(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を吐出させるエネルギーを発生させるエネルギー発生素子と、前記エネルギー発生素子に対向して位置する吐出口と、前記液体の流入口と、前記エネルギー発生素子に関して前記流入口の反対側に位置する前記液体の流出口と、をそれぞれが備えた複数の圧力室を有し、
前記複数の圧力室は第１の圧力室と第２の圧力室とを含み、前記第１の圧力室は前記第１の圧力室内における前記液体の流方向と平行な方向に第１のフェレ径を有する第１の吐出口を有し、前記第２の圧力室は前記第２の圧力室内における前記液体の流方向と平行な方向に第２のフェレ径を有する第２の吐出口を有し、前記第１のフェレ径は前記第２のフェレ径より大きく、前記第１の圧力室内における前記液体の流速は前記第２の圧力室内における前記液体の流速より小さいことを特徴とする、液体吐出ヘッド。
【請求項２】
前記液体の流方向に関し前記第１及び第２の圧力室の上流側に位置する第１の点から前記第１の圧力室の前記流入口までの流路の圧力損失が、前記第１の点から前記第２の圧力室の前記流入口までの流路の圧力損失より大きい、請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項３】
前記第１の圧力室と前記第２の圧力室がそれぞれ複数設けられ、
前記第１の点から延在する第１の共通供給流路と、前記第１の共通供給流路から個々の前記第１の圧力室の前記流入口まで延びる複数の第１の個別供給流路と、前記第１の点から延在する第２の共通供給流路と、前記第２の共通供給流路から個々の前記第２の圧力室の前記流入口まで延びる複数の第２の個別供給流路と、を有し、
前記第１の個別供給流路の流路抵抗が前記第２の個別供給流路の流路抵抗より大きい、請求項２に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項４】
前記第１の個別供給流路は前記第２の個別供給流路より小さな流路断面を有している、請求項３に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項５】
前記第１の点から延在する共通供給流路と、前記共通供給流路から前記第１の圧力室の前記流入口まで延びる第１の個別供給流路と、前記共通供給流路から前記第２の圧力室の前記流入口まで延びる第２の個別供給流路と、を有し、
前記第１の個別供給流路の流路抵抗が前記第２の個別供給流路の流路抵抗より大きい、請求項２に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項６】
前記第１の圧力室の前記流出口から、前記液体の流方向に関し前記第１及び第２の圧力室の下流側に位置する第２の点までの流路の圧力損失が、前記第２の圧力室の前記流出口から前記第２の点までの流路の圧力損失より大きい、請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項７】
前記第１の圧力室と前記第２の圧力室がそれぞれ複数設けられ、
個々の前記第１の圧力室の前記流出口から延びる複数の第１の個別回収流路と、複数の第１の個別回収流路に接続され前記第２の点まで延在する第１の共通回収流路と、個々の前記第２の圧力室の前記流出口から延びる複数の第２の個別回収流路と、複数の第２の個
別回収流路に接続され前記第２の点まで延在する第２の共通回収流路と、を有し、
前記第１の個別回収流路の流路抵抗が前記第２の個別回収流路の流路抵抗より大きい、請求項６に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項８】
前記第１の圧力室の前記流出口から延びる第１の個別回収流路と、前記第２の圧力室の前記流出口から延びる第２の個別回収流路と、前記第１及び第２の個別回収流路に接続され前記第２の点まで延在する共通回収流路と、を有し、
前記第１の個別回収流路の流路抵抗が前記第２の個別回収流路の流路抵抗より大きい、請求項６に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項９】
前記液体の流方向に関し前記第１及び第２の圧力室の上流側に位置する第１の点と、前記液体の流方向に関し前記第１及び第２の圧力室の下流側に位置する第２の点との間を延び、前記第１の圧力室を通り前記第２の圧力室を通らない第１の流路と、前記第１の点と前記第２の点との間を延び、前記第２の圧力室を通り前記第１の圧力室を通らない第２の流路の少なくともいずれかに、当該流路の流量または流速を調整する調整装置を有している、請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項１０】
前記第１の圧力室と前記第２の圧力室がそれぞれ複数設けられ、
前記第１の点から延在する第１の共通供給流路と、前記第１の共通供給流路から個々の前記第１の圧力室の前記流入口まで延びる複数の第１の個別供給流路と、前記第１の点から延在する第２の共通供給流路と、前記第２の共通供給流路から個々の前記第２の圧力室の前記流入口まで延びる複数の第２の個別供給流路と、を有し、
前記調整装置は前記第１の共通供給流路と前記第２の共通供給流路の少なくともいずれかに設けられている、請求項９に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項１１】
前記第１の圧力室と前記第２の圧力室がそれぞれ複数設けられ、
個々の前記第１の圧力室の前記流出口から延びる複数の第１の個別回収流路と、複数の第１の個別回収流路に接続され前記第２の点まで延在する第１の共通回収流路と、個々の前記第２の圧力室の前記流出口から延びる複数の第２の個別回収流路と、複数の第２の個別回収流路に接続され前記第２の点まで延在する第２の共通回収流路と、を有し、
前記調整装置は前記第１の共通回収流路と前記第２の共通回収流路の少なくともいずれかに設けられている、請求項９に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項１２】
前記第１の圧力室の前記流入口に接続された第１の個別供給流路と、前記第１の圧力室の前記流出口に接続された第１の個別回収流路と、前記第２の圧力室の前記流入口に接続された第２の個別供給流路と、前記第２の圧力室の前記流出口に接続された第２の個別回収流路と、
前記第１の個別供給流路と前記第１の個別回収流路と前記第２の個別供給流路と前記第２の個別回収流路の少なくともいずれかに設けられ、前記液体を駆動する駆動素子と、を有する、請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項１３】
前記第１及び第２の吐出口は、前記液体の流方向と直交する方向における最大寸法に対
する、前記流方向における最大寸法の比が３より小さい、請求項１から１２のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項１４】
前記第１及び第２の吐出口は、前記液体の流方向と平行な向きに前記吐出口の中心に向かって突き出す少なくとも一つの突起を有する、請求項１から１３のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項１５】
前記第１の圧力室の内部の液体は、前記第１の圧力室の外部との間で循環される、請求項１から１４のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項１６】
前記第２の圧力室の内部の液体は、前記第２の圧力室の外部との間で循環される、請求項１から１５のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項１７】
請求項１から１６のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドを搭載したことを特徴とする、液体吐出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インク等の液体を吐出する液体吐出ヘッド及び液体吐出装置に関し、特に液体が圧力室を循環する液体吐出ヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、インクジェット記録ヘッドなどの液体吐出ヘッドは、プラスチックフィルムや電子回路基板など、ますます多様な媒体上への印刷への応用が期待され、多くの製品が実用化されている。また、紙系メディアへの印刷についても、屋外に展示するポスターの印刷や、レーザープリンターの代替となる高速インクジェットプリンター等への応用が広がるにつれて、画像の堅牢性と高い生産性が同時に求められるようになっている。
上記の用途に使用される液体吐出ヘッドの例として、液体に熱を与えて沸騰させ、発泡の力により液滴を吐出するサーマル方式と、圧電素子により発生する衝撃波の力により液滴を吐出するピエゾ方式が、代表的な方式として広く知られている。
上述の液体吐出ヘッドでは、吐出口から液体中の揮発性溶媒が蒸発することにより、色材濃度の増加による画像の色ムラ、吐出口付近の粘度上昇に起因する吐出速度低下による着弾精度の低下、といった問題が生じる。特に、近年では、画像堅牢性や非紙メディア上の印刷への対応のために、吐出される液体に用いられる溶媒や溶剤、添加される色材や樹脂部材などの種類が多様化し、上述の問題は深刻化する傾向にある。
こうした問題を解決する方法として、液体吐出ヘッドに供給する液体を、常に圧力室内部で循環させることにより、吐出口付近の増粘を抑制する技術が知られている。特許文献１には、無駄なインクの循環量を抑制しつつ、循環するインクの増粘を防止するインクジェット記録装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１４２９１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
複数の液滴サイズを実現するために、口径の異なる吐出口を設置した液体吐出ヘッドが知られている。このような液体吐出ヘッドで、特許文献１に記載されているように液体循環によって液体の濃縮を抑制しようとする場合、各吐出口において液体の濃縮を抑制するのに必要な循環流速が異なる。そのため、ある吐出口において液体の濃縮を抑制できても、他の吐出口では濃縮が抑制できないという課題が生じる。
この課題を回避する手段として、最も大きな循環流速を要する吐出口に合わせて、全体の循環流速を設計する構成が考えられる。しかし、この構成では、ある吐出口を備える圧力室では、必要最小限の循環流速で液体が循環するが、別の吐出口を備える圧力室では、必要以上に大きな循環流速で液体が循環することになる。液体の循環流速が大きすぎると、流路内での圧力損失が大きくなるため、吐出口で大きな負圧が生じる。吐出口における負圧は、気液界面のメニスカス沈降を引き起こし、液滴吐出時、ミストと呼ばれる極小液滴が発生する等の弊害が生じ、新たな課題が顕在化する。
【０００５】
そこで本発明は，大きさの異なる吐出口を有し、液体が圧力室内を流れる液体吐出ヘッドにおいて、各吐出口における液体の増粘と画像品質への影響を抑えることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の液体吐出ヘッドは、液体を吐出させるエネルギーを発生させるエネルギー発生素子と、前記エネルギー発生素子に対向して位置する吐出口と、前記液体の流入口と、前記エネルギー発生素子に関して前記流入口の反対側に位置する前記液体の流出口と、をそれぞれが備えた複数の圧力室を有し、前記複数の圧力室は第１の圧力室と第２の圧力室とを含み、前記第１の圧力室は前記第１の圧力室内における前記液体の流方向と平行な方向に第１のフェレ径を有する第１の吐出口を有し、前記第２の圧力室は前記第２の圧力室内における前記液体の流方向と平行な方向に第２のフェレ径を有する第２の吐出口を有し、前記第１のフェレ径は前記第２のフェレ径より大きく、前記第１の圧力室内における前記液体の流速は前記第２の圧力室内における前記液体の流速より小さいことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、大きさの異なる吐出口を有し、液体が圧力室内を流れる液体吐出ヘッドにおいて、各吐出口における液体の増粘と画像品質への影響を抑えることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】各実施形態に共通の液体吐出ヘッドの斜視図である。
【図２】第１〜３の実施形態の液体吐出ヘッドのインク供給系の模式図である。
【図３】第１の実施形態の液体吐出ヘッドの概念図である。
【図４】第２の実施形態の液体吐出ヘッドの概念図である。
【図５】図４（ｂ）のＡ部拡大図である。
【図６】第３の実施形態の液体吐出ヘッドの概念図である。
【図７】第４の実施形態の液体吐出ヘッドの概念図である。
【図８】第５の実施形態の液体吐出ヘッドの概念図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に、図面を参照して本発明のいくつかの実施形態について説明する。以下の各実施形態では説明を容易にするために、相対的に口径の大きい吐出口と、そのような吐出口を備えた吐出口列、圧力室等に「第１の」を付すとともに、符号を３０３Ａ、３０４Ａ、３０５Ａのように表記する。また、相対的に口径の小さい吐出口と、そのような吐出口を備えた吐出口列、圧力室等に「第２の」を付すとともに、符号を３０３Ｂ、３０４Ｂ、３０５Ｂのように表記する。吐出口径について分類する必要がない場合は、単に３０３、３０４のように表記する。各図における白抜き矢印はインクの流方向を示す。
本明細書における「インク」は、記録媒体に付与されることによって、画像、模様、パターンなどの形成、記録媒体の加工あるいはインクの処理に供され得る液体を含む。従って、「インク」は、記録に関して用いることが可能なあらゆる液体を包含する。
【００１０】
（第１の実施形態）
本発明の液体吐出ヘッドの第１の実施形態について、図１〜図３を用いて説明する。
（ヘッド全体の構成の説明）
まず、本発明を適用可能な各種の液体吐出ヘッドと記録素子基板を図１に例示する。図１（ａ）は一つの記録素子基板１０２を備えた液体吐出ヘッド１０１ａを示す。液体吐出ヘッド１０１ａは、液体吐出装置（不図示）に対して可動に搭載されており、記録媒体に対して往復移動を繰り返しながら記録を行う。図１（ｂ）は複数の記録素子基板１０２が千鳥状に配置された、ラインヘッドの形態の液体吐出ヘッド１０１ｂを示す。図１（ｃ）は複数の記録素子基板１０２が直線状に配置された、ラインヘッドの形態の液体吐出ヘッド１０１ｃを示す。図１（ｂ），（ｃ）に示す液体吐出ヘッド１０１ｂ、１０１ｃは液体吐出装置に固定されており、記録媒体が移動することにより記録が行われる。本発明に係る液体吐出ヘッドは図１（ａ）〜（ｃ）の例を含む任意の形態で実施可能であり、図１（ａ）〜（ｃ）に示す形態に限定されない。以下の説明ではこれらの液体吐出ヘッド１０１ａ〜１０１ｃを液体吐出ヘッド１０１と表記する。
【００１１】
（インク供給系の説明）
図２は、上述した液体吐出ヘッド１０１を含む液体吐出装置のインク供給系の模式図である。インクはインクタンク２０１からインク供給流路２０２を通り、共通供給口４０１を介して液体吐出ヘッド１０１に供給される。第１の共通供給流路２０８Ａと第２の共通供給流路２０８Ｂがインク供給流路２０２上の第１の点２０６で分岐し、それぞれ第１の点２０６から下流側に延在している。第１の点２０６は液体の流方向に関して、第１及び第２の圧力室３０５Ａ，３０５Ｂの上流側に位置する。第１の共通供給流路２０８Ａからは、複数の第１の個別供給流路３０７Ａが個々の第１の圧力室３０５Ａの流入口３０９まで延びている。同様に、第２の共通供給流路２０８Ｂからは、第２の個別供給流路３０７Ｂが個々の第２の圧力室３０５Ｂの流入口３０９まで延びている。
【００１２】
個々の第１の圧力室３０５Ａの流出口３１０からは第１の個別回収流路３０８Ａが延びており、複数の第１の個別回収流路３０８Ａは第１の共通回収流路２０９Ａに接続されている。個々の第２の圧力室３０５Ｂの流出口３１０からは第２の個別回収流路３０８Ｂが延びており、複数の第２の個別回収流路３０８Ｂは第２の共通回収流路２０９Ｂに接続されている。第１の共通回収流路２０９Ａと第２の共通回収流路２０９Ｂはそれぞれ第２の点２０７まで延在し、第２の点２０７で合流している。第２の点２０７は液体の流方向に関し第１及び第２の圧力室３０５Ａ，３０５Ｂの下流側に位置する。
【００１３】
液体吐出ヘッド１０１に供給されたインクの一部は吐出口３０３から吐出され、記録媒体に付与される。吐出口３０３から吐出されなかったインクは、第１の共通回収流路２０９Ａ及び第２の共通回収流路２０９Ｂを通り、共通排出口４０２から排出され、さらにインク回収流路２０５を通りインクタンク２０１に回収される。
インク供給流路２０２には負圧調整装置２０３が、インク回収流路２０５には定量ポンプ２０４が、それぞれ設けられている。負圧調整装置２０３と定量ポンプ２０４は、インクタンク２０１と液体吐出ヘッド１０１の間で循環流を生じさせつつ、同時に吐出口３０３でのインク圧力を調整する。負圧調整装置２０３、定量ポンプ２０４及び後述する流抵抗素子３１１は、液体吐出ヘッドと一体で設置することもできるし、液体吐出ヘッドの外部に取り付け、供給チューブ等を介して液体吐出ヘッドと接続することもできる。
【００１４】
（記録素子基板の構成の説明）
図３（ａ）は、図２に示す液体吐出ヘッド１０１の記録素子基板１０２の斜視図、図３（ｂ）は、記録素子基板１０２を吐出口形成部材３０２側から見た拡大透視図、図３（ｃ）は図３（ｂ）のＡ−Ａ線に沿った記録素子基板１０２の断面図である。
記録素子基板１０２は、基板３０１と、基板３０１に接合された吐出口形成部材３０２と、を有している。吐出口形成部材３０２には口径の異なる吐出口がそれぞれ複数設けられている。すなわち吐出口形成部材３０２には、複数の第１の吐出口３０３Ａと複数の第２の吐出口３０３Ｂが配置されている。第１の吐出口３０３Ａと第２の吐出口３０３Ｂから吐出体積の異なる液滴を吐出することにより、トーンやグラデーションが滑らかで高精細な画像を実現することができる。第１の吐出口３０３Ａと第２の吐出口３０３Ｂは共に円形の開口形状を有している。複数の第１の吐出口３０３Ａは直線上に配されて第１の吐出口列３０４Ａをなしている。複数の第２の吐出口３０３Ｂは上記直線と平行な他の直線上に配されて第２の吐出口列３０４Ｂをなしている。第１の吐出口列３０４Ａは第１の吐出口３０３Ａのみからなり、第２の吐出口列３０４Ｂは第２の吐出口３０３Ｂのみからなる。本実施形態では口径の異なる２種類の吐出口が設けられているが、吐出口の種類はこれに限定されない。
【００１５】
基板３０１は半導体加工によりその表面にエネルギー発生素子や電気回路、電気配線を配置可能で、かつＭＥＭＳ加工により流路を形成可能な半導体基板等の材料から形成されることが好ましい。例えば、シリコンの単結晶で形成されたシリコン基板が挙げられる。吐出口形成部材３０２は、レーザー加工により吐出口が形成可能な樹脂基板や、ダイシングにより吐出口が形成可能な無機プレートによって形成することができる。また、吐出口形成部材３０２は、光硬化により吐出口および流路が形成可能な感光樹脂材料、ＭＥＭＳ加工により吐出口および流路が形成可能な半導体基板から形成することもできる。
【００１６】
基板３０１と吐出口形成部材３０２により囲まれた空間は圧力室３０５を構成する。吐出口３０３に対向した基板３０１の面上には、エネルギー発生素子３０６が吐出口３０３に対向して配列されている。即ち、圧力室３０５は、その内部にエネルギー発生素子３０６を有する。尚、圧力室３０５とは、少なくとも、エネルギー発生素子３０６上の、吐出口３０３までの領域のことをいい、インクを吐出する際にインクに実質的に圧力がかかる領域のことをいう。例えば、エネルギー発生素子３０６が発熱素子である場合、少なくとも気泡が成長する領域が圧力室である。図３に示す記録素子基板では、圧力室の内部の液体は、圧力室の外部との間で循環されている。
エネルギー発生素子３０６は液体を吐出させるエネルギーを発生させ、吐出口３０３を介して液滴を液体吐出ヘッド１０１の外部へ吐出する。エネルギー発生素子３０６の出力エネルギーは吐出口３０３によって異なる値とすることができる。本実施形態のエネルギー発生素子３０６は、発熱により液体を沸騰させ液滴を外部に吐出する発熱素子であるが、圧電効果により液体を外部に吐出する圧電素子であってもよい。
基板３０１には、基板３０１を貫通する垂直供給口３１２と垂直排出口３１３とが形成されている。垂直供給口３１２と垂直排出口３１３とは、それぞれ個別供給流路３０７と個別回収流路３０８に接続している。吐出口形成部材３０２の吐出口３０３が形成された天井部の厚みはほぼ一定である。従って、吐出口３０３を形成する吐出口形成部材３０２の貫通孔と圧力室３０５の高さはすべての吐出口３０３でほぼ一定である。
【００１７】
圧力室３０５は個別供給流路３０７と個別回収流路３０８に流体的に接続され、個別供給流路３０７及び個別回収流路３０８とともに一体の液体流路をなしている。個別供給流路３０７は圧力室３０５の流入口３０９に接続され、個別回収流路３０８は圧力室３０５の流出口３１０に接続されている。流出口３１０はエネルギー発生素子３０６に関して流入口３０９の反対側に位置している。インクの流れは、個別供給流路３０７から圧力室３０５を通って個別回収流路３０８に至る方向に生じる。
【００１８】
第１の吐出口３０３Ａは、第１の圧力室３０５Ａ内における液体の流方向と平行な方向に第１のフェレ径Ｒ１を有する。また、第２の吐出口３０３Ｂは、第２の圧力室３０５Ｂ内における液体の流方向と平行な方向に第２のフェレ径Ｒ２を有する。第１のフェレ径Ｒ１は第２のフェレ径Ｒ２より大きい。フェレ径については第２の実施形態で詳細に説明するが、本実施形態では、第１のフェレ径Ｒ１と第２のフェレ径Ｒ２は、それぞれ第１の吐出口３０３Ａと第２の吐出口３０３Ｂの直径に等しい。
第１の圧力室３０５Ａ内における液体の流速は第２の圧力室３０５Ｂ内における液体の流速より小さい。このような流速の関係を実現するため、本実施形態では、第１の個別供給流路３０７Ａの流路抵抗が第２の個別供給流路３０７Ｂの流路抵抗より大きくされている。具体的には第１の個別供給流路３０７Ａが第２の個別供給流路３０７Ｂより小さな流路断面を有している。同様に、第１の個別回収流路３０８Ａの流路抵抗が第２の個別回収流路３０８Ｂの流路抵抗より大きくされている。具体的には第１の個別回収流路３０８Ａが第２の個別回収流路３０８Ｂより小さな流路断面を有している。より詳細には、開口面積の大きい第１の吐出口３０３Ａが配置された第１の圧力室３０５Ａの流入口３０９と流出口３１０とには、第１の流抵抗素子３１１Ａが配置されている。開口面積の小さい第２の吐出口３０３Ｂが配置された第２の圧力室３０５Ｂの流入口３０９と流出口３１０とには、第２の流抵抗素子３１１Ｂが配置されている。これにより、第１の圧力室３０５Ａ内の流速Ｊ１が、第２の圧力室３０５Ｂ内の流速Ｊ２より小さくなる（図２参照）。この結果、第１の点２０６から第１の圧力室３０５Ａの流入口３０９までの流路の圧力損失が、第１の点２０６から第２の圧力室３０５Ｂの流入口３０９までの流路の圧力損失より大きくなる。
なお、第１の個別供給流路３０７Ａの流路抵抗と第２の個別供給流路３０７Ｂの流路抵抗を異ならせる方法は流路断面積を異ならせる方法に限られない。例えば、第１の個別供給流路３０７Ａと第２の個別供給流路３０７Ｂの流路壁面の表面粗さを異ならせることでも同様の効果が得られる。
【００１９】
（メカニズムの説明）
一般に、口径が大きな吐出口は、口径が小さな吐出口よりも、インクの濃縮抑制に必要な最低循環流速が小さい。この理由について以下に簡単に説明する。吐出が行われず、圧力室内で液体の循環流が生じているとき、インクの揮発成分は蒸発により失われ、循環流により補われる。この現象はすみやかに平衡に達するため、インクの吐出は平衡状態で吐出されるインクの平均粘度に影響される。局所的な流れを考えると、液体流方向に直交する吐出口の壁面付近の気液界面でインク循環流速が最も小さく、蒸発流速が最も大きくなるため、インクの濃縮はこの部分に集中する。ここで、吐出口の循環流方向の口径をＲ、圧力室の流路高さをＨ、吐出口形成部材３０２の厚さをＰとする（図３（ｃ）参照）。インクが濃縮する部分の体積Ｖｃがインクの吐出体積より十分に小さいとき、流体力学的な考察より、ＶｃはＲによらずＨ，Ｐによってのみ定まる。一方、インクが吐出される部分の体積はＲに比例するので、Ｈ，Ｐが一定ならば、吐出されるインクの平均的な濃度はＲに反比例する。従って、インク流速が一定ならば、吐出口の口径Ｒが大きいほど、吐出されるインク粘度の上昇は小さい。同様に、吐出されるインク粘度の上昇が等しいとき、口径が大きい吐出口におけるインク流速は、口径が小さい吐出口におけるインク流速より小さい。
そこで、口径の異なる複数の吐出口列に対して、圧力室内のインク流速を異なる値となるように制御する。これにより、すべての吐出口に対して、過不足ないインク流速で、インクの濃縮を抑制することができる。具体的には、インク流方向の吐出口の口径が大きいほど、インクの濃縮抑制に必要な循環流速は小さいため、口径が大きい吐出口に対して循環流速を小くし、口径が小さい吐出口に対して循環流速を大きくする。
【００２０】
（具体的な設計値例）
圧力室３０５の流路高さＨ＝１４マイクロメートル、吐出口形成部材３０２の厚さＰ＝１１マイクロメートルとする。吐出口ごとの圧力損失の差は、個別供給流路３０７と圧力室３０５と個別回収流路３０８において生じる。流路高さＨおよび差圧が一定のとき、流速は流路の長さに比例し、流路の幅に反比例する。また、吐出される液滴の体積は、ほぼ吐出口の面積に比例する。第１の吐出口３０３Ａが５ｐＬの液滴を、第２の吐出口３０３Ｂが２ｐＬの液滴を吐出すると仮定する。このとき、第１の吐出口３０３Ａの開口面積はおよそ２６０平方マイクロメートル、第２の吐出口３０３Ｂの開口面積はおよそ１００平方マイクロメートルとなる。吐出口が円形の場合、第１の吐出口３０３Ａと第２の吐出口３０３Ｂの直径はそれぞれ１８．２マイクロメートルと１１．５マイクロメートルとなる。インクの濃縮抑制に必要な流速は、吐出口径に反比例するため、２ｐＬの液滴を吐出する第２の吐出口３０３Ｂは５ｐＬの液滴を吐出する第１の吐出口３０３Ａの約１．６倍の流速を必要とする。よって、第１の吐出口３０３Ａと接続された第１の圧力室３０５Ａの流路抵抗が、第２の吐出口３０３Ｂと接続された第２の圧力室３０５Ｂの流路抵抗の１．６倍であれば、双方の吐出口について最低限の流速が実現できる。ここで、圧力室３０５の幅および長さがすべて同一であるとし、幅をＷ１、長さをＬ１とする。個別供給流路３０７と個別回収流路３０８は同一の流路断面と流路長を有するとし、幅をＷ２、長さをＬ２とする。すると、個別供給流路３０７、個別回収流路３０８および圧力室３０５の合成抵抗は（２×Ｌ２／Ｗ２＋Ｌ１／Ｗ１）に比例する。よって、第１の個別供給流路３０７Ａの幅をＷ２１、長さをＬ２１、第２の個別供給流路３０７Ｂの幅をＷ２２、長さをＬ２２とすると、
２×Ｌ２１／Ｗ２１＋Ｌ１／Ｗ１＝１．６×（２×Ｌ２２／Ｗ２２＋Ｌ１／Ｗ１）
の関係式が成り立つ。Ｌ１＝３０、Ｗ１＝３０、Ｌ２１＝Ｌ２２＝２０とすると、一例として、Ｗ２１＝１２、Ｗ２２＝２３（単位はすべてマイクロメートル）のとき、上記の関係式は満たされる。
【００２１】
（第１の実施形態の効果）
本実施形態によれば、口径の異なる複数の吐出口を有する液体吐出ヘッドにおいて、最小限のインク循環流速でインク増粘への影響を防止するとともに、過小もしくは過大なインク循環流による画像品質への影響を抑制することができる。
【００２２】
（第２の実施形態）
以下、本発明の液体吐出ヘッドの第２の実施形態について、図４を用いて説明する。
本実施形態においては、液体吐出ヘッドの構成およびインクの供給系の構成は第１の実施形態と同様であり、記録素子基板１０２の構成のみが異なる。従って、ここでは記録素子基板１０２の構成のみを説明する。
【００２３】
（記録素子基板の構成の説明）
記録素子基板１０２の基本構成は第１の実施形態と同じである。すなわち、図３（ａ）に示すように、記録素子基板１０２は、基板３０１と、基板３０１に接合された吐出口形成部材３０２と、を有している。吐出口形成部材３０２には口径の異なる複数の吐出口３０３が配置されている。図４（ａ），（ｂ）に、本実施形態の吐出口の形状を例示する。図４（ａ）を参照すると、第１及び第２の吐出口３０３Ａ，３０３Ｂは、液体の流方向と平行な向きに吐出口の中心に向かって突き出す２つの突起３１４を有している。突起３１４は少なくとも１つあればよい。このような突起３１４を設けることでインクのミストを抑えることができる。図４（ｂ）を参照すると、第１及び第２の吐出口３０３Ａ，３０３Ｂは液体の流方向と平行な長軸を有する楕円形の形状となっている。吐出口の形状はこれらに限られず、任意の形状をとることができる。
【００２４】
圧力室内における液体流方向に平行な方向のフェレ径Ｒは、図４（ｂ）のＡ部の拡大図である図５に示すように、吐出口３０３の外接矩形の、液体流方向の辺の長さに相当する。フェレ径Ｒが大きい第１の吐出口３０３Ａでは、フェレ径Ｒが小さい第２の吐出口３０３Ｂに比べて、インクの濃縮抑制に必要な循環流速が小さい。そこで、本実施形態では、第１の実施形態と同様に、個別供給流路３０７と個別回収流路３０８に流抵抗素子３１１を設置し、流路断面積を吐出口ごとに変えている。これにより、フェレ径が大きい第１の吐出口３０３Ａを備える第１の圧力室３０５Ａの流速が、フェレ径の小さい第２の吐出口３０３Ｂを備える第２の圧力室３０５Ｂの流速よりも小さくなる。
【００２５】
（吐出口のアスペクト比の制限）
一般に、吐出口の液体流方向のフェレ径が大きいほど、インクの濃縮抑制に必要な液体流速は小さくなる。これは、液体流方向に直交する吐出口の壁面部分が最も流速が小さくなり、インクの濃縮が集中するためである。しかし、液体流方向の吐出口径が長く、液体流に直交する方向の吐出口径が短い高アスペクト比の吐出口では、液体流方向に平行な吐出口の壁面部分の影響が大きくなると考えられる。そのため、吐出口のアスペクト比、すなわち液体の流方向と直交する方向における最大寸法に対する、流方向における最大寸法の比は３より小さいことが望ましい。
【００２６】
（第２の実施形態の効果）
本実施形態によれば、フェレ径の異なる吐出口を備え印字品位の改善された液体吐出ヘッドにおいて、インク濃縮の抑制と画像精細感の向上を両立することができる。
【００２７】
（第３の実施形態）
以下、本発明の液体吐出ヘッドの第３の実施形態について、図６を用いて説明する。
本実施形態においては、液体吐出ヘッドの構成およびインクの供給系の構成は第１および第２の実施形態と同様であり、記録素子基板１０２の構成のみが異なる。従って、ここでは記録素子基板１０２の構成のみを説明する。
【００２８】
（記録素子基板の構成の説明）
第１および第２の実施形態では、一つの吐出口列３０４に同一フェレ径の吐出口３０３のみが設けられていた。これに対し本実施形態では、図６に示すように、一つの吐出口列３０４に、第１のフェレ径Ｒ１を持つ第１の吐出口３０３Ａと、第２のフェレ径Ｒ２を持つ第２の吐出口３０３Ｂが交互に配置されている。第１の圧力室３０５Ａの流入口３０９と流出口３１０とに流抵抗素子３１１Ａが、第２の圧力室３０５Ｂの流入口３０９と流出口３１０とに流抵抗素子３１１Ｂが、それぞれ配置されている。これにより、第１の個別供給流路３０７Ａおよび第１の個別回収流路３０８Ａの流路幅が、第２の個別供給流路３０７Ｂおよび第２の個別回収流路３０８Ｂの流路幅より狭くなり、流抵抗が大きくなっている。このため、第１の圧力室３０５Ａ内の流速が第２の圧力室３０５Ｂ内の流速より小さくなり、同一の吐出口列３０４に所属する個別の吐出口に対し、最適な流速が実現される。第１の流抵抗素子３１１Ａは第１の圧力室３０５Ａの流入口３０９と流出口３１０の少なくとも一方に設ければよく、第２の流抵抗素子３１１Ｂも第２の圧力室３０５Ｂの流入口３０９と流出口３１０の少なくとも一方に設ければよい。本実施形態では図６に示す２つの吐出口列３０４の構成は同じである。互いに隣接する吐出口列３０４を吐出口列方向に相互にずらすことで、実効的な吐出口ピッチを小さくし、さらに画像の精細感を高めることも可能である。
【００２９】
（第３の実施形態の効果）
本実施形態によれば、複数の吐出口列を同一の構成とすることができる。従って、複数の吐出口列を設けた場合に、吐出口列間での構成上、製法上のばらつきを抑えることができる。
【００３０】
（第４の実施形態）
以下、本発明の液体吐出ヘッドの第４の実施形態について、図７を用いて説明する。
（ヘッド構成およびインク供給系の説明）
本実施形態では、第１の吐出口列３０４Ａに対応する第１の共通供給流路２０８Ａに共通供給口４０１が設けられ、第１の共通回収流路２０９Ａに共通排出口４０２Ａが設けられている。同様に、第２の吐出口列３０４Ｂに対応する第２の共通供給流路２０８Ｂに共通供給口４０１が設けられ、第２の共通回収流路２０９Ｂに共通排出口４０２Ｂが設けられている。すなわち、共通供給口４０１と共通排出口４０２の組み合わせが複数存在しており、吐出口列ごとに異なる系統でインク循環流を制御することができる。第１の吐出口列３０４Ａは第１の吐出口３０３Ａのみからなり、第２の吐出口列３０４Ｂは第２の吐出口３０３Ｂのみからなる。
【００３１】
第１の共通回収流路２０９Ａと第２の共通回収流路２０９Ｂとには、それぞれ流量調整装置４０３Ａ，４０３Ｂが設けられている。流量調整装置４０３Ａ，４０３Ｂのいずれかを省略することもできる。流量調整装置４０３Ａ，４０３Ｂは、吐出口径の異なる吐出口列３０４Ａおよび３０４Ｂにおける流量ないし流速を異なる値に調整（制御）する調整装置である。これにより、複数の吐出口列に対して、互いに異なる差圧で液体を供給することができる。一例として、第１の実施形態と同様に、５ｐＬの液滴を吐出する第１の吐出口３０３Ａと、２ｐＬの液滴を吐出する第２の吐出口３０３Ｂを考える。流路抵抗が同一であるとすると、第２の吐出口３０３Ｂに印加される差圧を第１の吐出口３０３Ａにかかる差圧の１．６倍とすれば、インクの濃縮を抑制するための最小限の流速がいずれの吐出口においても実現できる。
【００３２】
流量調整装置は、第１の共通回収流路２０９Ａや第２の共通回収流路２０９Ｂだけでなく、第１の共通供給流路２０８Ａや第２の共通供給流路２０８Ｂに設置することもできる。また、流量調整装置は、第１の個別供給流路３０７Ａ、第１の個別回収流路３０８Ａ、第２の個別供給流路３０７Ｂ、及び第２の個別回収流路３０８Ｂのいずれかに設置することもできる。流量調整装置は第１の点２０６と第２の点２０７との間を延び、第１の圧力室３０５Ａを通り第２の圧力室３０５Ｂを通らない第１の流路に設けることができる。同様に、流量調整装置は第１の点２０６と第２の点２０７との間を延び、第２の圧力室３０５Ｂを通り第１の圧力室３０５Ａを通らない第２の流路に設けることができる。流量調整装置はこれらの両者に設けることもできる。ここで、第１の流路は第１の共通供給流路２０８Ａと、第１の個別供給流路３０７Ａと、第１の圧力室３０５Ａと、第１の個別回収流路３０８Ａと、第１の共通回収流路２０９Ａと、からなる流路である。第２の流路は第２の共通供給流路２０８Ｂと、第２の個別供給流路３０７Ｂと、第２の圧力室３０５Ｂと、第２の個別回収流路３０８Ｂと、第２の共通回収流路２０９Ｂと、からなる流路である。
【００３３】
流量調整装置とは、一般に流路内の液体流量ないし流速を調整する装置であり、圧力調整ポンプ、ばね袋を用いた負圧発生装置、流抵抗の調節により液体流量を調節する流路絞りなどの任意の構成が考えられる。流量調整装置は動的な弁やポンプ、可変絞りであってもよいし、流量を静的に調整する流路狭隘部であってもよい。図７に示す例では、流量調整装置により、第２の共通回収流路２０９Ｂの流路抵抗が第１の共通回収流路２０９Ａの流路抵抗より大きくなる。この結果、第１の圧力室３０５Ａの流出口３１０から第２の点２０７までの流路の圧力損失が、第２の圧力室３０５Ｂの流出口３１０から第２の点２０７までの流路の圧力損失より大きくなる。
本実施形態では、第１、第２の実施形態と同様に、口径の異なる複数の吐出口に対して、個別の流抵抗素子３１１を取り付けることも可能であるし、省略することも可能である。
【００３４】
（第４の実施形態の効果）
本実施形態では、液体吐出ヘッドの外部に流量調整装置を取り付け、吐出口列ごとに独立して液体流速を調整できる。従って、画像品質の劣化を解消するための最適流速が、インク濃縮、インク温度などの環境変化や経時変化によって変化したときも、精密かつ柔軟に対応できる。
【００３５】
（第５の実施形態）
以下、本発明の液体吐出ヘッドの第５の実施形態について、図８を用いて説明する。
（記録素子基板の構成の説明）
図８（ａ）に本実施形態の記録素子基板１０２を吐出口形成部材３０２側から見た拡大透視図を示す。図８（ｂ），（ｃ），（ｄ）に図８（ａ）のＡ−Ａ線，Ｂ−Ｂ線，Ｃ−Ｃ線で切断した断面図をそれぞれ示す。
【００３６】
記録素子基板１０２は、第１の圧力室３０５Ａの流入口３０９に接続された第１の個別供給流路３０７Ａと、第１の圧力室３０５Ａの流出口３１０に接続された第１の個別回収流路３０８Ａと、を有する。また、記録素子基板１０２は、第２の圧力室３０５Ｂの流入口３０９に接続された第２の個別供給流路３０７Ｂと、第２の圧力室３０５Ｂの流出口３１０に接続された第２の個別回収流路３０８Ｂと、を有する。第１及び第２の圧力室３０５Ａ、３０５Ｂの流入口３０９及び流出口３１０は、共通流路５０１と連通している。インクは、共通流路５０１から第１の圧力室３０５Ａの流入口３０９及び第１の個別供給流路３０７Ａを通って、第１の圧力室３０５Ａに流入する。吐出口から吐出されなかったインクは第１の個別回収流路３０８Ａを通り、流出口３１０から共通流路５０１に排出される。第２の圧力室３０５Ｂを通るインクの流路についても同様である。このように、本実施形態ではインクの共通供給流路と共通回収流路が共通化されている。
【００３７】
本実施形態では、インクは共通流路５０１から供給される。しかし、共通流路５０１には液体流を発生させる差圧等は印加されない。個別の吐出口３０３に対して、マイクロポンプなどの駆動素子５０３が設置され、液体流を発生させる。駆動素子５０３は、第１の個別供給流路３０７Ａと、第２の個別供給流路３０７Ｂと、第１の個別回収流路３０８Ａと、第２の個別回収流路３０８Ｂとに設けられている。しかし、駆動素子５０３はこれらの少なくともいずれかに設けられればよい。マイクロポンプはＭＥＭＳ素子として記録素子基板１０２に組み込まれる。マイクロポンプは、機械型、磁気流体型、表面張力、相変化型のなどさまざまな方式を用いることができるが、特に電気浸透流型が、構成の容易さ、応答性の高さなどの点で優れている。電気浸透流型マイクロポンプを用いた場合、印加電圧や電極間距離を変えることにより液体流速を吐出口毎に異なる値とすることができる。口径の異なる第１の吐出口３０３Ａと第２の吐出口３０３Ｂに対し、出力の異なる駆動素子５０３Ａ，５０３Ｂを用いることで、第１の圧力室３０５Ａと第２の圧力室３０５Ｂにおける液体流速をそれぞれ異なる値とすることができる。本実施形態では、第１の実施形態のように一つの吐出口列内の吐出口形状を同一とすることもできるし、第３の実施形態のように一つの吐出口列内の吐出口形状を異なるものとすることもできる。
【００３８】
（第５の実施形態の効果）
本実施形態によれば液体吐出ヘッドの外部で差圧や循環流を発生させる必要がないため、全体としてのシステムを小型化できる。また、インク循環に伴うインク漏れや接液信頼性などの問題を抑制することができる。第４の実施形態と同様、個別の吐出口に対して、最適流速の変化に柔軟に対応可能である。
【符号の説明】
【００３９】
１０１  液体吐出ヘッド
１０２  記録素子基板
３０３  吐出口
３０５  圧力室
３０６  エネルギー発生素子
【図１】
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【図２】
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【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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