(57)【要約】【課題】記録素子基板からの放熱性を向上させて記録素子基板の温度上昇を抑制し、高い印字品位で高速印字が可能な液体吐出ヘッドを提供する。【解決手段】  液体を吐出する吐出口が開口する吐出口面を有する記録素子基板と、記録素子基板を固定する支持基板と、前記記録素子基板の電気接続部を保護する封止剤と、吐出口面からの液体を格納し、格納された液体に含まれる蒸発成分を蒸発させるための液体格納部と、を備えた液体吐出ヘッドを作製する際に液体格納部の少なくとも１部を、熱伝導率が記録素子基板の周囲に配置される封止剤の熱伝導率以上である熱拡散部材から形成し、かつ熱拡散部材を記録素子基板に接触して設ける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸発成分を含む液体を吐出する吐出口が開口する吐出口面を有する記録素子基板と、前記記録素子基板を固定する支持基板と、前記記録素子基板の電気接続部を保護する封止剤と、前記吐出口面からの液体を格納する液体格納部と、を備えた液体吐出ヘッドであって、
前記液体格納部の少なくとも１部は熱伝導率が、前記記録素子基板の周囲に配置される封止剤の熱伝導率以上である熱拡散部材からなり、前記熱拡散部材は前記記録素子基板に接触して設けられていることを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項２】
前記液体格納部が、前記吐出口面に隣接し、前記吐出口面からの液体を格納する位置に設けられている、請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項３】
前記記録素子基板の側面に接触して設けられた熱拡散部材を有し、該熱拡散部材は、バインダーと、Ａｇ、Ｃｕ及びＡｌの少なくとも１種の金属からなる粒子を含む、請求項１または２に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項４】
前記記録素子基板の側面と間隔を設けて配置された側壁を有し、前記記録素子基板の側面と前記側壁との間に前記熱拡散部材を配置した構成の前記液体格納部を有する、請求項３に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項５】
前記記録素子基板の上面に設けられた熱拡散部材を有し、該熱拡散部材はＡｌ、Ｓｉ及びＴａのいずれか１種からなる金属、その炭化物、その窒化物及びその炭窒化物から選択された材料からなる、請求項１または２に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項６】
前記熱拡散部材が、複数層の積層構造を有し、前記複数層の少なくとも１層が前記液体に対する保護層である、請求項５に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項７】
前記保護層はＳｉ3Ｎ4、ＳｉＣ、ＳｉＣＮ、ＴａまたはＴａＮからなる、請求項６に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項８】
前記液体格納部の上端は、前記吐出口面よりも低い位置に設けられている、請求項１から７のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項９】
前記液体は前記蒸発成分として、ヒドロキシル基、カルボキシル基、エステル基、エーテル基、アミノ基、スルホン基のうちの少なくとも１種類を分子構造内に有している化合物を含む、請求項１から８のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項１０】
前記液体は、沸点が１００℃以下の有機溶媒を含む、請求項１から９のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項１１】
前記液体は、水を含む、請求項１０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、液体を吐出する液体吐出ヘッドに関する。この液体吐出ヘッドとしては、被記録媒体に記録液を吐出することにより記録を行うインクジェット記録ヘッドが含まれる。
【背景技術】
【０００２】
インクジェット記録ヘッドは、記録液を吐出する吐出口を有する記録素子基板と、記録素子基板を支持固定する支持基板、更に吐出信号を記録素子基板に伝達する電気配線基板等で構成される。
【０００３】
インクジェット記録ヘッドの組み立て方法としては以下の工程を有する方法を挙げることができる。
（１）紫外線と熱の併用硬化型接着剤を用いて、記録素子基板を支持基板に接着固定して記録素子ユニットを組み立てる。
（２）記録素子ユニットを構成する支持基板の所定面に熱硬化型接着剤を塗布した後、電気配線基板を記録素子ユニットに対して位置合わせし、電気配線基板と記録素子ユニットを接着固定する。
（３）記録素子基板の配線パッド部と電気配線基板のリード部をワイヤーボンディングで電気接続し、その後に続く必要な工程を経てインクジェット記録ヘッドを完成する。
【０００４】
印刷性能を保持する為にインクジェット記録ヘッドに求められる特性として、放熱性がある。特に、サーマル方式のインクジェット記録ヘッドでは、記録素子基板内に熱エネルギーを用いて気泡を発生させ、吐出口から記録液を吐出、飛翔させる。その為、高速で印字を行った場合、記録素子基板からの放熱量が発生する熱量に追い付かないと、記録素子基板内での温度上昇が起きる。その結果、記録液の吐出口からの不吐出状態の発生や、被記録媒体に形成される画像における画像ムラ等の印字品位の劣化を引き起こしてしまう場合がある。
【０００５】
従って、産業印刷機、オフィス印刷機に必要な高速印刷に対応する為には、駆動中のインクジェット記録ヘッドにおける放熱性の向上が重要な課題となる。
【０００６】
特開平１０−１６６６３４号公報では、発熱素子アレイを配置した基板の裏面と放熱板の接着に熱伝導性の樹脂層を用いて、発熱素子アレイを配置した基板に発生する熱を裏面に配置された放熱板に逃がし、放熱性を向上させている。また、特開平１０−７１７１５号公報では、吐出口を有する溝付き天板と素子基板を押圧接合させる際に発熱源である熱発生素子近傍の素子基板裏面を押圧し接合させる押圧部材を用いる構成により素子基板からの放熱性を向上させている。また、特開平１０−７１７１５号公報には、吐出口を有する溝付き天板と素子基板の接合において、熱エネルギー素子近傍の素子基板裏面からの押圧部材による押圧力で固定する構成が開示されている。この構成において、素子基板に高熱伝導性部材を固定し、更に、高熱伝導材からなる押圧部材を用いて熱伝導性部材を介して素子基板の押圧を行う構成を放熱用の構成としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１０−１６６６３４公報
【特許文献２】特開平１０−７１７１５公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
放熱板や放熱性の良い部材を記録素子基板に接触させて記録素子基板からの放熱を行う構成では、記録素子基板から支持基板または放熱板等の周辺部への放熱性は高まる。しかしながら、高速記録等においてそれらの部材自身に蓄熱が起きた場合には、再び記録素子基板の温度上昇を招いてしまう場合がある。従って、本発明の目的は、記録素子基板からの放熱性を向上させて蓄熱をも防止して記録素子基板の温度上昇を抑制し、高い印字品位で高速印字が可能な液体吐出ヘッドを提供する事にある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明にかかる液体吐出ヘッドは、
液体を吐出する吐出口が開口する吐出口面を有する記録素子基板と、前記記録素子基板を固定する支持基板と、前記記録素子基板の電気接続部を保護する封止剤と、前記吐出口面からの液体を格納し、格納された液体に含まれる蒸発成分を蒸発させるための液体格納部と、を備えた液体吐出ヘッドであって、
前記液体格納部の少なくとも１部は、熱伝導率が前記記録素子基板の周囲に配置される封止剤の熱伝導率以上である熱拡散部材からなり、前記熱拡散部材は前記記録素子基板に接触して設けられている、
ことを特徴とする液体吐出ヘッドである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の構成を適用する事によって、記録素子基板からの放熱性を向上させて記録素子基板の温度上昇を抑制し、高い印字品位で高速印字が可能な液体吐出ヘッドを得る事が出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明による実施例１の適用が可能な構成を示す模式図である。
【図２】本発明による実施例１の適用が可能な構成を示す模式図である。
【図３】本発明による実施例２の適用が可能な構成を示す模式図である。
【図４】本発明による実施例３の適用が可能な構成を示す模式図である。
【図５】封止剤を適用した段階の液体吐出ヘッドの模式的平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明にかかる液体吐出ヘッドは、少なくとも、液体を吐出する吐出口を有する記録素子基板と、記録素子基板を固定する支持基板と、記録素子基板の電気接続部を保護する封止剤と、吐出用の液体を格納する液体格納部を有して構成されている。記録素子基板は、吐出エネルギー発生素子、吐出エネルギー発生素子を駆動するための電気系などが設けられた基板と、基板の上面に設けられた吐出口の開口が配置された吐出口面を有する流路形成部材とを有する構成とすることができる。
【００１３】
液体格納部は、吐出口面からの液体を格納するために設けられており、格納された液体に含まれる蒸発成分を蒸発させるための構造を有する。液体格納部の少なくとも１部は、熱伝導率が記録素子基板の周囲に配置される封止剤の熱伝導率以上の熱拡散部材からなる。すなわち、液体格納部の少なくとも１部の熱伝導率ｋ１と封止剤の熱伝導率ｋ２がｋ１≧ｋ２の関係を満たすように、これらを構成する材料が選択されている。ｋ１は少なくとも１０Ｗ／ｃｍ・℃とすることが好ましい。
【００１４】
この熱拡伝導率の優れた熱拡散部材からなる部分は、記録素子基板との接触部を有し、記録素子基板からの熱を液体格納部へ効率よく伝達、拡散させる作用を有する。熱拡散部材により記録素子基板から液体格納部へ木供給された熱は、液体格納部に収容された液体の蒸発に利用される。
【００１５】
液体格納部は液体の収容と液体からの蒸発成分の大気への蒸発が可能となる構造を有し、吐出口面からの液体の収容を可能とする位置に設けられている。液体格納部では、液体が含有する蒸発成分の蒸発を可能とする環境条件（気圧、湿度及び温度等）が整っている場合に、収容された液体に含まれる蒸発成分の蒸発が可能となる。本発明では、液体格納部と記録素子基板の有する基板とが熱拡散部材で接続されていることにより、液体格納部に収納された液体中の蒸発成分の蒸発熱として利用される熱を記録素子基板から液体格納部に効果的に供給することができる。その結果、発熱素子基板からの外部への放熱を効率良く行うとともに、液体格納部内での液体の蒸発成分が蒸発熱を奪うことによって、記録素子基板や液体格納部を含む放熱系での蓄熱をも効果的に防止することが可能となる。
【００１６】
記録素子基板は液体吐出ヘッドを駆動するための駆動系を有し、吐出口からの液体の繰り返し吐出を行うと記録素子基板内での発熱による蓄熱が生じる場合がある。この記録素子基板での蓄熱による温度上昇を放置すると、記録性能の低下の要因となり、発熱素子を液体吐出に用いるサーマル方式での高速記録では、この問題がより顕著となる。本発明における優れた熱伝導性を有する熱拡散部材を用いた蓄熱防止用の構成を採用したことにより、かかる蓄熱による問題を解消することが可能となる。
【００１７】
液体格納部は、吐出口面に隣接し、吐出口面からの液体を格納する位置に設けられていることが好ましい。
【００１８】
熱拡散部材は、記録素子基板からの熱を効果的に液体格納部へ供給可能であり、かつ液体格納部の構成部材として強度や物性を有するものであればよい。その構成材料は各種の無機材料、有機材料、これらの複合材料から選択することができる。
【００１９】
無機材料としては、金属、金属の炭化物及び金属の窒化物等を挙げることができ、吐出口面に隣接して液体格納部を設ける際の設置位置、スペース、液体格納部に要求される物性等を考慮すると、Ａｌ、Ｓｉ及びＴａのいずれか１種からなる金属、その炭化物、その窒化物及びその炭窒化物から選択された材料を挙げることができる。これらの材料の少なくとも１種を用いて熱拡散部材を構成することができる。これらの材料の中では、Ａｌ、ＳｉＣ、ＳｉＣＮ、Ｓｉ3Ｎ4、Ｔａ及びＴａＮから選択された少なくとも１種の材料を適用するのが望ましい。更に、熱拡散部材に液体に対する耐腐食性と放熱性を高めるためには、ＳｉＣ、ＳｉＣＮ、Ｓｉ3Ｎ4、Ｔａ及びＴａＮから選択された少なくとも１種の材料を適用するのが望ましい。これらの材料の少なくとも１種を用いて１層構造のあるいは複数層の積層構造の熱拡散部材を構成することができる。１層構造の熱拡散部材は、液体に対する腐食耐性の層として形成することが好ましい。また、複数構造の熱拡散部材では、少なくとも１層を液体に対する腐食耐性の層として形成し、液体に対する腐食耐性の層を最上層に配置することが好ましい。
【００２０】
更に、熱拡散部材用の構成材料としては、樹脂バインダー中に導電性粒子を含み、目的とする熱導電性を有する複合材料を用いることもできる。このような複合材料としては、硬化性のペースト材、例えば導電性のペースト材を挙げることができる。導電性ペースト材は、ペースト基材中に導電性の粒子を配合した材料であり、導電性の粒子が目的とする熱伝導性をペースト材に付与することが可能な場合には熱拡散部材の形成用材料として利用できる。
【００２１】
導電性のペースト材における熱伝導性の粒子の構成材料としては、Ａｇ、Ｃｕ等の金属、セラミックス等を挙げることができる。ペースト基材としては、エポキシ樹脂等の各種の導電性ペーストのペースト基材として使用されているものが利用できる。ペースト材としては、液体格納部の構成部材としての強度や物性を有しており、目的とする熱伝導性を有するものであればよい。また、熱や光等による硬化性を有するペースト材の場合は、硬化後において液体格納部の構成部材としての強度や物性を満たすものであればよい。
【００２２】
液体格納部の設置位置の構造や形状、あるいは設置スペースに対応して容易に変形可能であり、設置後に目的とする強度や物性を得る上では、これらの要件に応じた粘性やチクソ性を有するペースト材を好ましく利用できる。なお、ペースト材を用いる場合には、ペースト材の適用領域を規制する壁材を予め設置しておくことが好ましい。例えば、記録素子基板の側面にその基板に接してペースト材を用いた熱拡散部材を設ける場合には、記録素子基板の側面と間隔を設けて配置された側壁を用意する。この基板の側面と側壁との間にペースト材を充填して側壁と充填されペースト材とによって液体格納部を構成することができる。
【００２３】
吐出用の液体は、液体吐出ヘッドを用いた液体による被処理対象物上での処理目的に応じて選択される。吐出用の液体は、水及び水溶性有機溶剤を含む水性溶媒と、吐出性能を確保するための成分と、液体による処理目的に応じて添加される各種添加剤を用いて調製することができる。紙等の被記録媒体上に着色により画像や文字を記録するための液体には、染料や顔料等の着色剤が添加される。
【００２４】
水溶性有機溶媒としては、公知の水溶性有機溶媒を用いることができる。具体的には、グリセリン、エタノール、メタノール、２−プロパノール、２−ピロリドン、ヘキシレングリコール、ジエチレングリコール、１，２−ヘキサンジオール、１，５−ペンタンジオール等が挙げられるがこの限りではない。水溶性有機溶媒の含有量は、インク全質量に対しては６０質量％以上９０質量％以下であることが好ましい。また、水の含有量は、インク全質量に対しては１０質量％以上４０質量％以下であることが好ましい。
【００２５】
更に、吐出用の液体には、液体吐出ヘッドからの吐出性能や被処理対象物上での処理目的に応じた特性を満たし、かつ液体格納部での蒸発成分の蒸発を効果的に行うことを可能とする成分が含有されていることが好ましい。例えば、水を主体とする記録液のように大気圧下の室温においても紙等の被記録媒体に対して乾燥定着可能な記録液であれば、本発明にかかる液体格納部を用いた構成による冷却効果を得ることができる。一方、室温よりも高い温度での加熱乾燥定着を行う記録液についても、装置内の昇温条件における蒸発成分を含有するものであれば、本発明に適用に適用可能である。すなわち、装置内の昇温条件における蒸発成分を含有するものであれば、液体の組成は限定されない。
【００２６】
更に高い冷却効果を得る為には、吐出用の液体に、沸点が低い成分を処方する事が望ましい。更に望ましくは、水素結合を形成し、高い蒸発熱が得られる成分を処方する事が望ましい。この様な液体の成分としては、ヒドロキシル基、カルボキシル基、エステル基、エーテル基、アミノ基、スルホン基のうちの少なくとも１種類を分子構造内に有している化合物を含んでいる事が望ましい。更にそれらの成分の沸点が１００℃以下である事が最も望ましい。１気圧（101,325パスカル（Pa））での沸点が１００℃以下の成分としては、例えば、水、エタノール、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）等を挙げることができる。
【００２７】
以下に、本発明の適用が可能である液体吐出ヘッドの実施形態として、液体として記録液（インク）を用いたインクジェット記録ヘッドについて図１に示す模式図を用いて説明する。
【００２８】
図１はインクジェット記録ヘッドの構造を示す模式図であり、図１（ａ）はインクジェット記録ヘッドの平面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）におけるＡ−Ａ線での断面図である。図１に示すインクジェット記録装置においては、記録素子基板Ｈ１１０１で発生した熱が、熱拡散部材ｄａ、ｄｂを介して液体液格納部Ｒ１、Ｒ２に保持された記録液Ｉｋに伝達される。その伝達された熱を、記録液Ｉｋの蒸発熱の少なくとも一部として利用して、記録素子基板Ｈ１１０１の放熱性を大きく向上させることができる。
【００２９】
図１に示す実施形態では、記録素子基板Ｈ１１０１の表面部、及び側面部のそれぞれに熱拡散部材ｄａ、ｄｂが設けられている。
【００３０】
熱拡散部材ｄａ、ｄｂは、記録素子基板Ｈ１１０１内で発生した熱を効率的に排出する為に、記録素子基板Ｈ１１０１を構成する熱伝導率の高いシリコン基板Ｓｂに密着した状態で配置されている。また、熱拡散部材ｄａ、ｄｂは記録液Ｉｋを保持する液体格納部Ｒ１、Ｒ２の少なくとも１部を構成している。液体格納部Ｒ１、Ｒ２内に保持された記録液Ｉｋは熱拡散部材ｄａ、ｄｂからなる部分と接触することになり、この記録液Ｉｋに対して、熱拡散部材ｄａ、ｄｂから熱伝達が行われる。この様にして伝達された熱によって、記録液Ｉｋ中の蒸発成分の蒸発（気化）が促進され、記録素子基板Ｈ１１０１から多くの熱を奪い、記録素子基板Ｈ１１０１の温度上昇を抑制する事が可能になる。例えば、支持基板Ｈ１２００に高放熱性材料であるアルミを適用した場合、アルミ１ｇ当たり１℃の温度上昇で、記録素子基板Ｈ１１０１から０．９Ｊの熱量を奪った事になる。これに対して、蒸発熱を利用した場合、蒸発する液体が水であると、Ｈ2Ｏ（液体）→Ｈ2Ｏ（気体）では−２２５９Ｊ／ｇの変化を起こし、温度上昇を伴わずして水１ｇ当たり２２５９Ｊの熱量を記録素子基板Ｈ１１０１から奪うことが想定できる。また液体成分がエタノールである場合は、同様の状態変化で周辺部から奪う熱量はエタノール１ｇ当たり８５３Ｊ／ｇに相当する。
【００３１】
常温における記録液Ｉｋの蒸気圧を上昇させる成分を記録液Ｉｋに処方し、記録素子基板Ｈ１１０１の周辺に存在する吐出後の記録液Ｉｋを液体格納部Ｒ１、Ｒ２で保持して気液共存の状態を保てば、飽和蒸気圧に至るまで強制的に蒸発が継続される事になる。
【００３２】
更に、記録素子基板Ｈ１１０１の温度上昇に伴って液体格納部Ｒ１、Ｒ２に保持されている記録液Ｉｋの温度が上がると、記録液Ｉｋを構成する成分の飽和蒸気圧も上昇する。その結果、記録素子基板Ｈ１１０１の温度上昇が起きる程、蒸発に伴う吸熱作用が働く事になる。インクジェット記録装置内のインクジェット記録ヘッドが駆動する空間からの蒸気成分の排気手段や除湿手段を設ければ、記録素子基板Ｈ１１０１の冷却効果は更に向上する。かかる排気手段や除湿手段にはファンやフィルターを用いたシステムを利用することができる。
【００３３】
熱拡散部材ｄａ、ｄｂとしては、高い放熱性を実現する為に、前記記録素子基板の周囲に配置される封止剤以上の熱伝導率を有した材料が用いられる。記録素子基板Ｈ１１０１の上面部に配置する熱拡散部材ｄａには熱伝導性の高いＡｌ、ＳｉＣ、ＳｉＣＮ、Ｓｉ3Ｎ4、Ｔａ及びＴａＮから選択された少なくとも１種の材料を適用するのが望ましい。なお、実施例２及び３に示すとおり、記録素子基板Ｈ１１０１の上面部に配置される熱拡散部材ｄａは複数層から構成しても良い。記録液Ｉｋに対する腐食耐性を有し、かつ放熱性を高める構成としてはＳｉＣ、ＳｉＣＮ、Ｓｉ3Ｎ4、Ｔａ及びＴａＮ選択された少なくとも１種の材料を熱拡散部材ｄａに適用するのが最も望ましい。より大きな放熱効果を得る為には、記録素子基板Ｈ１１０１に設ける熱拡散部材ｄａ、ｄｂと記録液Ｉｋの接触面積を大きくするとよい。これを達成するには、熱拡散部材ｄａ、ｄｂを記録素子基板に対して広い接触面積をもって配置したり、液体格納部Ｒ１、Ｒ２による記録液Ｉｋの保持性を高める為に液体格納部Ｒ１、Ｒ２に溝形状を設ける事が有効である。
【００３４】
一方、記録素子基板Ｈ１１０１の側面部に設ける熱拡散部材ｄｂに用いる材料には、熱伝導性の高い金属を添加した導電性ペーストを用いる事が出来る。この様な材料としては、ＡｇやＣｕ等の金属やセラミックスを添加したエポキシ樹脂が適している。熱拡散部材ｄｂによる効率的な放熱を行う為には、この様な材料として次工程で記録素子基板Ｈ１１０１の電気接続部に被覆される封止剤Ｓよりも高い熱伝導率を有する材料を適用する事が望ましい。封止剤Ｓを設けたインクジェット記録ヘッドの構成を図５にしめす。図５は、図１に示す構成のインクジェット記録ヘッドの記録素子基板Ｈ１１０１の有する電気接続部を封止剤Ｓで被覆した状態を示す。封止剤Ｓとしては、目的とする機能を有するものであれば特に限定されず、例えばインクジェット記録ヘッドの組み立てに利用されているものの中から選択して用いることができる。
【００３５】
記録素子基板Ｈ１１０１の側面部に設ける熱拡散部材ｄｂは、記録素子基板Ｈ１１０１の側面部との熱伝導面積を大きくする為に記録素子基板Ｈ１１０１の側面のなるべく高い位置まで形成するのが望ましい。これを実現する為に、支持基板Ｈ１２００表面に側壁Ｅ１を記録素子基板Ｈ１１０１の側面に対して間隔を開けて設けてダム部材とし、熱拡散部材ｄｂの上面を記録素子基板Ｈ１１０１の側面の高い位置まで形成する事も出来る。熱拡散部材ｄｂを記録素子基板Ｈ１１０１の側面に高く形成する為に、熱拡散部材ｄｂに採用する導電性ペースト材は高粘度で高チクソ性を有する材料が好ましい。
【００３６】
図１（ａ）の様に、記録素子基板Ｈ１１０１の側面部に配置された熱拡散部材ｄｂの間には、液体格納部Ｒ２が形成されている。
【００３７】
インクジェット装置の駆動中に発生するミスト状の記録液Ｉｋが吐出口面を含むフェイス面に付着した後、フェイス面のクリーニングを行うワイピング動作によって、記録液Ｉｋは液体液格納部Ｒ１、Ｒ２に掃き出されてそこに保持される。また印字中に発生するミスト状の記録液Ｉｋが液体格納部Ｒ１、Ｒ２に捕捉され、保持される場合もある。
【００３８】
更に、液体液格納部Ｒ１、Ｒ２内に保持された記録液Ｉｋに、熱拡散部材ｄａ、ｄｂを介して記録素子基板Ｈ１１０１の熱が伝達されて、記録液Ｉｋの一部が蒸発する際に周辺部から熱を奪う事で、記録素子基板Ｈ１１０１で発生した熱を除去する効果が得られる。
【００３９】
一方、インクジェット装置の駆動中に液体格納部Ｒ１、Ｒ２に保持された記録液Ｉｋが、吐出口Ａｐ領域に逆侵入すると、吐出口からの記録液の不吐出状態や、吐出不良等の弊害を引き起こす場合がある。このような問題の発生が想定される場合では、記録素子基板Ｈ１１０１の側面部、及び表面部に形成する液体格納部の上端を吐出口面と同じ面に設けるか、あるいは吐出口面よりも低い位置に設定し、かつ記録液Ｉｋを格納する領域を吐出口面よりも低い位置に設けることが望ましい。
【実施例】
【００４０】
以下本発明の構成が適用可能なインクジェット記録ヘッドの実施例について説明する。
（実施例１）
本発明が適用出来る第１の実施例について、以下に説明する。
【００４１】
図１（ａ）及び（ｂ）及び図２に示す様に、本実施例では、記録素子基板Ｈ１１０１の表面（上面）部、及び側面部のそれぞれに熱拡散部材ｄａ、ｄｂが設けられている。熱拡散部材ｄａは、記録素子基板Ｈ１１０１の上面からその厚さ方向、すなわち上方に伸びる壁部材としての形状を有する。この壁部材としての熱拡散部材ｄａを、記録素子基板Ｈ１１０１の上面にある４列のノズル基板Ｎｐの配置領域を取り囲む外周領域と、４列のノズル基板Ｎｐの間に、減圧プラズマＣＶＤ法を用いたフォトリソグラフィ工程を用いて形成した。ノズル基板Ｎｐの配置領域を取り囲む外周領域においては、熱拡散部材ｄａからなる壁部材をノズル基板Ｎｐの配置領域から外周縁部に向かって間隔を置いて２つ配置して二重壁構造とし、各ノズル基板Ｎｐ間では単一壁部材構造とした。
【００４２】
熱拡散部材ｄａの高さは０．１〜０．５ｍｍの範囲から、厚みは０．０１〜０．０５ｍｍの範囲から選択した。
【００４３】
熱拡散部材ｄａがノズル基板Ｎｐに対して間隔をもって配置されていることにより、熱拡散部材ｄａの周辺には溝状に形成された液体格納部Ｒ１が形成されている。記録素子基板Ｈ１１０１の表面部に設ける熱拡散部材ｄａの材料としてはＳｉ3Ｎ4を採用し、記録素子基板Ｈ１１０１内で発生した熱を効率的に排出する為に、記録素子基板Ｈ１１０１のシリコン基板Ｓｂに密着する様に形成した。Ｓｉ3Ｎ4は２８Ｗ／ｍ・℃と高い熱伝導性を有しており、記録素子基板Ｈ１１０１からの熱を素早く液体格納部Ｒ１に伝達する事が出来る。液体格納部Ｒ１が設けられており、印字を重ねる毎にこの部分には、流路Ｈ１１０２から供給され、吐出口（ノズル）Ａｐより吐出された後に吐出口面に残存し、吐出口面から掃き出された記録液Ｉｋが捕捉され、保持されていく。
【００４４】
熱拡散部材ｄｂは、記録素子基板Ｈ１１０１の側面部のシリコン基板Ｓｂに密着する様にして設けた。熱拡散部材ｄｂからなる部分の上面の凹部（窪み）、並びに熱拡散部材ｄｂ間に設けられた空間が液体格納部Ｒ２として利用される。熱拡散部材ｄｂの材料には熱伝導率が２５Ｗ／ｍ・℃（硬化後）であるＡｇ粒子が添加された導電性ペースト（エポキシ樹脂）を採用した。エア圧によるディスペンス塗布方式で支持基板Ｈ１２００の所定位置に導電性ペーストを塗布して熱拡散部材ｄｂを形成した。熱拡散部材ｄｂは、２５Ｗ／ｍ・℃と高い熱伝導性を有しており、記録素子基板Ｈ１１０１からの熱を素早く液体格納部Ｒ２に伝達する事が出来る。図１（ｂ）の様に、支持基板Ｈ１２００に設けられた側壁Ｅ１によって、塗布後の熱拡散部材ｄｂ形成用ペースト材の広がりを抑制する事で、記録素子基板Ｈ１１０１の側面部にその上端を高い位置に保持して熱拡散部材ｄｂを形成させる事が出来る。本実施例で熱拡散部材ｄｂとして採用した材料は、粘度が９０Ｐａ・ｓ、チクソ比が５．０（０．５ｍｉｎ-1／５ｍｉｎ-1）である導電性ペースト材である。
【００４５】
熱拡散部材ｄｂの形成は以下に説明する工程により行った。まず、熱拡散部材ｄｂ形成用のペースト材を支持基板Ｈ１２００上の所定位置に塗布した。その後、支持基板Ｈ１２００をキュア炉に投入し、１５０〜２００℃の熱キュアを施して塗布したペースト材を硬化させて支持基板Ｈ１２００上に熱拡散部材ｄｂを設けた。
【００４６】
図１（ａ）及び（ｂ）に示す様に、熱拡散部材ｄｂからなる部分の上面の凹部（窪み）、並びに熱拡散部材ｄｂ間に設けられた空間が液体格納部Ｒ２となる。液体格納部Ｒ２に保持された記録液Ｉｋに熱拡散部材ｄｂを介して記録素子基板Ｈ１１０１の熱が伝達されて、記録液Ｉｋの一部が蒸発する際に周辺部から熱を奪い、記録素子基板Ｈ１１０１で発生した熱を除去する効果が得られる。
【００４７】
ノズル基板Ｎｐは吐出口Ａｐが開口する吐出口面を有し、熱拡散部材ｄａ、ｄｂを構成の一部とする液体格納部Ｒ１、Ｒ２はそれらの上端ができるだけ高い位置を保持し、かつ吐出口面よりも低くなる様に形成した。このことによって、液体格納部Ｒ１、Ｒ２の記録液Ｉｋの収容部は吐出口面よりも低い位置に設置され、先に述べた記録液Ｉｋの吐出口面への逆侵入を防止できる。
【００４８】
以下に、本実施例によるインクジェット記録ヘッドの製造方法について述べる。
【００４９】
まず、記録素子基板Ｈ１１０１の製造過程において、減圧プラズマＣＶＤ法を用いたフォトリソグラフィ工程によって、記録素子基板Ｈ１１０１の表面に熱拡散部材ｄａを形成した。次に、熱拡散部材ｄａが形成された記録素子基板Ｈ１１０１を、側壁Ｅ１が設けられた支持基板Ｈ１２００に対して第１の接着剤Ｇ１で接着固定して記録素子ユニットを作製した。この記録素子ユニットに対して先に述べた方法を用いて熱拡散部材ｄｂを設けた。熱拡散部材ｄｂを設けた記録素子ユニットの支持基板Ｈ１２００表面部の所定位置に、接着剤を塗布し、電気配線基板を接着した。図５の様に、次の工程では記録素子基板Ｈ１１０１の電気接続部を保護する目的で封止剤ＳをデバイスホールＤｈの領域に塗布した後、該封止剤を熱キュア工程で硬化させる。ここで、熱拡散部材ｄｂによる放熱が効率的に行われる様に、該封止剤Ｓは、熱拡散部材ｄｂ、及び液体格納部Ｒ１、Ｒ２を被覆せず、熱拡散部材ｄｂや液体格納部Ｒ１、Ｒ２が露出した状態となる様に形成した。尚、該封止剤Ｓの熱伝導率は０．１〜０．８Ｗ／ｍ・℃であり、その材料としてはフィラーを含有したエポキシ樹脂を用いた。その後、更に次の工程で、記録液格納容器の組み付けや記録液の注入等を行う事で、インクジェット記録ヘッドが完成する。
【００５０】
以上に述べた本発明の構成によって、印字中に記録素子基板Ｈ１１０１で発生した熱を、熱拡散部材ｄａ、ｄｂを介して液体格納部Ｒ１、Ｒ２に保持された記録液Ｉｋに迅速に伝達し、記録液Ｉｋの成分の蒸発熱を利用した冷却を行う事が出来る。その結果、記録素子基板Ｈ１１０１からの放熱性を向上させて該基板の温度上昇を抑制し、高い印字品位でかつ高速印字が可能なインクジェット記録ヘッドを得られるようになった。
【００５１】
（実施例２）
本発明が適用出来る第２の実施例について、以下に説明する。
【００５２】
本実施例においても、記録素子基板Ｈ１１０１の表面部及び側面部の実施例１と同様の位置に同様の方法により、熱拡散部材ｄａ、ｄｂが設けられている。
【００５３】
ただし、図３（ａ）及び（ｂ）に示す様に、本実施例では記録素子基板Ｈ１１０１の表面に形成する熱拡散部材ｄａは３層構造として形成した。この３層構造は、第１の熱拡散層ｄａ１、第２の熱拡散層ｄａ２及び第３の熱拡散層ｄａ３で構成されている。各層を形成するための材料としては、第１の熱拡散層ｄａ１及び第２の熱拡散層ｄａ２にはＡｌを、第３の熱拡散層ｄａ３にはＳｉ3Ｎ4を採用した。第１の熱拡散層ｄａ１及び第２の熱拡散層ｄａ２を構成するＡｌの熱伝導率は２３６Ｗ／ｍ・℃であり、第３の熱拡散層ｄａ３を構成するＳｉ3Ｎ4の熱伝導率は２８Ｗ／ｍ・℃である。第３の熱拡散層ｄａ３は、第１の熱拡散層ｄａ１、第２の熱拡散層ｄａ２を構成するＡｌの腐食を防止する為の保護層の役割を果たしている。先述した様に、第１の熱拡散層ｄａ１はＡｌから構成され、記録素子基板Ｈ１１０１の熱を多く吸収する為に、密着面積を広く取ってシリコン基板Ｓｂ上に設けた。第２の熱拡散層ｄａ２も同様にＡｌで構成されているが、上層である第３の熱拡散部材ｄａ３上に液体格納部Ｒ１を形成する為に、第１の熱拡散層ｄａ１よりも狭い範囲に形成されている。Ｓｉ3Ｎ4からなる第３の熱拡散層ｄａ３には、熱伝達の機能と共に、下層を構成する第１の熱拡散層ｄａ１及び第２の熱拡散層ｄａ２を記録液Ｉｋの接触による腐食から保護する機能を持たせている。そのために、第３の熱拡散層ｄａ３は、第１の熱拡散層ｄａ１及び第２の熱拡散層ｄａ２を覆いこれらを保護する位置に設けられている。
【００５４】
この様にして、３層構造から成る熱拡散部材ｄａの表面には凹状の溝部を有する液体格納部Ｒ１が設けられており、溝部の幅は０．１〜０．３ｍｍから、深さは０．０１〜０．０３ｍｍから選択した。液体格納部Ｒ１の溝部は毛細管作用により記録液Ｉｋを保持する構造を有する。該溝部には、印字を重ねる毎に吐出口より吐出された後に吐出口面に残存し、吐出口面から掃き出された記録液Ｉｋが捕捉され、保持されていく事になる。
【００５５】
記録素子基板Ｈ１１０１の側面部には熱拡散部材ｄｂを設けた。また、本実施例においても、図１に示した構成と同様に、熱拡散部材ｄｂの上面の窪み部分と、熱拡散部材ｄｂ間に設けた空間が設けられていることにより液体格納部Ｒ２が形成されている。熱拡散部材ｄｂ形成用の材料には実施例１と同様にＡｇが添加された導電性ペースト（エポキシ樹脂）を採用した。これによって、記録素子基板Ｈ１１０１からの熱を素早く液体格納部Ｒ２に伝達する事が出来る。本実施例においても、実施例１と同様に、支持基板Ｈ１２００に側壁を設けて塗布後の熱拡散部材ｄｂ形成用のペースト材の広がりを制御してもよく、それにより実施例１と同様の側壁を設ける効果を得ることができる。本実施例で採用した導電性ペースト材の粘度は１２０〜２００Ｐａ・ｓから、チクソ比は５．０〜７．０（０．５ｍｉｎ-1／５ｍｉｎ-1）から選択した。熱拡散部材ｄｂ形成用のペースト材を支持基板Ｈ１２００の所定位置に塗布した後に記録素子ユニットをキュア炉に投入し、１５０〜２００℃の熱キュアを施してペースト材を硬化させて熱拡散部材ｄｂを得た。熱拡散部材ｄｂは、２５Ｗ／ｍ・℃と高い熱伝導性を有していた。
【００５６】
実施例１と同様の組み立て工程を経て、インクジェット記録ヘッドを完成した。
【００５７】
本実施例においても、実施例１と同様に熱拡散部材ｄｂからなる部分の上面の凹部（窪み）、並びに熱拡散部材ｄｂ間に設けられた空間が液体格納部Ｒ２となる。液体格納部Ｒ２に保持された記録液Ｉｋに熱拡散部材ｄｂを介して記録素子基板Ｈ１１０１の熱が伝達されて、記録液Ｉｋの一部が蒸発する際に周辺部から熱を奪い、記録素子基板Ｈ１１０１で発生した熱を除去する効果が得られる。
【００５８】
本実施例においても、熱拡散部材ｄａ、ｄｂを構成の一部とする液体格納部Ｒ１、Ｒ２はそれらの上端ができるだけ高い位置を保持し、かつ吐出口面よりも低くなる様に形成した。このことによって、液体格納部Ｒ１、Ｒ２の記録液Ｉｋの収容部は吐出口面よりも低い位置に設置され、先に述べた記録液Ｉｋの吐出口面への逆侵入を防止できる。
【００５９】
一方、本実施例においては、図３（ｂ）に示す通り、熱拡散部材ｄａと熱拡散部材ｄｂとが接触する部分を形成し、これらの部材における吸熱容量を大きくして冷却効率を更に向上させている。
【００６０】
本実施例によるインクジェット記録ヘッドは、減圧プラズマＣＶＤ法を用いたフォトリソグラフィ工程によって３層構造の熱拡散部材ｄａを形成し、熱拡散部材ｄｂを熱拡散部材ｄａの側面に接触させて形成する以外は実施例１と同様にして製造することができる。
【００６１】
本実施例における構成においても、印字中に記録素子基板Ｈ１１０１で発生した熱を、熱拡散部材ｄａ、ｄｂを介して液体格納部Ｒ１、Ｒ２に保持された記録液Ｉｋに迅速に伝達し、記録液Ｉｋの成分の蒸発熱を利用した冷却を行う事が出来る。その結果、記録素子基板Ｈ１１０１からの放熱性を向上させて該基板の温度上昇を抑制し、高い印字品位でかつ高速印字が可能なインクジェット記録ヘッドを得られるようになった。
【００６２】
（実施例３）
本発明が適用出来る第３の実施例について、以下に説明する。
【００６３】
本実施例においても、記録素子基板Ｈ１１０１の表面部及び側面部の実施例１及び２と同様の位置に同様の方法により、熱拡散部材ｄａ、ｄｂが設けられている。
【００６４】
ただし、図４（ａ）及び（ｂ）に示す様に、本実施例では記録素子基板Ｈ１１０１の表面に形成する熱拡散部材ｄａは、２層構造として形成した。ここで、この２層構造は、第１の熱拡散層ｄａ１、第２の熱拡散層ｄａ２、第３の熱拡散層ｄａ３で構成されている。これらの材料としては、第１の熱拡散層ｄａ１及び第２の熱拡散層ｄａ２にはＳｉＣを、採用した。この材料の熱伝導率が３００Ｗ／ｍ・℃である。先述した様に、第１の熱拡散層ｄａ１はＳｉＣで構成し、記録素子基板Ｈ１１０１の熱を多く吸収する為に、密着面積を広く取ってシリコン基板Ｓｂ上に設けた。第２の熱拡散層ｄａ２も同様にＳｉＣで構成されているが、液体格納部Ｒ１を形成する為に第１の熱拡散層ｄａ１よりも狭い範囲に形成されている。第１の熱拡散層ｄａ１と第２の熱拡散層ｄａ２は高い熱伝達の機能を果たす。更にＳｉＣで構成された熱拡散層ｄａ１、ｄａ２は、記録液Ｉｋの接触による腐食に対する高い耐性を有している。この様にして、形成した複数層から成る熱拡散部材ｄａの表面には凹状の溝部を有する液体格納部Ｒ１が設けられ、溝部の幅は０．１〜０．３ｍｍから、深さは０．０１〜０．０３ｍｍから選択した。液体格納部Ｒ１の溝部は毛細管作用により記録液Ｉｋを保持する構造を有する。従って、該溝部には印字を重ねる毎にノズルより吐出された後の記録液Ｉｋが捕捉され、保持されていく事になる。
【００６５】
実施例１及び２と同様に、記録素子基板Ｈ１１０１の側面部には熱拡散部材ｄｂを設けた。また、本実施例においても、図１に示した構成と同様に、熱拡散部材ｄｂの上面の窪み部分と、熱拡散部材ｄｂ間に設けた空間が設けられていることにより液体格納部Ｒ２が形成されている。熱拡散部材ｄｂ形成用の材料には実施例１及び実施例２と同様にＡｇが添加された導電性ペースト（エポキシ樹脂）を採用した。これによって、記録素子基板Ｈ１１０１からの熱を素早く液体格納部Ｒ２に伝達する事が出来る。本実施例においても、実施例１と同様に、支持基板Ｈ１２００に側壁を設けて塗布後の熱拡散部材ｄｂ形成用のペースト材の広がりを制御してもよく、それにより実施例１と同様の側壁を設ける効果を得ることができる。本実施例で採用した導電性ペースト材の粘度は１２０〜２００Ｐａ・ｓから、チクソ比は５．０〜７．０（０．５ｍｉｎ-1／５ｍｉｎ-1）から選択した。熱拡散部材ｄｂ形成用のペースト材を支持基板Ｈ１２００に塗布した後に記録素子ユニットをキュア炉に投入し、１５０〜２００℃の熱キュアを施してペースト材を硬化させて熱拡散部材ｄｂを設けた。熱拡散部材ｄｂは２５Ｗ／ｍ・℃と高い熱伝導性を有していた。
【００６６】
図４（ａ）及び（ｂ）に示す様に、本実施例では、側壁Ｅ１を一体化して設けたカバー部材Ｃｖを用意し、支持基板Ｈ１２００の側面部を覆う様にして支持基板Ｈ１２００上に第２の接着剤Ｇ２を用いて固定した。側壁Ｅ１を記録素子基板Ｈ１１０１近傍に設ける事によって、塗布後の熱拡散部材ｄｂの広がりを抑制し、記録素子基板Ｈ１１０１の側面部に高さを保持した状態で熱拡散部材ｄｂを形成する事が出来る。尚、カバー部材Ｃｖの材質としては、ガラスフィラー等を添加した熱可塑性樹脂材料や、ＳＵＳ３０４等の金属を適用した。
【００６７】
実施例１と同様の組み立て工程を経て、インクジェット記録ヘッドを完成した。
【００６８】
本実施例においても、実施例１と同様に熱拡散部材ｄｂからなる部分の上面の凹部（窪み）、並びに熱拡散部材ｄｂ間に設けられた空間が液体格納部Ｒ２となる。液体格納部Ｒ２に保持された記録液Ｉｋに熱拡散部材ｄｂを介して記録素子基板Ｈ１１０１の熱が伝達されて、記録液Ｉｋの一部が蒸発する際に周辺部から熱を奪い、記録素子基板Ｈ１１０１で発生した熱を除去する効果が得られる。
【００６９】
また、記録素子基板Ｈ１１０１の側面部及び表面部に設けた熱拡散部材ｄａ、ｄｂの上端を記録素子基板Ｈ１１０１の吐出口Ａｐ面よりも低くなる様に形成した。
【００７０】
また、本実施例においても、図４（ａ）に示す通り、熱拡散部材ｄａと熱拡散部材ｄｂとが接触する部分を形成し、これらの部材における吸熱容量を大きくして冷却効率を更に向上させている。
【００７１】
本実施例によるインクジェット記録ヘッドは、減圧プラズマＣＶＤ法を用いたフォトリソグラフィ工程によって２層構造の熱拡散部材ｄａを形成し、更に、熱拡散部材ｄｂを熱拡散部材ｄａの側面に接触させて形成し、側壁Ｅ１を有するカバー部材Ｃｖを用いる以外は実施例１と同様にして製造することができる。
【００７２】
本実施例における構成においても、印字中に記録素子基板Ｈ１１０１で発生した熱を、熱拡散部材ｄａ、ｄｂを介して液体格納部Ｒ１、Ｒ２に保持された記録液Ｉｋに迅速に伝達し、記録液Ｉｋの成分の蒸発熱を利用した冷却を行う事が出来る。その結果、記録素子基板Ｈ１１０１からの放熱性を向上させて該基板の温度上昇を抑制し、高い印字品位でかつ高速印字が可能なインクジェット記録ヘッドを得られるようになった。
【符号の説明】
【００７３】
Ｈ１１０１  記録素子基板
Ｈ１１０２  記録液流路
Ｈ１２００  支持基板
Ａｐ        吐出口
Ｓｂ        シリコン基板
ｄａ、ｄｂ  熱拡散部材
ｄａ１  第１の熱拡散層
ｄａ２  第２の熱拡散層
ｄａ３  第３の熱拡散層
Ｉｋ        記録液
Ｒ１、Ｒ２  液体格納部
Ｅ１        側壁
Ｎｐ        吐出口基板
Ｇ１        第１の接着剤
Ｇ２        第２の接着剤
Ｄｈ        デバイスホール
Ｃｖ        カバー
Ｓ          封止剤
【図１】
2015096312.tif 000003
【図２】
2015096312.tif 000004
【図３】
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【図４】
2015096312.tif 000006
【図５】
2015096312.tif 000007