(57)【要約】【課題】より高精細で高品位な画像形成が可能な液体吐出装置を提供する。【解決手段】液体吐出装置は、液体を吐出するための複数の吐出口１３と、複数の吐出口１３に吐出口部を介してそれぞれ連通し、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記録素子を内部に備えた複数の圧力室２３と、複数の圧力室２３に液体を供給するための液体供給路と、複数の圧力室２３から液体を回収するための液体回収路と、を備えた記録素子基板を有する液体吐出ヘッドと、前記液体供給路、前記圧力室、前記液体回収路の順に液体を流動させるための流動手段と、を有している。複数の圧力室２３は、複数の圧力室２３内を液体が流動するように液体供給路と液体回収路とに連通し、タンクに収容された液体の比誘電率εｒが、εｒ≦４０．７の関係を満たしている。【選択図】図２７
2017124608.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項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記録素子を内部に備えた圧力室と、前記圧力室に液体を供給するための液体供給路と、前記圧力室から液体を回収するための液体回収路と、を備えた記録素子基板を有する液体吐出ヘッドと、
前記液体供給路、前記圧力室、前記液体回収路の順に液体を流動させるための流動手段と、
を有する液体吐出装置において、
前記流動手段によって前記圧力室内を流動する液体の比誘電率εｒが、εｒ≦４０．７の関係を満たすことを特徴とする液体吐出装置。
【請求項２】
前記圧力室内を流動する液体の比誘電率εｒが、εｒ≦３３．８の関係を満たす、請求項１に記載の液体吐出装置。
【請求項３】
前記圧力室内を流動する液体の比誘電率εｒが、εｒ≦３０．０の関係を満たす、請求項２に記載の液体吐出装置。
【請求項４】
前記吐出口と前記圧力室とを連通する吐出口部を備え、
前記圧力室の、前記吐出口部との連通部分に対して前記液体の流れ方向の上流側での高さＨと、前記吐出口部の液体の吐出方向における長さＰと、前記吐出口部の前記液体の流れ方向における長さＷとが、Ｈ−０．３４×Ｐ−０．６６×Ｗ＞１．７の関係を満たす、請求項１から３のいずれか１項に記載の液体吐出装置。
【請求項５】
前記高さＨが２０μｍ以下、前記長さＰが２０μｍ以下、前記長さＷが３０μｍ以下である、請求項４に記載の液体吐出装置。
【請求項６】
前記圧力室内を流動する液体の流速が０．１〜１００ｍｍ／ｓである、請求項１から５のいずれか１項に記載の液体吐出装置。
【請求項７】
前記液体の固形分量が８重量％以上である、請求項１から６のいずれか１項に記載の液体吐出装置。
【請求項８】
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記録素子と、前記記録素子を内部に備えた圧力室と、前記圧力室に液体を供給するための液体供給路と、前記圧力室から液体を回収するための液体回収路と、を備え、
比誘電率εｒがεｒ≦４０．７の関係を満たす液体が、前記液体供給路、前記圧力室、前記液体回収路を順に介して循環されることを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項９】
前記液体の比誘電率εｒが、εｒ≦３３．８の関係を満たす、請求項８に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項１０】
前記吐出口と前記圧力室とを連通する吐出口部を備え、
前記圧力室の、前記吐出口部との連通部分に対して前記液体の流れ方向の上流側での高さＨと、前記吐出口部の液体の吐出方向における長さＰと、前記吐出口部の前記液体の流れ方向における長さＷとが、Ｈ−０．３４×Ｐ−０．６６×Ｗ＞１．７の関係を満たす、請求項８または９に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項１１】
前記高さＨが２０μｍ以下、前記長さＰが２０μｍ以下、前記長さＷが３０μｍ以下である、請求項１０に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項１２】
前記圧力室内を流動する液体の流速が０．１〜１００ｍｍ／ｓである、請求項８から１１のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項１３】
前記液体の固形分量が８重量％以上である、請求項８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】
ページワイド型の液体吐出ヘッドであって、
前記記録素子を備える複数の記録素子基板と、
前記複数の記録素子基板を支持するとともに、前記複数の記録素子基板に液体を供給する流路部材と、
を備える、請求項８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】
前記流路部材は、前記複数の記録素子基板が配列される配列方向に沿って延在し、前記複数の記録素子基板に液体を供給するための共通供給流路と、前記配列方向に沿って延在し、前記複数の記録素子基板から液体を回収するための共通回収流路と、を備える、請求項１４に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項１６】
前記複数の記録素子基板は、直線状に配されている、請求項１４または１５に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項１７】
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、請求項８から１６のいずれか１項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、液体吐出装置および液体吐出ヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
吐出口からインク等の液体を吐出する液体吐出ヘッドには、吐出口から液体中の揮発成分が蒸発して吐出口付近で液体が増粘することで、吐出される液滴の吐出速度が変化したり着弾精度が影響を受けたりするという問題がある。
このような液体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経路に沿って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た流路内の液体を循環させることで、吐出口からの液体蒸発に伴う吐出口の目詰まりを抑制する液体吐出ヘッドが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−３５５９７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
吐出動作後の休止時間が長くなると、吐出口付近の液体の粘度の増加が顕著になり、液体中の固形成分が吐出口付近に固着することがある。そのため、休止後の１発目の液体吐出の際に、この固形成分により液体が吐出口を通過する際の流体抵抗が増加して、吐出不良が発生する可能性がある。
しかしながら、特許文献１に記載の液体吐出ヘッドでは、このような吐出不良については考慮されていない。したがって、休止後の１発目の液体吐出の際に発生する吐出不良により、画質の劣化を招くおそれがある。
そこで、本発明の目的は、より高精細で高品位な画像形成が可能な液体吐出装置および液体吐出ヘッドを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上述した目的を達成するために、本発明の液体吐出装置は、液体を吐出するための吐出口と、前記吐出口に吐出口部を介してそれぞれ連通し、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記録素子を内部に備えた圧力室と、前記圧力室に液体を供給するための液体供給路と、前記圧力室から液体を回収するための液体回収路と、を備えた記録素子基板を有する液体吐出ヘッドと、前記液体供給路、前記圧力室、前記液体回収路の順に液体を流動させるための流動手段と、を有する液体吐出装置において、前記圧力室内を流動する液体の比誘電率εｒが、εｒ≦４０．７の関係を満たすことを特徴とする。
また、本発明の液体吐出ヘッドは、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記録素子と、前記記録素子を内部に備えた圧力室と、前記圧力室に液体を供給するための液体供給路と、前記圧力室から液体を回収するための液体回収路と、を備え、比誘電率εｒがεｒ≦４０．７の関係を満たす液体が、前記液体供給路、前記圧力室、前記液体回収路を順に介して循環されることを特徴とする。
このような液体吐出装置および液体吐出ヘッドでは、液体の比誘電率を低下させることで、吐出動作を一定時間休止した後でも液体中の固形分が吐出口の周縁付近に滞留することを抑制することができる。その結果、固形分量が多い液体の場合でも、休止後１発目の液体吐出の際に吐出不良が発生することを抑制して、画質の劣化を抑制することが可能になる。
【発明の効果】
【０００６】
以上、本発明によれば、より高精細で高品位な画像形成が可能な液体吐出装置および液体吐出ヘッドを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１の適用例によるインクジェット記録装置の斜視図である。
【図２】第１の適用例における第１の循環経路を示す模式図である。
【図３】第１の適用例における第２の循環経路を示す模式図である。
【図４】第１の適用例による液体吐出ヘッドの斜視図である。
【図５】第１の適用例による液体吐出ヘッドの分解斜視図である。
【図６】第１の適用例の第１から第３の流路部材の平面図である。
【図７】第１の適用例の流路部材の一部を拡大して示す透視図である。
【図８】図７のＥ−Ｅ線における断面図である。
【図９】第１の適用例の吐出モジュールの斜視図および分解斜視図である。
【図１０】第１の適用例の記録素子基板の平面図である。
【図１１】図１０（ａ）のＢ−Ｂ線での断面を示す斜視図である。
【図１２】第１の適用例の記録素子基板の隣接部の部分拡大平面図である。
【図１３】第２の適用例による液体吐出ヘッドの斜視図である。
【図１４】第２の適用例による液体吐出ヘッドの分解斜視図である。
【図１５】第２の適用例の第１および第２の流路部材の平面図である。
【図１６】第２の適用例の流路部材の一部を拡大して示す透視図である。
【図１７】図１６のＦ−Ｆ線における断面図である。
【図１８】第２の適用例の吐出モジュールの斜視図および分解斜視図である。
【図１９】第２の適用例の記録素子基板の平面図である。
【図２０】第２の適用例によるインクジェット記録装置の斜視図である。
【図２１】第１の実施形態の液体吐出ヘッドの要部を示す図である。
【図２２】液体吐出ヘッドの吐出口近傍の拡大断面図である。
【図２３】ヘッド寸法と流れモードとの関係を説明するためのグラフである。
【図２４】ヘッド寸法と流れモードとの関係を確認した結果を示すグラフである。
【図２５】吐出口部内の循環流の様子の例を示す図である。
【図２６】吐出口部内のインク濃縮の様子を示す図である。
【図２７】吐出口部内の顔料の濃度分布および溶剤の濃度分布を示す図である。
【図２８】休止後の吐出発数に対する吐出速度をプロットしたグラフである。
【図２９】休止後の吐出発数に対する吐出速度をプロットしたグラフである。
【図３０】第１の適用例における第３の循環経路を示す図である。
【図３１】第１の適用例によるインクジェット記録装置の斜視図である。
【図３２】第１の適用例の液体吐出ヘッドの斜視図である。
【図３３】第１の適用例の液体吐出ヘッドの分解斜視図である。
【図３４】第１の適用例の液体吐出ヘッドの流路部材の概略図である。
【図３５】第３の適用例における記録装置の図である。
【図３６】第３の適用例における第４の循環経路を示す図である。
【図３７】第３の適用例における液体吐出ヘッドの斜視図および分解斜視図である。
【図３８】第３の適用例における液体吐出ヘッドの図である。
【図３９】第２の実施形態の液体吐出ヘッドの拡大断面図である。
【図４０】第３の実施形態の液体吐出ヘッドの拡大平面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を用いて本発明を適用可能な各適用例および実施の形態の例を説明する。まず始めに本発明を適用可能な第１〜第３の適用例を説明した後に、本発明の実施形態について説明する。ただし、以下の記載は本発明の範囲を限定するものではない。１例として、本適用例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が採用されているが、ピエゾ方式およびその他の各種液体吐出方式が採用された液体吐出ヘッドにも本発明を適用することができる。
本適用例は、インク等の液体をタンクと液体吐出ヘッド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）であるが、その他の形態であっても良い。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良い。また本適用例は被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が、被記録媒体に対してスキャンを行いながら記録を行う、所謂シリアル型の液体吐出ヘッドにも本発明を適用できる。シリアル型の液体吐出ヘッドとしては、例えばブラックインク用、およびカラーインク用記録素子基板を各１つずつ搭載する構成があげられるが、これに限られるものではない。数個の記録素子基板を吐出口列方向に吐出口をオーバーラップさせるよう配置した、被記録媒体の幅よりも短い、短尺のラインヘッドを作成し、それを被記録媒体に対してスキャンさせる形態のものであっても良い。
【０００９】
［第１の適用例］
（インクジェット記録装置の説明）
本発明の、液体を吐出する装置、特にはインクを吐出して記録を行うインクジェット記録装置１０００（以下、記録装置とも称す）の概略構成を図１に示す。記録装置１０００は被記録媒体２を搬送する搬送部１、被記録媒体の搬送方向と略直交して配置されるライン型（ページワイド型）の液体吐出ヘッド３とを備えている。記録装置１０００は複数の被記録媒体２を連続もしくは間欠に搬送しながら１パスで連続記録を行うライン型記録装置である。被記録媒体２はカット紙に限らず、連続したロール紙であってもよい。液体吐出ヘッド３はＣＭＹＫインクによる（シアン、マゼンタ、イエロー、ブラック）フルカラー印刷が可能である。液体吐出ヘッド３には、後述するように液体を液体吐出ヘッドへ供給する供給路である液体供給手段、メインタンクおよびバッファタンク（図２参照）が流体的に接続される。また、液体吐出ヘッド３には、液体吐出ヘッド３へ電力及び吐出制御信号を伝送する電気制御部が電気的に接続される。吐出ヘッド３内における液体経路及び電気信号経路については後述する。
【００１０】
（第１の循環経路の説明）
図２は、本適用例の記録装置に適用される循環経路の１形態である第１の循環経路を示す模式図である。図２には、液体吐出ヘッド３を、流動手段である第１循環ポンプ（高圧側）１００１、第１循環ポンプ（低圧側）１００２、及びバッファタンク１００３等に流体的に接続した図が示されている。なお図２では、説明を簡略化するためにＣＭＹＫインクの内の一色のインクが流動する経路のみを示しているが、実際には４色分の循環経路が、液体吐出ヘッド３及び記録装置本体に設けられる。メインタンク１００６と接続される、サブタンクとしてのバッファタンク１００３はタンク内部と外部とを連通する大気連通口（不図示）を有し、インク中の気泡を外部に排出することが可能である。バッファタンク１００３は、補充ポンプ１００５とも接続されている。補充ポンプ１００５は、インクを吐出しての記録や吸引回復等、液体吐出ヘッドの吐出口からインクを吐出（排出）することによって液体吐出ヘッド３で液体が消費された際に、消費されたインク分をメインタンク１００６からバッファタンク１００３へ移送する。
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へ流す役割を有する。液体吐出ヘッド３内の液体を流動させる流動手段としての第１循環ポンプとしては定量的な送液能力を有する容積型ポンプが好ましい。具体的にはチューブポンプ、ギアポンプ、ダイヤフラムポンプ、シリンジポンプ等が挙げられるが、例えば一般的な定流量弁やリリーフ弁をポンプ出口に配して一定流量を確保する形態であっても用いることが出来る。液体吐出ユニット３００の駆動時には第１循環ポンプ（高圧側）１００１及び第１循環ポンプ（低圧側）１００２によって、それぞれ共通供給経路２１１、共通回収流路２１２内をある一定量のインクが流れる。この流量としては、液体吐出ヘッド３内の各記録素子基板１０間の温度差が、記録画質に影響しない程度以上に設定することが好ましい。もっとも、あまりに大きな流量を設定すると、液体吐出ユニット３００内の流路の圧損の影響により、各記録素子基板１０で負圧差が大きくなり過ぎて画像の濃度ムラが生じてしまう。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。
【００１１】
負圧制御ユニット２３０は、第２循環ポンプ１００４と液体吐出ユニット３００との経路の間に設けられている。負圧制御ユニット２３０は、記録を行うＤｕｔｙの差によって循環系の流量が変動した場合でも負圧制御ユニット２３０よりも下流側（即ち液体吐出ユニット３００側）の圧力を予め設定した一定圧力に維持するように動作する機能を有する。負圧制御ユニット２３０を構成する２つの圧力調整機構としては、それ自身よりも下流の圧力を、所望の設定圧を中心として一定の範囲以下の変動で制御できるものであれば、どのような機構を用いても良い。一例としては所謂「減圧レギュレーター」と同様の機構を採用することができる。減圧レギュレーターを用いた場合には、図２に示したように、第２循環ポンプ１００４によって、液体供給ユニット２２０を介して負圧制御ユニット２３０の上流側を加圧するようにすることが好ましい。このようにするとバッファタンク１００３の液体吐出ヘッド３に対する水頭圧の影響を抑制できるので、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において、一定圧以上の揚程圧を有するものであればよく、ターボ型ポンプや容積型ポンプなどを使用できる。具体的には、ダイヤフラムポンプ等が適用可能である。また第２循環ポンプ１００４の代わりに、例えば負圧制御ユニット２３０に対してある一定の水頭差をもって配置された水頭タンクでも適用可能である。
【００１２】
図２に示したように負圧制御ユニット２３０は、それぞれが互いに異なる制御圧が設定された２つの圧力調整機構を備えている。２つの負圧調整機構の内、相対的に高圧設定側（図２でＨと記載）、相対的に低圧側（図２でＬと記載）は、それぞれ、液体供給ユニット２２０内を経由して、液体吐出ユニット３００内の共通供給経路２１１、共通回収流路２１２に接続されている。液体吐出ユニット３００には、共通供給経路２１１、共通回収流路２１２、及び各記録素子基板と連通する個別供給流路２１３ａおよび個別回収流路２１３ｂが設けられている。個別流路２１３は共通供給経路２１１及び共通回収流路２１２と連通しているので、液体の一部が、共通供給流路２１１から記録素子基板１０の内部流路を通過して共通回収流路２１２へと流れる流れ（図２の矢印）が発生する。共通供給流路２１１には圧力調整機構Ｈが、共通回収流路２１２には圧力調整機構Ｌが接続されているため、２つの共通流路間に差圧が生じているからである。
このようにして、液体吐出ユニット３００では、共通供給流路２１１及び共通回収流路２１２内をそれぞれ通過するように液体を流しつつ、一部の液体が各記録素子基板１０内を通過するような流れが発生する。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の流れで記録素子基板１０の外部へ排出することが出来る。またこのような構成により、液体吐出ヘッド３による記録を行っている際に、記録を行っていない吐出口や圧力室においてもインクの流れを生じさせることが出来るので、その部位におけるインクの増粘を抑制できる。また増粘したインクやインク中の異物を共通回収流路２１２へと排出することができる。このため、本適用例の液体吐出ヘッド３は、高速で高画質な記録が可能となる。
【００１３】
（第２の循環経路の説明）
図３は、本適用例の記録装置に適用される循環経路のうち、上述した第１の循環経路とは異なる循環形態である第２の循環経路を示す模式図である。前述の第１の循環経路との主な相違点は、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機構であることである。この機構は、所謂「背圧レギュレーター」と同作用の機構部品である。また、他の相違点は、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ものであることである。さらに、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が液体吐出ヘッド下流側に配置されていることも相違点である。
第２の循環経路において負圧制御ユニット２３０は、次のように作動する。即ち、液体吐出ヘッド３により記録を行う際の記録Ｄｕｔｙの変化によって生じる流量の変動があっても、自身の上流側（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にするように作動する。図３に示すように、第２循環ポンプ１００４によって、液体供給ユニット２２０を介して負圧制御ユニット２３０の下流側を加圧することが好ましい。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。
【００１４】
第１の適用例と同様に、図３に示したように負圧制御ユニット２３０は、それぞれが互いに異なる制御圧が設定された２つの圧力調整機構を備えている。２つの負圧調整機構の内、高圧設定側（図３でＨと記載）、低圧側（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。このことで、共通供給流路２１１から個別流路２１３及び各記録素子基板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が発生する（図３の矢印）。このように、第２の循環経路では、液体吐出ユニット３００内には第１の循環経路と同様のインク流れ状態が得られるが、第１の循環経路の場合とは異なる２つの利点がある。
１つ目の利点は、第２循環経路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ヘッドへ流入する懸念が少ないことである。２つ目の利点は、第２の循環経路では、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。記録待機時に循環している場合の、共通供給流路２１１及び共通回収流路２１２内の流量の合計をＡとする。Ａの値は、記録待機中に液体吐出ヘッド３の温度調整を行う場合に、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の全ての吐出口からインクを吐出する場合（全吐時）の吐出流量をＦと定義する。そうすると、第１循環経路の場合（図２）では、第１循環ポンプ（高圧側）１００１及び第１循環ポンプ（低圧側）１００２の設定流量がＡとなるので、全吐時に必要な液体吐出ヘッド３への液体供給量の最大値はＡ＋Ｆとなる。
【００１５】
一方で第２循環経路の（図３）の場合、記録待機時に必要な液体吐出ヘッド３への液体供給量は流量Ａである。そして、全吐時に必要な液体吐出ヘッド３への供給量は流量Ｆとなる。そうすると、第２の循環経路の場合、第１循環ポンプ（高圧側）１００１及び第１循環ポンプ（低圧側）１００２の設定流量の合計値、即ち必要供給流量の最大値はＡ又は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循環経路における必要供給量の最大値（Ａ又はＦ）は、第１循環経路における必要供給流量の最大値（Ａ＋Ｆ）よりも必ず小さくなる。そのため第２の循環経路の場合、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る。その結果、記録装置本体のコストを低減できるという利点がある。この利点は、Ａ又は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循環経路の方が、第２循環経路に対して有利になる点もある。すなわち、第２循環経路では、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、記録Ｄｕｔｙの低い画像であるほど、各ノズルに高い負圧が印加された状態となる。このため、特に共通供給流路２１１及び共通回収流路２１２の流路幅（液体の流れ方向と直交する方向の長さ）を小さくしてヘッド幅（液体吐出ヘッドの短手方向の長さ）を小さくした場合、サテライト滴の影響が大きくなる虞がある。これは、ムラの見えやすい低Ｄｕｔｙ画像でノズルに高い負圧が印加されるためである。一方、第１循環経路の場合、高い負圧がノズルに印加されるのは高Ｄｕｔｙ画像形成時であるため、仮にサテライトが発生しても視認されにくく、画像への影響は小さいという利点がある。２つの循環経路の選択は、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、及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。
【００１６】
（第３の循環経路の説明）
図３０は、本適用例の記録装置における循環経路の１形態である第３の循環経路を示す模式図である。上記第１および第２の循環経路と同様な機能、構成については説明を省略し、異なる点について主体的に説明する。
本循環経路では、液体吐出ヘッド３の中央部の２か所と、液体吐出ヘッド３の一端部の１か所の計３か所から液体吐出ヘッド３内に液体が供給される。液体は、共通供給流路２１１から各圧力室２３を経た後に共通回収流路２１２に回収され、液体吐出ヘッド３の他端部にある回収開口から外部へ回収される。個別流路２１３は共通供給経路２１１及び共通回収流路２１２と連通しており、各個別流路２１３の経路中に記録素子基板１０およびその記録素子基板内に配される圧力室２３が設けられている。よって、第１循環ポンプ１００２で流す液体の一部は、共通供給流路２１１から記録素子基板１０の圧力室２３内を通過して、共通回収流路２１２へと流れる（図３０の矢印）。これは、共通供給流路２１１に接続された圧力調整機構Ｈと、共通回収流路２１２に接続された圧力調整機構Ｌとの間に圧力差が設けられ、第１循環ポンプ１００２が共通回収流路２１２のみに接続されているからである。
このようにして、液体吐出ユニット３００では、共通回収流路２１２内を通過するような液体の流れと、共通供給流路２１１から各記録素子基板１０内の圧力室２３を通過し共通回収流路２１２に流れが発生する。このため、圧力損失の増大を抑制しつつ、各記録素子基板１０で発生する熱を共通供給流路２１１から共通回収流路２１２への流れで記録素子基板１０の外部へ排出することが出来る。また、本循環経路によれば、上記第１および第２の循環経路に比べて液体の輸送手段であるポンプの数を少なくすることが可能となる。
【００１７】
（液体吐出ヘッド構成の説明）
第１の適用例に係る液体吐出ヘッド３の構成について説明する。図４（ａ）及び図４（ｂ）は本適用例に係る液体吐出ヘッド３の斜視図である。液体吐出ヘッド３は１つの記録素子基板１０でＣ／Ｍ／Ｙ／Ｋの４色のインクを吐出可能な記録素子基板１０を直線上に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４（ａ）に示すように、液体吐出ヘッド３には各記録素子基板１０と、フレキシブル配線基板４０および電気配線基板９０を介して電気的に接続された信号入力端子９１と電力供給端子９２を備える。信号入力端子９１及び電力供給端子９２は記録装置１０００の制御部と電気的に接続され、それぞれ、吐出駆動信号及び吐出に必要な電力を記録素子基板１０に供給する。電気配線基板９０内の電気回路によって配線を集約することで、信号出力端子９１及び電力供給端子９２の数を記録素子基板１０の数に比べて少なくできる。これにより、記録装置１０００に対して液体吐出ヘッド３を組み付ける時又は液体吐出ヘッドの交換時に取り外しが必要な電気接続部数が少なくて済む。図４（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、記録装置１０００の液体供給系と接続される。これによりＣＭＹＫ４色のインクが記録装置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。
【００１８】
図５に液体吐出ヘッド３を構成する各部品またはユニットの分解斜視図を示す。液体吐出ユニット３００、液体供給ユニット２２０、及び電気配線基板９０が筺体８０に取り付けられている。液体供給ユニット２２０には液体接続部１１１（図３）が設けられるとともに、液体供給ユニット２２０の内部には、供給されるインク中の異物を取り除くため、液体接続部１１１の各開口と連通する各色別のフィルタ２２１（図２、図３）が設けられている。２つの液体供給ユニット２２０は、それぞれに２色分ずつのフィルタ２２１が設けられている。フィルタ２２１を通過した液体はそれぞれの色に対応して供給ユニット２２０上に配置された負圧制御ユニット２３０へ供給される。負圧制御ユニット２３０は各色別の圧力調整弁からなるユニットであり、それぞれの内部に弁やバネ部材などの働きによって、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。そうして、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。これら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、低圧側が共通回収流路２１２と、液体供給ユニット２２０を介して連通している。
【００１９】
筐体８０は、液体吐出ユニット支持部８１及び電気配線基板支持部８２とから構成され、液体吐出ユニット３００及び電気配線基板９０を支持するとともに、液体吐出ヘッド３の剛性を確保している。電気配線基板支持部８２は電気配線基板９０を支持する為のものであって、液体吐出ユニット支持部８１にネジ止めによって固定されている。液体吐出ユニット支持部８１は液体吐出ユニット３００の反りや変形を矯正して、複数の記録素子基板１０の相対位置精度を確保する役割を有し、それにより記録物におけるスジやムラを抑制する。そのため液体吐出ユニット支持部８１は、十分な剛性を有することが好ましく、材質としてはＳＵＳやアルミなどの金属材料、もしくはアルミナなどのセラミックが好適である。液体吐出ユニット支持部８１には、ジョイントゴム１００が挿入される開口８３、８４が設けられている。液体供給ユニット２２０から供給される液体はジョイントゴムを介して液体吐出ユニット３００を構成する第３流路部材７０へと導かれる。
液体吐出ユニット３００は、複数の吐出モジュール２００、流路部材２１０からなり、液体吐出ユニット３００の被記録媒体側の面にはカバー部材１３０が取り付けられる。ここで、カバー部材１３０は図５に示したように、長尺の開口１３１が設けられた額縁状の表面を持つ部材であり、開口１３１からは吐出モジュール２００に含まれる記録素子基板１０及び封止材による封止部１１０（図９）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。
【００２０】
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５に示したように、流路部材２１０は第１流路部材５０、第２流路部材６０、第３流路部材７０を積層したものである。流路部材２１０は、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へと分配し、また吐出モジュール２００から環流する液体を液体供給ユニット２２０へと戻すための流路部材である。流路部材２１０は液体吐出ユニット支持部８１にネジ止めで固定されており、それにより流路部材２１０の反りや変形が抑制されている。
【００２１】
図６（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６（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６（ｆ）は、第３流路部材７０の、液体吐出ユニット支持部８１と当接する側の面を示す。第１流路部材５０と第２流路部材６０とは、夫々の流路部材の当接面である図６（ｂ）と図６（ｃ）が対向するように接合し、第２流路部材と第３流路部材とは、夫々の流路部材の当接面である図６（ｄ）と図６（ｅ）が対向するように接合する。第２流路部材６０と第３流路部材７０を接合することにより、夫々の流路部材に形成される共通流路溝６２と７１とによって、流路部材の長手方向に延在する８本の共通流路が形成される。これにより色毎に共通供給流路２１１と共通回収流路２１２のセットが流路部材２１０内に形成される（図７）。第３流路部材７０の連通口７２はジョイントゴム１００の各穴と連通しており、液体供給ユニット２２０と流体的に流通している。第２流路部材６０の共通流路溝６２の底面には連通口６１が複数形成されており、第１流路部材５０の個別流路溝５２の一端部と連通している。第１流路部材５０の個別流路溝５２の他端部には連通口５１が形成されており、連通口５１を介して、複数の吐出モジュール２００と流体的に連通している。この個別流路溝５２により流路部材の中央側へ流路を集約することが可能となる。
【００２２】
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。上記母材としては、変性ＰＰＥ（ポリフェニレンエーテル）を用いることもできる。流路部材２１０の形成方法としては、３つの流路部材を積層させて互いに接着しても良いし、材質として樹脂複合樹脂材料を選択した場合には、溶着による接合方法を用いても良い。
【００２３】
次に図７を用いて流路部材２１０内の各流路の接続関係について説明する。図７は、第１〜第３流路部材を接合して形成される流路部材２１０内の流路を第１の流路部材５０の、吐出モジュール２００が搭載される面側から一部を拡大してみた透視図である。流路部材２１０には、色毎に液体吐出ヘッド３の長手方向に伸びる共通供給流路２１１（２１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃ、２１１ｄ）、及び共通回収流路２１２（２１２ａ、２１２ｂ、２１２ｃ、２１２ｄ）が設けられている。各色の共通供給流路２１１には、個別流路溝５２によって形成される複数の個別供給流路（２１３ａ、２１３ｂ、２１３ｃ、２１３ｄ）が連通口６１を介して接続されている。また、各色の共通回収流路２１２には、個別流路溝５２によって形成される複数の個別回収流路（２１４ａ、２１４ｂ、２１４ｃ、２１４ｄ）が連通口６１を介して接続されている。このような流路構成により各共通供給流路２１１から個別供給流路２１３を介して、流路部材の中央部に位置する記録素子基板１０にインクを集約することが出来る。また記録素子基板１０から個別回収流路２１４を介して、各共通回収流路２１２にインクを回収することが出来る。
【００２４】
図８は、図７のＥ−Ｅ線における断面を示した図である。この図に示すように、それぞれの個別回収流路（２１４ａ、２１４ｃ）は連通口５１を介して、吐出モジュール２００と連通している。図８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７に示すように個別供給流路２１３と吐出モジュール２００とが連通している。各吐出モジュール２００に含まれる支持部材３０及び記録素子基板１０には、第１流路部材５０からのインクを記録素子基板１０に設けられる記録素子１５（図１０）に供給するための流路が形成されている。さらに、支持部材３０及び記録素子基板１０には、記録素子１５に供給した液体の１部または全部を第１流路部材５０に回収（環流）するための流路が形成されている。ここで、各色の共通供給流路２１１は対応する色の負圧制御ユニット２３０（高圧側）と液体供給ユニット２２０を介して接続されており、また共通回収流路２１２は負圧制御ユニット２３０（低圧側）と液体供給ユニット２２０を介して接続されている。この負圧制御ユニット２３０により、共通供給流路２１１と共通回収流路２１２間に差圧（圧力差）を生じさせるようになっている。このため、図７及び８に示したように各流路を接続した本適用例の液体吐出ヘッド内では、各色で共通供給流路２１１〜個別供給流路２１３ａ〜記録素子基板１０〜個別回収流路２１３ｂ〜共通回収流路２１２へと順に流れる流れが発生する。
【００２５】
（吐出モジュールの説明）
図９（ａ）に１つの吐出モジュール２００の斜視図を、図９（ｂ）にその分解図を示す。吐出モジュール２００の製造方法としては、まず記録素子基板１０及びフレキシブル配線基板４０を、予め液体連通口３１が設けられた支持部材３０上に接着する。その後、記録素子基板１０上の端子１６と、フレキシブル配線基板４０上の端子４１とをワイヤーボンディングによって電気接続し、その後にワイヤーボンディング部（電気接続部）を封止材で覆って封止部１１０を形成する。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５参照）と電気接続される。支持部材３０は、記録素子基板１０を支持する支持体であるとともに、記録素子基板１０と流路部材２１０とを流体的に連通させる流路部材である為、平面度が高く、また十分に高い信頼性をもって記録素子基板と接合できるものが好ましい。材質としては例えばアルミナや樹脂材料が好ましい。
【００２６】
（記録素子基板の構造の説明）
本適用例における記録素子基板１０の構成について説明する。図１０（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１０（ｂ）は図１０（ａ）のＡで示した部分の拡大図を示し、図１０（ｃ）は図１０（ａ）の裏面の平面図を示す。図１０（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１０（ｂ）に示すように、各吐出口１３に対応した位置には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発熱素子である記録素子１５が配置されている。隔壁２２により、記録素子１５を内部に備える圧力室２３が区画されている。記録素子１５は記録素子基板１０に設けられる電気配線（不図示）によって、図１０（ａ）の端子１６と電気的に接続されている。記録素子１５は、記録装置１０００の制御回路から電気配線基板９０（図５）及びフレキシブル配線基板４０（図９）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１０（ｂ）に示すように、各吐出口列に沿って、一方の側には液体供給路１８が、他方の側には液体回収路１９が延在している。液体供給路１８及び液体回収路１９は記録素子基板１０に設けられた吐出口列方向に伸びた流路であり、それぞれ供給口１７ａ、回収口１７ｂを介して吐出口１３と連通している。
【００２７】
図１０（ｃ）および図１１に示すように、記録素子基板１０の、吐出口１３が形成される面の裏面にはシート状の蓋部材２０が積層されており、蓋部材２０には、後述する液体供給路１８及び液体回収路１９に連通する開口２１が複数設けられている。本適用例においては、液体供給路１８の１本に対して３個、液体回収路１９の１本に対して２個の開口２１が蓋部材２０に設けられている。図１０（ｂ）に示すように蓋部材２０の夫々の開口２１は、図６（ａ）に示した複数の連通口５１と連通している。図１１に示すように蓋部材２０は、記録素子基板１０の基板１１に形成される液体供給路１８及び液体回収路１９の壁の一部を形成する蓋としての機能を有する。蓋部材２０は、液体に対して十分な耐食性を有している物が好ましく、また、混色防止の観点から、開口２１の開口形状および開口位置には高い精度が求められる。このため蓋部材２０の材質として、感光性樹脂材料やシリコン板を用い、フォトリソプロセスによって開口２１を設けることが好ましい。このように蓋部材は開口２１により流路のピッチを変換するものであり、圧力損失を考慮すると厚みは薄いことが望ましく、フィルム状の部材で構成されることが望ましい。
【００２８】
次に、記録素子基板１０内での液体の流れについて説明する。図１１は図１０（ａ）におけるＢ−Ｂ面での記録素子基板１０および蓋部材２０の断面を示す斜視図である。記録素子基板１０はＳｉにより形成される基板１１と感光性の樹脂により形成される吐出口形成部材１２とが積層されており、基板１１の裏面には蓋部材２０が接合されている。基板１１の一方の面側には記録素子１５が形成されており（図１０）、その裏面側には、吐出口列に沿って延在する液体供給路１８および液体回収路１９を構成する溝が形成されている。基板１１と蓋部材２０によって形成される液体供給路１８及び液体回収路１９はそれぞれ、流路部材２１０内の共通供給流路２１１と共通回収流路２１２と接続されており、液体供給路１８と液体回収路１９との間には差圧が生じている。液体吐出ヘッド３の複数の吐出口１３から液体を吐出し記録を行っている際に、吐出動作を行っていない吐出口においては、この差圧によって、次のように液体が流れる。即ち、基板１１内に設けられた液体供給路１８内の液体が、供給口１７ａ、圧力室２３、回収口１７ｂを経由して液体回収路１９へ流れる（図１１の矢印Ｃで示した流れ）。この流れによって、記録を休止している吐出口１３や圧力室２３において、吐出口１３からの蒸発によって生じる増粘インクや、泡・異物などを液体回収路１９へ回収することができる。また吐出口１３や圧力室２３のインクの増粘を抑制することが出来る。液体回収路１９へ回収された液体は、蓋部材２０の開口２１及び支持部材３０の液体連通口３１（図９ｂ参照）を通じて、流路部材２１０内の連通口５１、個別回収流路２１４、共通回収流路２１２の順に回収される。そして、最終的には記録装置１０００の供給経路へと回収される。
【００２９】
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、ジョイントゴム１００、第３流路部材に設けられた連通口７２および共通流路溝７１、第２流路部材に設けられた共通流路溝６２および連通口６１、第１流路部材に設けられた個別流路溝５２および連通口５１の順に供給される。その後、支持部材３０に設けられた液体連通口３１、蓋部材に設けられた開口２１、基板１１に設けられた液体供給路１８および供給口１７ａを順に介して圧力室２３に供給される。圧力室２３に供給された液体のうち、吐出口１３から吐出されなかった液体は、基板１１に設けられた回収口１７ｂおよび液体回収路１９、蓋部材に設けられた開口２１、支持部材３０に設けられた液体連通口３１を順に流れる。その後、第１流路部材に設けられた連通口５１および個別流路溝５２、第２流路部材に設けられた連通口６１および共通流路溝６２、第３流路部材７０に設けられた共通流路溝７１および連通口７２、ジョイントゴム１００を順に流れる。そして、液体供給ユニットに設けられた液体接続部１１１から液体吐出ヘッド３の外部へ液体が流動する。図２に示す第１の循環経路の形態においては、液体接続部１１１から流入した液体は負圧制御ユニット２３０を経由した後にジョイントゴム１００に供給される。図３に示す第２の循環経路の形態においては、圧力室２３から回収された液体は、ジョイントゴム１００を通過した後、負圧制御ユニット２３０を介して液体接続部１１１から液体吐出ヘッドの外部へ流動する。
【００３０】
また図２および図３に示すように、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全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。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、本適用例のような微細で流抵抗の大きい流路を備える記録素子基板１０を備える場合であっても、液体の循環流の逆流を抑制することができる。このようにして、本適用例の液体吐出ヘッドでは、圧力室や吐出口近傍部の液体の増粘を抑制できるので吐出のヨレや不吐を抑制でき、結果として高画質な記録を行うことができる。
【００３１】
（記録素子基板間の位置関係の説明）
図１２は、隣り合う２つの吐出モジュールにおける、記録素子基板の隣接部を部分的に拡大して示す平面図である。図１０に示すように、本適用例では略平行四辺形の記録素子基板を用いている。図１２に示すように各記録素子基板１０における吐出口１３が配列される各吐出口列（１４ａ〜１４ｄ）は、被記録媒体の搬送方向に対し一定角度傾くように配置されている。それによって記録素子基板１０同士の隣接部における吐出列は、少なくとも１つの吐出口が被記録媒体の搬送方向にオーバーラップするようになっている。図１２では、Ｄ線上の２つの吐出口が互いにオーバーラップ関係にある。このような配置によって、仮に記録素子基板１０の位置が所定位置から多少ずれた場合でも、オーバーラップする吐出口の駆動制御によって、記録画像の黒スジや白抜けを目立たなくするようにすることができる。複数の記録素子基板１０を千鳥配置ではなく直線上（インライン）に配置した場合にも、図１２の構成により液体吐出ヘッド３の被記録媒体の搬送方向の長さの増大を抑えつつ、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出来る。なお、本適用例では記録素子基板の主平面は平行四辺形であるが、本発明はこれに限るものではなく、例えば長方形、台形、その他形状の記録素子基板を用いた場合でも、本発明の構成を好ましく適用することができる。
【００３２】
（液体吐出ヘッド構成の変形例の説明）
図３１〜図３４を用いて上述した液体吐出ヘッド構成の変形例について説明する。上述した例と同様な構成、機能については説明を省略し、異なる点について主体的に説明する。本変形例では、図３１、図３２に示すように、液体吐出ヘッド３と外部との液体の接続部である複数の液体接続部１１１は、液体吐出ヘッド３の長手方向の一端側に集約して配置されている。液体吐出ヘッド３の他端側には複数の負圧制御ユニット２３０を集約して配置している（図３３）。液体吐出ヘッド３に含まれる液体供給ユニット２２０は、液体吐出ヘッド３の長さに対応した長尺状のユニットとして構成され、供給する４色の液体に対応した流路およびフィルタ２２１を備える。図３３に示すように、液体吐出ユニット支持部８１に設けられる開口８３〜８６も上述した液体吐出ヘッド３とは異なる位置に設けられている。
図３４に流路部材５０、６０、７０の積層状態を示す。複数の流路部材５０、６０、７０の最上層である第１流路部材５０の上面に複数の記録素子基板１０が直線状に配列される。各記録素子基板１０の裏面側に形成される開口２１（図１９）に連通する流路は、液体の色ごとに、個別供給流路２１３が２つ、個別回収流路２１４が１つとなっている。これに対応して、記録素子基板１０の裏面に設けられる蓋部材２０に形成される開口２１も、液体の色ごとに供給開口２１が２つ、回収開口２１が１つとなっている。図３４に示すように、液体吐出ヘッド３の長手方向（複数の記録素子基板１０の配列方向）に沿って延在する共通供給流路２１１と共通回収流路２１２とが交互に並列されている。
【００３３】
［第２の適用例］
本発明を適用可能な第２の適用例によるインクジェット記録装置１０００及び液体吐出ヘッド３の構成を説明する。なお以降の説明においては、主として第１の適用例と異なる部分のみを説明し、第１の適用例と同様の部分については説明を省略する。
【００３４】
（インクジェット記録装置の説明）
本発明の第２の適用例によるインクジェット記録装置を図２０に示す。第２の適用例の記録装置１０００はＣＭＹＫのインクごとに対応した単色用の液体吐出ヘッド３を４つ並列配置させることで被記録媒体へフルカラー記録を行う点が第１の適用例とは異なる。第１の適用例において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、本適用例において１色あたりに使用できる吐出口列数は２０列となっている（図１９（ａ））。このため、記録データを複数の吐出口列に適宜振り分けて記録を行うことで、非常に高速な記録が可能となる。更に、不吐になる吐出口があったとしても、その吐出口に対して被記録媒体の搬送方向に対応する位置にある、他列の吐出口から補間的に吐出を行うことで信頼性が向上し、商業印刷などに好適である。第１の適用例と同様に、各液体吐出ヘッド３に対して、記録装置１０００の供給系、バッファタンク１００３及びメインタンク１００６（図２）が流体的に接続される。また、それぞれの液体吐出ヘッド３には、液体吐出ヘッド３へ電力及び吐出制御信号を伝送する電気制御部が電気的に接続される。
【００３５】
（循環経路の説明）
第１の適用例と同様に、記録装置１０００及び液体吐出ヘッド３間の液体循環経路としては、第１の適用例同様、図２又は図３に示した第１および第２の循環経路を用いることができる。
【００３６】
（液体吐出ヘッド構成の説明）
本発明の第２の適用例に係る液体吐出ヘッド３の構造について説明する。図１３（ａ）及び（ｂ）は本適用例に係る液体吐出ヘッド３の斜視図である。液体吐出ヘッド３は液体吐出ヘッド３の長手方向に直線上に配列される１６個の記録素子基板１０を備え、１色の液体で記録が可能なインクジェット式のライン型記録ヘッドである。液体吐出ヘッド３は、第１の適用例同様、液体接続部１１１、信号入力端子９１及び電力供給端子９２を備える。しかしながら本適用例の液体吐出ヘッド３は、第１の適用例に比べて吐出口列が多いため、液体吐出ヘッド３の両側に信号出力端子９１及び電力供給端子９２が配置されている。これは記録素子基板１０に設けられる配線部で生じる電圧低下や信号伝送遅れを低減のためである。
【００３７】
図１４は液体吐出ヘッド３の斜視分解図であり、液体吐出ヘッド３を構成する各部品またはユニットがその機能毎に分割されて表示されている。各ユニット及び部材の役割や液体吐出ヘッド内の液体流通の順は基本的に第１の適用例と同様であるが、液体吐出ヘッドの剛性を担保する機能が異なる。第１の適用例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の適用例の液体吐出ヘッドでは、液体吐出ユニット３００に含まれる第２流路部材６０によって液体吐出ヘッドの剛性を担保している。本適用例における液体吐出ユニット支持部８１は第２流路部材６０の両端部に接続されており、この液体吐出ユニット３００は記録装置１０００のキャリッジと機械的に結合されて、液体吐出ヘッド３の位置決めを行う。負圧制御ユニット２３０を備える液体供給ユニット２２０と、電気配線基板９０は、液体吐出ユニット支持部８１に結合される。２つの液体供給ユニット２２０内にはそれぞれフィルタ（不図示）が内蔵されている。２つの負圧制御ユニット２３０は、それぞれ異なる、相対的に高低の負圧で圧力を制御するように設定されている。また、この図のように液体吐出ヘッド３の両端部にそれぞれ、高圧側と低圧側の負圧制御ユニット２３０を設置した場合、液体吐出ヘッド３の長手方向に延在する共通供給流路２１１と共通回収流路２１２における液体の流れが互いに対向する。このようにすると、共通供給流路２１１と共通回収流路２１２の間で熱交換が促進されて、２つの共通流路内における温度差が低減される。そのため、共通流路に沿って複数設けられる各記録素子基板１０における温度差が付きにくく、温度差による記録ムラが生じにくくなるという利点がある。
【００３８】
次に液体吐出ユニット３００の流路部材２１０の詳細について説明する。図１４に示すように流路部材２１０は、第１流路部材５０、第２流路部材６０を積層したものであり、液体供給ユニット２２０から供給された液体を各吐出モジュール２００へと分配する。また流路部材２１０は、吐出モジュール２００から環流する液体を液体供給ユニット２２０へと戻すための流路部材として機能する。流路部材２１０の第２流路部材６０は、内部に共通供給流路２１１及び共通回収流路２１２が形成された流路部材であるとともに、液体吐出ヘッド３の剛性を主に担うという機能を有する。このため、第２流路部材６０の材質としては、液体に対する十分な耐食性と高い機械強度を有するものが好ましい。具体的にはＳＵＳやＴｉ、アルミナなどを好ましく用いることができる。
【００３９】
図１５（ａ）は第１流路部材５０の、吐出モジュール２００がマウントされる側の面を示し、図１５（ｂ）はその裏面である、第２流路部材６０と当接される側の面を示した図である。第１の適用例とは異なり、第２の適用例における第１流路部材５０は、各吐出モジュール２００毎に対応した複数の部材を隣接して配列したものである。このように分割した構造を採ることで、複数のモジュールを配列させることで、液体吐出ヘッドの長さに対応することが出来るので、例えばＢ２サイズおよびそれ以上の長さに対応した比較的ロングスケールの液体吐出ヘッドに特に好適に適用できる。図１５（ａ）に示すように、第１流路部材５０の連通口５１は吐出モジュール２００と流体的に連通し、図１５（ｂ）に示すように、第１流路部材５０の個別連通口５３は第２流路部材６０の連通口６１と流体的に連通する。図１５（ｃ）は第２流路部材６０の、第１流路部材５０と当接される側の面を示し、図１５（ｄ）は第２流路部材６０の厚み方向中央部の断面を示し、図１５（ｅ）は第２流路部材６０の、液体供給ユニット２２０と当接する側の面を示す図である。第２流路部材６０の流路や連通口の機能は、第１の適用例の１色分と同様である。第２流路部材６０の共通流路溝７１は、その一方が図１６に示す共通供給流路２１１であり、他方が共通回収流路２１２であり、夫々、液体吐出ヘッド３長手方向に沿って、一端側から他端側に液体が供給される。本適用例においては、第１の適用例と異なり、共通供給流路２１１と共通回収流路２１２の液体の長手方向は互いに反対方向である。
【００４０】
図１６は、記録素子基板１０と流路部材２１０との液体の接続関係を示した透視図である。図１６に示したように、流路部材２１０内には、液体吐出ヘッド３の長手方向に伸びる一組の共通供給流路２１１及び共通回収流路２１２が設けられている。第２流路部材６０の連通口６１は、各々の第１流路部材５０の個別連通口５３と位置を合わせて接続されており、第２流路部材６０の連通口７２から共通供給流路２１１を介して第１流路部材５０の連通口５１へと連通する液体供給経路が形成されている。同様に、第２流路部材６０の連通口７２から共通回収流路２１２を介して第１流路部材５０の連通口５１へと連通する液体供給経路も形成されている。
図１７は、図１６のＦ−Ｆ線における断面を示した図である。この図に示したように、共通供給流路は、連通口６１、個別連通口５３、連通口５１を介して、吐出モジュール２００へ接続されている。図８では不図示であるが、別の断面においては、個別回収流路が同様の経路で吐出モジュール２００へ接続されていることは、図１６を参照すれば明らかである。第１の適用例と同様に、各吐出モジュール２００及び記録素子基板１０には、各吐出口１３に連通する流路が形成されており、供給した液体の一部または全部が、吐出動作を休止している吐出口１３（圧力室２３）を通過して、環流できるようになっている。また第１の適用例と同様に、共通供給流路２１１は負圧制御ユニット２３０（高圧側）と、共通回収流路２１２は負圧制御ユニット２３０（低圧側）と液体供給ユニット２２０を介して接続されている。そのため、その差圧によって、共通供給流路２１１から記録素子基板１０の吐出口１３（圧力室２３）を通過して共通回収流路２１２へと流れる流れが発生する。
【００４１】
（吐出モジュールの説明）
図１８（ａ）に、１つの吐出モジュール２００の斜視図を、図１８（ｂ）にその分解図を示す。第１の適用例との差異は、以下の点である。即ち、記録素子基板１０の複数の吐出口列方向に沿った両辺部（記録素子基板１０の各長辺部）に複数の端子１６がそれぞれ配置され、それに電気接続されるフレキシブル配線基板４０も、１つの記録素子基板１０に対して２枚配置される点である。これは記録素子基板１０に設けられる吐出口列数が２０列あり、第１の適用例の８列よりも大幅に増加しているためである。即ち、端子１６から、吐出口列に対応して設けられる記録素子１５までの最大距離を短く抑制して、記録素子基板１０内の配線部で生じる電圧低下や信号伝送遅れを低減することを目的としている。また支持部材３０の液体連通口３１は記録素子基板１０に設けられ、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の適用例と同様である。
【００４２】
（記録素子基板の構造の説明）
図１９（ａ）は記録素子基板１０の吐出口１３が配される側の面の模式図、図１９（ｃ）は図１９（ａ）の面の裏面を示す模式図である。図１９（ｂ）は図１９（ｃ）において、記録素子基板１０の裏面側に設けられている蓋部材２０を除去した場合の記録素子基板１０の面を示す模式図である。図１９（ｂ）に示すように、記録素子基板１０の裏面には吐出口列方向に沿って、液体供給路１８と液体回収路１９とが交互に設けられている。吐出口列数は第１の適用例よりも大幅に増加しているものの、第１の適用例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。各吐出口列毎に一組の液体供給路１８と液体回収路１９が設けられていること、蓋部材２０に、支持部材３０の液体連通口３１と連通する開口２１が設けられていることなど、基本的な構成は第１の適用例と同様である。
【００４３】
［第３の適用例］
本発明の第３の適用例によるインクジェット記録装置１０００及び液体吐出ヘッド３の構成を説明する。第３の適用例の液体吐出ヘッドは、Ｂ２サイズの被記録媒体に対して１スキャンで記録を行うページワイド型である。第３の適用例は第２の適用例と類似している点が多いため、以降の説明においては、主として第２の適用例と異なる部分を説明し、第２の適用例と同様の部分については説明を省略する。
【００４４】
（インクジェット記録装置の説明）
図３５に本適用例のインクジェット記録装置の模式図を示す。記録装置１０００は、液体吐出ヘッド３から被記録媒体２に直接記録を行わず、一度、中間転写体（中間転写ドラム１００７）に液体を吐出し画像を形成した後に、その画像を被記録媒体２に転写する構成である。記録装置１０００では、ＣＭＹＫの４種類のインクに夫々対応した４つの単色用の液体吐出ヘッド３が、中間転写ドラム１００７に沿って円弧状に配置されている。これによって中間転写体上にフルカラー記録が行われ、その記録画像は、中間転写体上で適切な乾燥状態にされた後、紙搬送ローラー１００９によって搬送される被記録媒体２へ、転写部１００８で転写される。第２の適用例の紙搬送系は主にカット紙を意図した水平搬送であったのに対し、本適用例においては本体ロール（不図示）から供給される連続紙にも対応可能である。このようなドラム搬送系では、紙に一定の張力をかけながら搬送することが容易なため、高速記録時においても搬送ジャムが少ない。このため装置の信頼性が向上し、商業印刷などに好適である。第１及び第２の適用例と同様、各液体吐出ヘッド３に対して、記録装置１０００の供給系、バッファタンク１００３及びメインタンク１００６が流体的に接続される。また、それぞれの液体吐出ヘッド３には、液体吐出ヘッド３へ電力及び吐出制御信号を伝送する電気制御部が電気的に接続される。
【００４５】
（第４の循環経路の説明）
第２の適用例と同様に、記録装置１０００のタンクと液体吐出ヘッド３との間における液体循環経路としては、図２又は図３に示した第１および第２の循環経路も適用可能であるが、図３６に示す循環経路が好適である。図３の第２の循環経路との主な差異は、第１循環ポンプ１００１、１００２及び第２循環ポンプ１００４各々の流路の流路に連通するバイパス弁１０１０が付加されていることである。このバイパス弁１０１０は予め設定された圧力を超過すると弁が開くことで、バイパス弁１０１０上流側の圧力を下げるという機能（第１の機能）を有する。また記録装置本体の制御基板からの信号によって、任意のタイミングで弁を開閉する機能（第２の機能）も有する。
【００４６】
第１の機能により、第１循環ポンプ１００１、１００２の下流側または第２循環ポンプ１００４の上流側の流路に、過剰または過小な圧力が掛かることを抑制することができる。例えば、第１循環ポンプ１００１、１００２の機能に支障が発生した場合、過剰な流量や圧力が液体吐出ヘッド３に加わる場合がある。それにより液体吐出ヘッド３の吐出口から液体の漏洩が生じたり、液体吐出ヘッド３内の各接合部に破断が生じたりする虞がある。しかし本適用例のように、第１循環ポンプ１００１、１００２にバイパス弁が追加されている場合、過剰な圧力が発生した場合でも、バイパス弁１０１０が開くことで各循環ポンプ上流側へと液体経路が開放されるため、上記のようなトラブルを抑制できる。
また第２の機能により、循環駆動停止時には、第１循環ポンプ１００１，１００２及び第２循環ポンプ１００４の停止後に、本体側からの制御信号に基づいて、速やかに全てのバイパス弁１０１０を開放する。これにより、液体吐出ヘッド３の下流部（負圧制御ユニット２３０から第２循環ポンプ１００４までの間）の高負圧（例えば、数〜数十ｋＰａ）を短時間に開放することができる。循環ポンプとしてダイヤフラムポンプなど容積型ポンプを使用した場合には、通常、ポンプ内に逆止弁が内蔵されている。しかしながら、バイパス弁を開くことで、下流側のバッファタンク１００３側からも液体吐出ヘッド３の下流部の圧力解放を行える。上流側からだけでも液体吐出ヘッド３の下流部の圧力解放は行えるが、液体吐出ヘッドの上流側流路と液体吐出ヘッド内流路には圧力損失がある。そのため、圧力開放に時間が掛かり、過渡的に液体吐出ヘッド３内の共通流路内の圧力が下がり過ぎて、吐出口のメニスカスが破壊される虞がある。液体吐出ヘッド３の下流側のバイパス弁１０１０を開くことで、液体吐出ヘッドの下流側の圧力解放が促進されるため、吐出口のメニスカス破壊のリスクが軽減される。
【００４７】
（液体吐出ヘッド構造の説明）
本発明の第３の適用例に係る液体吐出ヘッド３の構造について説明する。図３７（ａ）は本適用例に係る液体吐出ヘッド３の斜視図、図３７（ｂ）はその分解斜視図である。液体吐出ヘッド３は液体吐出ヘッド３の長手方向に直線状（インライン）に配列される３６個の記録素子基板１０を備え、１色の液体で記録を行うインクジェット式のページワイド型の記録ヘッドである。液体吐出ヘッド３は、第２の適用例同様、信号入力端子９１及び電力供給端子９２を備える他、ヘッドの長手側面を保護するシールド板１３２を備える。
図３７（ｂ）には、液体吐出ヘッド３を構成する各部品またはユニットがその機能毎に分割されて表示されている（シールド板１３２は不図示）。各ユニット及び各部材の役割や、液体吐出ヘッド３内の液体流通の順は第２の適用例と同様である。第２の適用例との主な相違点は、複数分割されて配置された電気配線基板９０、負圧制御ユニット２３０の位置、および第１流路部材５０の形状である。本適用例のように、例えばＢ２サイズの被記録媒体に対応した長さを有する液体吐出ヘッド３の場合、液体吐出ヘッド３の使用電力が大きいため、８枚の電気配線基板９０が設けられる。各々の電気配線基板９０は、液体吐出ユニット支持部８１に取り付けられた長尺の電気配線基板支持部８２の両側面に４枚ずつ取り付けられる。
【００４８】
図３８（ａ）は、液体吐出ユニット３００、液体供給ユニット２２０及び負圧制御ユニット２３０を備える液体吐出ヘッド３の側面図である。図３８（ｂ）は、液体吐出ヘッド３内部の記録液体の流れを示す模式図である。図３８（ｃ）は、図３８（ａ）のＧ−Ｇ線での断面を示す斜視図である。理解を容易にするために、一部の構成は簡略化している。
液体供給ユニット２２０内には液体接続部１１１とフィルタ２２１が設けられるとともに、負圧制御ユニット２３０が液体供給ユニット２２０の下方に一体化して形成されている。これによって負圧制御ユニット２３０と記録素子基板１０との高さ方向の距離が、第２の適用例に比べて短くなっている。この構成により、本適用例には、液体供給ユニット２２０内の流路接続部の数が減り、記録液体の漏洩に対する信頼性が向上するだけでなく、部品点数や組み立て工程数も低減できるという利点がある。
また負圧制御ユニット２３０と吐出口が形成される面とにおける水頭差が相対的に小さくなるので、本適用例は、図３５に示すような、液体吐出ヘッド３の傾斜角度が、各液体吐出ヘッドごとに異なるような記録装置へ好適に適応できる。これは、水等差が小さくできるため、複数の液体吐出ヘッド３を異なる傾斜角で用いても、それぞれの記録素子基板の吐出口に加わる負圧差を低減できるためである。また、本適用例は、負圧制御ユニット２３０から記録素子基板１０間の距離が小さくなることでその間の流抵抗が小さくなるので、液体の流量変化による圧損差も小さくなり、より安定な負圧制御が行える点でも好ましい。
【００４９】
図３８（ｂ）では、図３６に示した循環経路と比べ、回路的には同じではあるが、実際の液体吐出ヘッド３の各構成部品内での液体の流れを示している。長尺状の第２流路部材６０内には、液体吐出ヘッド３の長手方向に伸びる一組の共通供給流路２１１及び共通回収流路２１２が設けられている。共通供給流路２１１及び共通回収流路２１２は互いに対向する方向に液体が流れるように構成されており、夫々の流路の上流側にはフィルタ２２１が設けられ、液体接続部１１１等から侵入する異物をトラップする。このように共通供給流路２１１及び共通回収流路２１２が互いに対向する方向に液体を流すことは、液体吐出ヘッド３内の長手方向における温度勾配が軽減される点で好ましい。尚、図３６においては、説明を簡略化するために共通供給流路２１１と共通回収流路２１２との流れを同じ方向で示している。
共通供給流路２１１及び共通回収流路２１２の下流側には、それぞれ負圧制御ユニット２３０が接続される。また、共通供給流路２１１の途中には複数の個別供給流路２１３ａへの分岐部があり、共通回収流路２１２の途中には複数の個別回収流路２１３ｂへの分岐部がある。個別供給流路２１３ａ及び個別回収流路２１３ｂは複数の第１流路部材５０内に形成されており、夫々の個別流路は、記録素子基板１０の裏面に設けられた蓋部材２０の開口２１（図１９（ｃ）参照）と連通している。
図３８（ｂ）にＨとＬで示した負圧制御ユニット２３０は、高圧側（Ｈ）と、低圧側（Ｌ）とを合わせたユニットである。それぞれの負圧制御ユニット２３０は、相対的に高（Ｈ）または低（Ｌ）の負圧で、負圧制御ユニット２３０よりも上流側の圧力を制御するように設定された背圧型圧力調整機構である。共通供給流路２１１は負圧制御ユニット２３０（高圧側）と接続され、共通回収流路２１２は負圧制御ユニット２３０（低圧側）と接続されており、それにより共通供給流路２１１と共通回収流路２１２の間には差圧が発生する。その差圧によって、液体が、共通供給流路２１１から個別供給流路２１３ａ、記録素子基板１０内の吐出口１３（圧力室２３）、個別回収流路２１３ｂを順に通過して共通回収流路２１２へと流れる。
【００５０】
本適用例において個々の吐出モジュール２００は、第１流路部材５０、記録素子基板１０、フレキシブル配線基板４０から構成されている。本適用例においては、第２の適用例で説明した支持部材３０（図１８）がなく、蓋部材２０を備える記録素子基板１０が直接第１流路部材５０に接合される。図３８（ｃ）に示すように、第２流路部材６０に設けられる共通供給流路２１１は、その上面に形成される連通口６１から、第１流路部材５０の下面に形成される個別連通口５３を介して、個別供給流路２１３ａに供給される。その後液体は、圧力室２３に供給され、個別回収流路２１３ｂ、個別連通口５３、連通口６１を順に経由して共通回収流路２１２へと回収される。
ここで、図１５に示した第２の適用例とは異なり、第１流路部材５０の下面（第２流路部材６０側の面）にある個別連通口５３は、第２流路部材５０の上面に形成される連通口６１に対して十分大きな開口となっている。この構成により、吐出モジュール２００を第２流路部材６０上にマウントする際に位置がズレた場合でも、第１流路部材５０と第２流路部材６０の間で確実に流体連通が行われるようになっている。そのため、ヘッド製造時の歩留まりが向上しコストダウンが図れるようになっている。
【００５１】
［第１の実施形態］
次に、本発明の具体的な実施形態について説明する。以下では、図１から図１２に示した第１の適用例に係る液体吐出ヘッドの場合について説明するが、その他の適用例に係る液体吐出ヘッドの場合も同様である。
【００５２】
（吐出口部内の液体の流れの説明）
図２１は、記録素子基板の吐出口近傍を詳細に説明する模式図である。図２１（ａ）は、液体が吐出される吐出方向から見た平面図、図２１（ｂ）は、図２１（ａ）のＧ−Ｇ線における断面図、図２１（ｃ）は、図２１（ａ）のＧ−Ｇ線における断面を示す斜視図である。
記録素子基板１０において、吐出動作を行っていない吐出口１３では、上述したように、基板１１内に設けられた液体供給路１８内の液体が供給口１７ａ、圧力室２３、回収口１７ｂを経由して液体回収路１９へ流れる循環流Ｃが形成されている。圧力室内の循環流Ｃの速度は、例えば０．１〜１００ｍｍ／ｓ程度であり、液体が流動する状態で吐出動作を行っても、着弾精度等の影響が少ない速度である。このとき、吐出口１３には、液体のメニスカス、すなわち、液体と大気との界面である吐出口界面２４が形成されている。なお、吐出口１３は、図２１（ｂ）に示すように、吐出口形成部材１２に形成された貫通路２５の開口部であって、吐出口形成部材１２の液体が吐出される側の面に開口する開口部である。以下の説明では、この貫通路２５を「吐出口部」と称する。また、吐出口１３から液体が吐出される方向（図２１（ｂ）の上下方向）を「吐出方向」と称し、圧力室２３内の液体の流れ方向（図２１（ｂ）の左右方向）を単に「流れ方向」と称する。
ここで、圧力室２３および吐出口部２５の寸法を以下のように定義する。すなわち、図２１（ｂ）に示すように、圧力室２３の、吐出口部２５との連通部分に対して流れ方向の上流側での高さをＨと定義し、吐出口部２５の吐出方向における長さをＰ、流れ方向における長さをＷとそれぞれ定義する。これらの寸法は、一例として、Ｈが３〜３０μｍ、Ｐが３〜３０μｍ、Ｗが６〜３０μｍである。また、以下の説明では、吐出される液体として、不揮発性溶媒濃度が３０％、色材濃度が３％、粘度が０．００２〜０．００３Ｐａ・ｓに調整されたインクを用いた場合を例に挙げる。
【００５３】
図２２は、吐出口１３近傍の拡大断面図であり、循環流Ｃが定常状態にあるときの吐出口１３、吐出口部２５、および圧力室２３における循環流Ｃの様子を表したものである。具体的には、上述のＨが１４μｍ、Ｐが５μｍ、Ｗが１２．４μｍの記録素子基板１０に対し、流量が１．２６×１０−４ｍｌ／ｍｉｎのインクが供給口１７ａから圧力室２３に流入した際の流れの様子を矢印で示したものである。なお、この図において、矢印の長さは速度の大きさを表すものではない。
吐出口１３からのインクの蒸発により、インクの色材濃度には変化が生じるが、上述した寸法の記録素子基板１０は、そのようなインクが吐出口１３および吐出口部２５に滞留することを抑制するようになっている。すなわち、図２２に示すように、圧力室２３内の循環流Ｃが、一部が吐出口部２５の内部に流れ込み、吐出口１３に形成されたメニスカス位置（メニスカス界面近傍）まで到達した後、再び吐出口部２５から圧力室２３に戻るようになっている。これにより、蒸発の影響を受けやすい吐出口部２５だけでなく、蒸発の影響が特に大きい吐出口界面２４近傍のインクまでもが、吐出口部２５の内部に滞ることなく圧力室２３へと流れ出すことが可能となる。ここで、循環流Ｃは、吐出口界面２４の少なくとも中央部（吐出口の中心部）近傍において、流れ方向（図２１（ｂ）の左から右方向）の速度成分（以下、「正の速度成分」という）を持つことが特徴的である。なお、以下では、図２２に示すような、吐出口界面２４の少なくとも中央部近傍において循環流Ｃ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、後述するように、吐出口界面２４の中央部近傍で正の速度成分とは逆の、負の速度成分（図２１（ｂ）の右から左方向）を持つ流れのモードを「流れモードＢ」と呼ぶことにする。
【００５４】
液体吐出ヘッドにおいて循環流Ｃが流れモードＡになるのか（あるいは流れモードＢになるのか）は、上述した圧力室２３および吐出口部２５の寸法Ｈ、Ｐ、Ｗに応じて決定されることが、本発明者らにより見出されている。すなわち、流れモードＡの液体吐出ヘッドでは、圧力室２３の流れ方向の上流側での高さＨ、吐出口部２５の吐出方向における長さＰ、流れ方向における長さＷ（図２１（ｂ）参照）が、以下の関係を満たしている。
Ｈ−０．３４×Ｐ−０．６６×Ｗ＞１．７      （１）
したがって、式（１）の関係を満たす液体吐出ヘッドでは、図２２に示すような流れモードＡが実現され、式（１）の関係を満たさない液体吐出ヘッドでは、流れモードＢが実現される。なお、式（１）の左辺を判定値Ｊと呼ぶ。
【００５５】
図２３は、液体吐出ヘッドの各寸法と流れモードとの関係を説明するためのグラフである。横軸はＰとＨの比（Ｐ／Ｈ）、縦軸はＷとＰの比（Ｗ／Ｐ）を示している。図中の太線Ｔはしきい線であり、以下の関係を満たす線である。
【数１】
2017124608.tif 000003
図２３において、ＨとＰとＷの関係がしきい線Ｔの上部（斜線を付した領域）となる液体吐出ヘッドでは流れモードＡが実現され、しきい線Ｔの下部となる液体吐出ヘッドでは流れモードＢが実現される。すなわち、以下の関係を満たす液体吐出ヘッドでは流れモードＡが実現される。
【数２】
2017124608.tif 000004
式（３）を整理すると式（１）が得られることから、ＨとＰとＷの関係が式（１）を満たす液体吐出ヘッド（判定値Ｊが１．７以上の液体吐出ヘッド）では流れモードＡが実現される。
一方、ＨとＰとＷが以下の関係を満す液体吐出ヘッドでは流れモードＢが実現される。
Ｈ−０．３４×Ｐ−０．６６×Ｗ≦１．７      （４）
なお、流れモードＢの液体吐出ヘッドは、吐出口部２５の吐出方向における長さＰ、すなわち吐出口形成部材１２の厚さを厚くすることができるため、吐出口形成部材１２の割れを抑制することができる点で有利である。また、圧力室２３の高さＨを高くすることができるため、循環流Ｃを生じさせるために必要な圧力差を小さくすることができる点でも有利である。
【００５６】
ここで、上記関係式と吐出口部内の流れについて、図２４および図２５を参照して詳細に説明する。図２４は、様々な形状の液体吐出ヘッドについて吐出口部内の流れの様子を確認した結果を示すグラフである。図２４において、●（黒丸）は流れモードＡになると判定された液体吐出ヘッドを示し、×は流れモードＢになると判定された液体吐出ヘッドを示している。図２５（ａ）から図２５（ｄ）は、それぞれ図２４の点Ａから点Ｄに示す液体吐出ヘッドにおける、吐出口部内の循環流の様子の例を示す図である。
図２４の点Ａに示す液体吐出ヘッドは、Ｈが３μｍ、Ｐが９μｍ、Ｗが１２μｍであり、式（１）の左辺である判定値Ｊは１．９３となって１．７より大きい。この場合、実際の吐出口部２５内の流れは、図２５（ａ）に示すように、吐出口界面２４の中央部近傍で正の速度成分を持った流れモードＡとなる。図２４の点Ｂに示す液体吐出ヘッドは、Ｈが８μｍ、Ｐが９μｍ、Ｗが１２μｍであり、判定値Ｊは１．３９となって１．７より小さい。この場合、実際の吐出口部２５内の流れは、図２５（ｂ）に示すように、吐出口界面２４の中央部近傍で負の速度成分を持った流れモードＢとなる。図２４の点Ｃに対応する液体吐出ヘッドは、Ｈが６μｍ、Ｐが６μｍ、Ｗが１２μｍであり、判定値Ｊは２．０となって１．７より大きい。この場合、実際の吐出口部２５内の流れは、図２５（ｃ）に示すように、吐出口界面２４の中央部近傍で正の速度成分を持った流れモードＡとなる。図２４の点Ｄに対応する液体吐出ヘッドは、Ｈが６μｍ、Ｐが６μｍ、Ｗが６μｍであり、判定値Ｊは１．０となって１．７より小さい。この場合、実際の吐出口部２５内の流れは、図２５（ｄ）に示すように、吐出口界面２４の中央部近傍で負の速度成分を持った流れモードＢとなる。
【００５７】
このように、図２３のしきい線Ｔ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とを区別することができる。つまり、式（１）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が実現され、吐出口界面２４の少なくとも中央部近傍で循環流Ｃが正の速度成分を持つ。
なお、吐出口部２５内の循環流Ｃ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、上記のＨ、Ｐ、Ｗの条件が支配的な影響を及ぼす。これら以外の条件、例えば、循環流Ｃの流速、インクの粘度、吐出口１３の幅（流れ方向と直交する方向の長さ）などの条件については、Ｈ、Ｐ、Ｗの条件に比べて影響が非常に小さい。したがって、循環Ｃ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ることができる。例えば、圧力室２３における循環流Ｃの流速が０．１〜１００ｍｍ／ｓ、粘度が０．０１Ｐａ・ｓ以下のインクを使用することができる。また、流れモードＡの液体吐出ヘッドにおいて、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、循環流Ｃの流量を適宜多くすることで、流れモードＡを維持することができる。一方で、流れモードＢとなるように寸法設定された液体吐出ヘッドにおいては、循環流Ｃの流量をいくら多くしても流れモードＡにはならない。なお、流れモードＡになる液体吐出ヘッドのうち、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が好ましく、これにより、より高精細な画像形成が可能となる。
【００５８】
［第２の実施形態］
図３９は、本発明の第２の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３９に示すように、本実施形態の液体吐出ヘッドは、流路２６と吐出口部２５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の部分が吐出口部２５であり、吐出口部２５はこれより径の大きい部位（流路の一部）を介して流路２６に接続される。よって、本実施形態におけるＨ、Ｐ、Ｗ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（３）を満たすようにＨ、Ｐ、Ｗを設定することで、流れモードＡを生じさせることができる。このように、流路２６から吐出口１３に向かう部位を多段構成とすることで、記録素子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。
【００５９】
［第３の実施形態］
図４０（ａ）および図４０（ｂ）は、本発明の第３の実施形態に係る液体吐出ヘッドの特に吐出口の形状の２例を示す図であり、吐出口１３から液体が吐出される方向からみた平面図（模式図）である。本実施形態の吐出口１３の形状は、対向する位置に吐出口の中心に向かって延在する突起部１３ｄが形成されたものである。この突起部１３ｄは、吐出口１３の外表面から吐出口部２５の内部にまで連続して延在している。これらの突起部を有する形状においても、上述した式（２）を満たすようにＨ、Ｐ、Ｗを設定することで、流れモードＡを生じさせることができる。
図４０（ａ）に示す例の吐出口には、流路２６内の液体の流れと交差する方向に突出する突起部１３ｄが、図４０（ｂ）に示す例の吐出口には、液体の流れの方向に突出する突起部１３ｄが形成されている。吐出口１３にこのような突起部１３ｄを形成することにより、突起部１３ｄの間に形成されるメニスカスが、吐出口１３内のその他の部分のメニスカスに比べて維持され易くなる。それにより、吐出口１３から延出する液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。
【００６０】
［第１〜第３の実施形態に共通する特徴部の説明］
（インクの比誘電率低下による効果の説明）
上述したように、流れモードＡの液体吐出ヘッドでは、正の速度成分を持つ循環流Ｃが吐出口界面２４の近傍まで達することで、吐出口部２５内のインク、特に吐出口界面２４近傍のインクを圧力室２３まで移動させることができる。そのため、吐出口部２５内のインクの滞留を抑制することができ、吐出口１３からのインクの蒸発に対しても、吐出口部２５内のインクの色材濃度の上昇を軽減することができる。しかしながら、圧力室２３内に循環流Ｃが存在する場合でも、吐出口１３の周縁付近では、粘性の作用により循環流Ｃが発生しにくいため、インクの滞留を抑制しにくくなる。
図２６（ａ）から図２６（ｃ）は、それぞれ、流れモードＡまたは流れモードＢの液体吐出ヘッドにおける、吐出口部２５内のインク濃縮の様子を示す図である。具体的には、図２６（ａ）は流れモードＢ（Ｊ＝１．３：Ｈ＝１４μｍ、Ｐ＝１１μｍ、Ｗ＝１６μｍ）、図２６（ｂ）は流れモードＡ（Ｊ＝２．３：Ｈ＝１４μｍ、Ｐ＝６μｍ、Ｗ＝１８μｍ）の液体吐出ヘッドの様子を示している。また、図２６（ｃ）は流れモードＡ（Ｊ＝３．５：Ｈ＝５μｍ、Ｐ＝５μｍ、Ｗ＝１８μｍ）の液体吐出ヘッドの様子を示している。図２６（ａ）から図２６（ｃ）にかけて、循環流Ｃが吐出口界面２４に到達しやすくなっている順に並べて示されている。図２６（ｂ）および図２６（ｃ）に示すように、流れモードＡの液体吐出ヘッドの場合でも、吐出口１３の周縁付近（「濃縮領域」として点線で囲んだ領域）では濃縮したインクの滞留が発生している。そのため、特にインク中における固形分量が多い場合（たとえば８重量％以上）、吐出口１３の周縁付近では濃縮インクの影響を受けやすくなり、吐出不良が発生しやすくなる。ここで、インク中における固形分とは、顔料、樹脂や高分子ポリマーなどのエマルションを含む。
【００６１】
このような固形分量が多いインクの場合に発生する吐出不良に対し、インクの比誘電率を低下させることでインク中の顔料の後退現象を発生させ、それにより吐出口の周縁付近でのインクの濃縮を抑制できることが、本発明者らにより見出されている。顔料の後退現象とは、吐出口からインク中の水分が蒸発した際に、吐出口付近に存在する親水性を有する顔料が、水分をより多く含む圧力室側（記録素子側）に後退（移動）し、吐出口界面付近の顔料濃度が低下する現象である。以下、この点について、図２７から図２９を参照して説明する。
図２７（ａ）および図２７（ｂ）は、固形分量が８重量％以上のインクを、流れモードＡ（Ｊ＝２．３）の液体吐出ヘッドにおいて、循環流Ｃを発生させた状態で吐出口部２５内の顔料の濃度分布を数値計算（シミュレーション）した結果を示す図である。図２７（ａ）は、顔料の後退現象が実質的に発生していない場合を示し、図２７（ｂ）は、顔料の後退現象が発生している状態を示している。また、図２７（ｃ）および図２７（ｄ）は、同様に、固形分量が８重量％以上のインクを、流れモードＡ（Ｊ＝２．３）の液体吐出ヘッドにおいて、循環流Ｃを発生させた状態で吐出口部２５内の溶剤の濃度分布を数値計算した結果を示す図である。図２７（ｃ）は、顔料の後退現象が実質的に発生していない場合を示し、図２７（ｄ）は、顔料の後退現象が発生している状態を示している。
【００６２】
顔料の後退現象が実質的に発生していないと、図２７（ａ）に示すように、循環流Ｃを発生させた状態でも、吐出口１３の周縁付近では、吐出口１３からのインクの蒸発によりインク濃縮を十分に抑制することができず、顔料の濃縮が発生する。その結果、顔料同士の凝集性が高まり、インクは増粘しやすくなり、極端な場合は、インクが固着することで、吐出動作を一定時間休止した後の１発目の吐出の際に吐出不良（例えば、吐出速度の変化）が発生しやすくなる。その一方で、顔料の後退現象が発生していると、図２７（ｂ）に示すように、吐出口１３の周縁付近では、顔料が圧力室２３側に後退して吐出口１３の近傍まで到達する循環流により、顔料の滞留が発生しにくい。その結果、インクは増粘しにくくなり、固着が抑制されることで、休止後１発目の吐出の際にも吐出不良は発生しにくくなる。
なお、図２７（ｃ）および図２７（ｄ）に示すように、吐出口１３の周縁付近での溶剤の濃縮については、顔料の後退現象発生の有無にかかわらず同様に発生する。しかしながら、インクの増粘に与える影響としては、一般的に顔料などの固形分による影響が大きいため、インクの増粘による吐出への影響を抑制するという点では、インクの固形分の吐出口１３の周縁付近での滞留抑制が特に重要となる。
【００６３】
図２８は、比誘電率（溶剤処方）が異なる２種類のインクに対し、流れモードＡ（Ｊ＝２．３）の液体吐出ヘッドにおいて循環流Ｃを発生させた状態で、吐出動作を１０秒間休止した後の吐出発数に対する吐出速度をプロットしたグラフである。具体的には、縦軸として、休止後２０発目以降の吐出速度の平均値を１としたときの比をプロットしたグラフである。プロットした結果は、インクの固形分（顔料、樹脂や高分子ポリマーなどのエマルションを含む）が１５重量％、循環流Ｃの流速（循環流速）が１０ｍｍ／ｓ、ヘッド温度が５５℃の場合に得られたものである。インクの溶剤処方は、以下の２種類である。なお、比誘電率εｒの定義の詳細については後述する。
処方Ａ：グリセリン（Ｇｌｙ）              ２０重量％  比誘電率大（εｒ＝４５）
処方Ｂ：トリメチロールプロパン（ＴＭＰ）  ２０重量％  比誘電率小（εｒ＝３０）
図２８に示すように、比誘電率が相対的に低い処方Ｂ（図中黒丸）では、比誘電率が相対的に高い処方Ａ（図中白丸）と比べて、休止後１発目（から数発目）の吐出速度の変化がより小さくなっている。これは、比誘電率を低下させることで、上述した顔料の後退現象による効果がより顕著になるためである。よって、休止後１発目（から数発目）の吐出速度の変化を小さくするには、比誘電率をより小さくするほうが好ましい。
【００６４】
図２９（ａ）から図２９（ｃ）は、それぞれ比誘電率（溶剤処方）が異なる３種類のインクの吐出速度をプロットしたグラフである。具体的には、流れモードＡ（Ｊ＝３．５）の液体吐出ヘッドにおいて、循環流Ｃを発生させた状態で吐出動作を１０秒間休止した後の吐出発数に対する吐出速度（休止後２０発目以降の吐出速度の平均値を１としたときの比）をプロットしたグラフである。プロットした結果は、循環流Ｃの流速（循環流速）をそれぞれ１０ｍｍ／ｓおよび３０ｍｍ／ｓとしたときの、インクの固形分（顔料や高分子ポリマー）が１２重量％、ヘッド温度が５５℃の場合に得られたものである。インクの溶剤処方を表１に示す。図２９（ａ）に、処方１における吐出速度を示し、図２９（ｂ）に、処方２における吐出速度を示し、図２９（ｃ）に、処方３における吐出速度を示している。
【表１】
2017124608.tif 000005
【００６５】
図２９（ａ）から図２９（ｃ）は、図２６（ｃ）の流れモードＡ（Ｊ＝３．５）の液体吐出ヘッドにおいて得られたものであり、図２６（ｂ）の流れモードＡ（Ｊ＝２．３）の液体吐出ヘッドに比べて、循環流Ｃが吐出口界面２４に到達しやすくなっている。しかしながら、インクの固形分が高濃度（１２重量％）の場合には、図２９（ａ）に示すように、比誘電率が相対的に高い処方１では、高循環流速（３０ｍｍ／ｓ）であっても、休止後１発目の吐出速度の変化は大きくなる。また、処方１に比べて比誘電率を低下させた処方２では、図２９（ｂ）に示すように、高循環流速（３０ｍｍ／ｓ）の場合、吐出速度の変化は全体的に小さく好ましい。一方、図２４（ｃ）に示すように、比誘電率をさらに低下させた処方３では、低循環流速（１０ｍｍ／ｓ）の場合でも、休止後１発目の吐出速度の変化は小さくなり、より好ましい。よって、比誘電率εｒがεｒ≦４０．７が好適であり、より好ましくはεｒ≦３３．８である。さらに、図２８から、εｒ≦３０．０であるとより好ましいことがわかる。インクの固形分が高濃度の場合、粘度も増加する傾向にあるため、循環流Ｃの流速を増加させるためには、インクを流すために必要な差圧も増加させる必要がある。しかしながら、この差圧を増加させると、吐出口１３に印加される負圧も増加して吐出特性に弊害をもたらしてしまう。その点で、循環流Ｃの流速はより低速であることが好ましいが、その反面、循環流Ｃの流速が低速になると、インクの固形分が吐出口部２５内に滞留しやすくなり、吐出不良が発生しやすくなる。しかしながら、このような低循環流速の場合でも、図２９に示すように、流れモードＡにおいて判定値Ｊをより大きくするとともに、インクの比誘電率を低下させて顔料の後退現象を発生させることで、休止後１発目の吐出速度の変化を抑制することが可能になる。
【００６６】
（インクの比誘電率の定義の説明）
インクの比誘電率εｒは、以下の式で定義され、本明細書では、小数点以下第１位を四捨五入した整数値とする。
【数３】
2017124608.tif 000006
上記式（５）において、ｎは水溶性有機溶剤の種類、εｎはｎで表される水溶性有機溶剤の比誘電率、ｒｎはｎで表される水溶性有機溶剤のインク全質量を基準とした含有量で、水を除いた物性値である。ここでは、図２６の循環流により濃縮する領域は、蒸発により水分が少ないことが考えれるため、水を除いた水溶性有機溶剤を濃縮領域の液体として物性値を扱うこととする。
上記式（５）で定義される比誘電率εｒは、インク中の「水溶性有機溶剤で構成された水性媒体」の全体としての比誘電率を表すものであり、具体的には以下のように算出した値である。すなわち、水溶性有機溶剤に固有の比誘電率（無次元数）に、インク中の当該成分の含有量（インク全質量を基準とした含有量、単位：質量％）を乗じた値を各成分について足し合わせ、その合計を水溶性有機溶剤の合計含有量で割った値である。なお、比誘電率は一般的な誘電率計で測定することができる。また、インク中の水の含有量はカール・フィッシャー滴定などにより知ることができ、水溶性有機溶剤の種類や含有量はガスクロマトグラフィ（ＧＣ／ＭＳ）や高速液体クロマトグラフィ（ＬＣ／ＭＳ）などにより知ることができる。
本発明で用いられるインクは、必要に応じて種々の添加剤を含有してもよい。このような添加剤としては、例えば、界面活性剤、ｐＨ調整剤、消泡剤、防錆剤、防腐剤、酸化防止剤、還元防止剤、蒸発促進剤、キレート化剤などが挙げられる。なお、一般的に、これらの添加剤はインク中の含有量もかなり少ないため、必ずしも比誘電率の算出の際に考慮する必要はない。
【００６７】
（インクの比誘電率低下と圧力室内の循環流の有無との関係の説明）
圧力室２３内に循環流Ｃを発生させない構成においても、比誘電率の低下のために、インクの溶剤処方として貧溶媒を使用することができる。しかしながら、顔料などの固形分が多いインクを用いる場合、以下の２つの弊害によって、圧力室２３内に循環流Ｃを発生させない構成ではインクの比誘電率を低下させにくくなる。
循環流Ｃを発生させない構成では、吐出動作を一定時間休止すると顔料が濃縮するため、休止後１発目のインクによる着弾ドットの光学反射濃度（ＯＤ）は高くなる傾向にある。それに対して、インクの比誘電率を低下させると顔料の後退現象が発生するため、休止後１発目の着弾ドットのＯＤは逆に低下してしまう。これが１つの弊害である。
また、循環流Ｃを発生させない構成では、吐出口１３からのインク蒸発に伴う固着対策の１つとして、保湿性の高いグリセリンなどの比誘電率の高い良溶媒を使用することで、顔料濃縮による固着を抑制する方法がある。また、比誘電率の低い貧溶媒を使用することで顔料の後退現象を発生させ、顔料濃縮を発生しにくくして固着を抑制する方法もある。しかしながら、顔料の後退現象の発生を過度に促進する、つまり比誘電率の低下を過度に促進すると、後退した顔料が圧力室２３内で固着してしまう。そのため、比誘電率を大幅に低下させることが困難となる。これが２つめの弊害である。
【００６８】
このような２つの弊害は、圧力室２３内に循環流Ｃが発生させことで回避することができ、特に流れモードＡにおいて判定値Ｊをより大きくすることで、それはより効果的になる。すなわち、循環流Ｃを発生させた状態、特に流れモードＡのようにインクが吐出口部２５内を流れている状態では、顔料の後退現象発生の有無にかかわらず、休止後１発目の着弾ドットのＯＤは変化しにくくなる。そのため、より低い比誘電率のインクを用いることができ、吐出口１３の周縁付近でのインクの滞留を抑制することが可能になる。また、吐出口部２５や圧力室２３内での固着も、顔料の後退現象発生の有無にかかわらず生じにくくなるため、より低い比誘電率のインクを用いることができ、その結果、吐出口１３の周縁付近でのインクの滞留を抑制することが可能になる。したがって、インクの比誘電率を低下させることは、圧力室２３内に循環流Ｃを発生させる構成において特に有効である。本発明は流れモードＡにおいて特に好適に適用できるが、循環流Ｃが発生していれば、流れモードＢにも適用可能である。
【符号の説明】
【００６９】
３  液体吐出ヘッド
１０  記録素子基板
１８  液体供給路
１９  液体回収路
２３  圧力室
【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】
2017124608.tif 000013
【図８】
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【図９】
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【図１０】
2017124608.tif 000016
【図１１】
2017124608.tif 000017
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
2017124608.tif 000020
【図１５】
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【図１６】
2017124608.tif 000022
【図１７】
2017124608.tif 000023
【図１８】
2017124608.tif 000024
【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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