、前記加熱面の少なくとも一部が前記吐出口を通して大気に曝されるように、前記吐出口を通して大気に連通する気泡が発生されることにより、前記吐出口から液体を吐出する液体吐出ヘッドであって、
前記加熱面の平面形状がアスペクト比が１．５以下の長方形であり、
前記加熱面が設けられる基板と、前記吐出口の外側開口部と、の間の距離が１５μｍ未満であり、
前記吐出口の直径が前記加熱面の長辺よりも長いことを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項１２】
液体を加熱する加熱面と、前記加熱面に対応する吐出口と、を備え、前記加熱面によって液体が８×１０8Ｗ／ｍ2以上の熱流束で加熱されて、前記加熱面の少なくとも一部が前記吐出口を通して大気に曝されるように、前記吐出口を通して大気に連通する気泡が発生されことにより、前記吐出口から液体を吐出する液体吐出ヘッドであって、
前記加熱面の平面形状がアスペクト比が１．５以下の長方形であり、
前記加熱面が設けられる基板と、前記吐出口の外側開口部と、の間の距離が１５μｍ未満であり、
前記吐出口の直径が前記加熱面の長辺よりも長いことを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項１３】
前記加熱面は、電気熱変換素子によって形成されることを特徴とする請求項１１または１２に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項１４】
前記電気熱変換素子を内部に備える圧力室を備え、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ることを特徴とする請求項１３に記載の液体吐出ヘッド。