(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクを吐出する複数の吐出口が設けられたインクジェット記録ヘッドは、
複数の吐出口が配列した吐出口列を備え、前記複数の吐出口からインクを吐出するための熱エネルギを発生する素子が設けられた記録素子基板と、
前記記録素子基板を支持する面を備える支持板と、
前記支持板の内部に設けられ、ヒートパイプを備える通路と、
前記支持板の内部に冷却用の液体を流すために設けられた流路と、を備え、
前記支持板の前記面に垂直な方向に関して前記記録素子基板と重なる領域では、前記記録素子基板、前記通路および前記流路が、前記支持板の厚さ方向にこの順に並べて設けられていることを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
【請求項２】
前記通路および前記流路は、前記複数の吐出口の配列方向に沿って配されていることを特徴とする請求項１に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項３】
前記通路および前記流路は、それぞれ独立して前記記録素子基板に設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項４】
前記配列方向における断面に関して、前記ヒートパイプは、前記通路の断面積よりも小さい断面積を有しており、
前記通路のうち、前記ヒートパイプが配された以外の部分が前記流路として用いられることを特徴とする請求項２に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項５】
前記支持板は、セラミック材で構成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項６】
前記支持板はグリーンシートを積層し、積層された前記支持板を焼成することにより形成されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項７】
前記配列方向における、前記流路の断面の形状が凹凸形状であることを特徴とする請求項２に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項８】
前記支持板の内部に設けられた、前記通路とは別の通路であって、前記配列方向に沿って配されたヒートパイプを備える前記別の通路と、
前記支持板の内部に冷却用の液体を流すために設けられた、前記流路とは別の流路であって、前記配列方向に沿って配された前記別の流路と、を更に備え、
前記配列方向に交差する方向に関して、前記通路の両側に２つの前記別の通路および前記別の流路がそれぞれ設けられており、該別の通路は、該別の流路よりも前記支持板の内側に配されていることを特徴とする請求項２に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項９】
複数の前記記録素子基板を備えることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項１０】
前記複数の記録素子基板が、前記支持板上に前記複数の吐出口の配列方向に沿って千鳥状に配列されていることを特徴とする請求項９に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッドと、記録媒体を搬送する搬送手段と、を備えたインクジェット記録装置であって、
前記流路に冷却用の液体を流す手段を備えたことを特徴とするインクジェット記録装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクを吐出して記録動作を行うインクジェット記録装置および記録装置に用いられるインクジェット記録ヘッドに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、インクジェット記録装置は、カラー画像のランニングコストが安く、装置の小型化も可能であることから、コンピュータ関係の出力機器等に幅広く利用され、商品化されている。
【０００３】
近年では、より高速に高精細の画像の記録を実現するため、より記録幅（吐出口列長）が長い記録ヘッドの実現も望まれている。具体的には、記録ヘッドの長さが４インチ〜１３インチなどの長さのものも要求されている。
【０００４】
このように記録ヘッドが長尺化、高速化していくと記録ヘッドへの投入エネルギが増大し、記録中の記録ヘッド温度上昇が大きくなる。これによりページ毎の吐出量変動、高温における吐出の不安定等、連続記録性の低下等、記録信頼性への対応が必要になる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来、記録ヘッドの冷却は記録ヘッドの外部からの空冷や、記録ヘッドに冷却管を装着するなどの方法が採られている。従来の方法においては、完成した記録ヘッドにヒートパイプや放熱部材を外付けしているため、熱源となる記録素子基板とヒートパイプとをあまり近づけられないという課題があった。また、ヒートパイプを外付けしているため、ヒートパイプと記録ヘッドとの接触面積が限られてしまい、記録ヘッドとヒートパイプとの間の熱交換効率が悪かった。従来方式の構成であっても、記録の実行条件によっては、冷却、均熱化の効果が十分な場合もあるが、より長尺化、高密度化した記録ヘッドでより連続記録を行おうとする場合に問題となる。これは、長時間記録による記録ヘッド内の偏った温度分布や昇温による記録不具合を抑えるだけの熱交換効率が得られていないことによる。
【０００６】
よって本発明は、上述のような従来技術の有する問題点に鑑み、長尺化、高密度化した記録ヘッドで高速記録した場合でも記録信頼性が高いインクジェット記録ヘッドを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
そのため本発明のインクジェット記録ヘッドは、インクを吐出する複数の吐出口が設けられたインクジェット記録ヘッドは、複数の吐出口が配列した吐出口列を備え、前記複数の吐出口からインクを吐出するための熱エネルギを発生する素子が設けられた記録素子基板と、前記記録素子基板を支持する面を備える支持板と、前記支持板の内部に設けられ、ヒートパイプを備える通路と、前記支持板の内部に冷却用の液体を流すために設けられた流路と、を備え、前記支持板の前記面に垂直な方向に関して前記記録素子基板と重なる領域では、前記記録素子基板、前記通路および前記流路が、前記支持板の厚さ方向にこの順に並べて設けられていることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明のインクジェット記録装置は、前述のインクジェット記録ヘッドと、記録媒体を搬送する搬送手段と、を備えたインクジェット記録装置であって、前記流路に冷却用の液体を流す手段を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、記録の高速化、吐出口配列の高密度化によるインクジェット記録ヘッドの温度上昇およびインクジェット記録ヘッド内の温度のムラを抑え、吐出量の変動や昇温による不吐出を防止することが可能になる。また、高速化、高画質化を両立できると共に連続記録実行時における信頼性の大幅な向上が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の実施形態について図面を参照して説明する。  
図１から図１２は本発明を適用可能な、インクを吐出する複数の吐出口からなる吐出口列を有する複数の記録素子基板が、支持板上で吐出口の列方向に沿って配列されたインクジェット記録ヘッドやインクジェット記録装置を説明するための図である。以下、これらの図面を参照して各構成の説明をしながら、全体を説明する。
【００１１】
図１に示すインクジェット記録ヘッド（以下、単に記録ヘッドともいう）Ｈ１０００は、電気信号に応じて膜沸騰をインクに生じさせるための熱エネルギを生成する電気熱変換体を用いて記録を行う。
【００１２】
そして、記録ヘッドＨ１０００は、図２の分解斜視図に示すように、記録素子ユニットＨ１００１とインク供給ユニットＨ１００２のインク供給部材Ｈ１５００から構成される。さらに、図３の分解斜視図に示すように、記録素子ユニットＨ１００１は、記録素子基板Ｈ１１００、支持板Ｈ１２００、電気配線基板Ｈ１３００、プレートＨ１４００、フィルタ部材Ｈ１６００で構成されている。
【００１３】
図４（ａ）は、記録素子基板Ｈ１１００の構成を示す図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）に示すIVＢ−IVＢ断面図である。記録素子基板Ｈ１１００は、例えば、厚さ０．５〜１ｍｍのＳｉ基板Ｈ１１０８で薄膜が形成されている。また、インク流路として長溝状の貫通口からなるインク供給口Ｈ１１０１が形成され、インク供給口Ｈ１１０１の両側に電気熱変換素子Ｈ１１０２がそれぞれ１列ずつ千鳥状に配列されている。そして、電気熱変換素子Ｈ１１０２、および、Ａｌなどの電気配線が成膜技術により形成されている。また、電気配線に電力を供給するために電極Ｈ１１０３が設けられている。
【００１４】
インク供給口Ｈ１１０１は、Ｓｉ基板Ｈ１１０８の結晶方位を利用して、異方性エッチングを行う。また、Ｓｉ基板Ｈ１１０８上には、吐出口プレートＨ１１１０が具備され、電気熱変換素子Ｈ１１０２に対応したインク流路Ｈ１１０４、吐出口Ｈ１１０５、発泡室Ｈ１１０７がフォトリソ技術により形成されている。また、吐出口Ｈ１１０５は電気熱変換素子Ｈ１１０２に対向するように設けられており、インク供給口Ｈ１１０１から供給されたインクを電気熱変換素子Ｈ１１０２により気泡を発生させてインクを吐出させるものである。
【００１５】
支持板Ｈ１２００は、例えば、厚さ０．５〜１０ｍｍのアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）材料で形成されている。なお、支持板の素材は、アルミナに限られることなく、記録素子基板Ｈ１１００の材料の線膨張率と同等の線膨張率を有し、かつ、記録素子基板Ｈ１１００材料の熱伝導率と同等もしくは同等以上の熱伝導率を有する材料で作られてもよい。支持板Ｈ１２００の素材は、例えば、シリコン（Ｓｉ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、ジルコニア、窒化珪素（Ｓｉ3Ｎ4）、炭化珪素（ＳｉＣ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）のうちいずれであってもよい。
【００１６】
支持板Ｈ１２００には、記録素子基板Ｈ１１００にインクを供給するためのインク供給口Ｈ１２０１（第１インク供給口）が形成されている。これは、記録素子基板Ｈ１１００のインク供給口Ｈ１１０１（第２インク供給口）が支持板Ｈ１２００のインク供給口Ｈ１２０１に対応している。また、記録素子基板Ｈ１１００は支持板Ｈ１２００に対して位置精度良く接着固定される。また、支持板Ｈ１２００は、位置決め基準となるＸ方向基準Ｈ１２０４、Ｙ方向基準Ｈ１２０５、Ｚ方向基準Ｈ１２０６を有している。
【００１７】
記録素子基板Ｈ１１００は、図１に示すように支持板上Ｈ１２００に千鳥状に配置され、同一色による幅広の記録を可能としている。例えば、吐出口群の長さが少なくとも１インチの４つの記録素子基板Ｈ１１００ａ、Ｈ１１００ｂ、Ｈ１１００ｃ、Ｈ１１００ｄを千鳥状に配置し、４インチ幅の記録を可能にしている。
【００１８】
また、各記録素子基板の吐出口群の端部は、千鳥状に隣接する記録素子基板の吐出口群の端部と、記録方向に対して、重複する領域（Ｌ）を設け、各記録素子基板による記録領域間に隙間が生じることを防止している。例えば、吐出口群Ｈ１１０６ａと吐出口群Ｈ１１０６ｂに重複領域Ｈ１１０９ａ、Ｈ１１０９ｂを設けている。
【００１９】
電気配線基板Ｈ１３００は、記録素子基板Ｈ１１００に対してインクを吐出するための電気信号を印加するものであり、記録素子基板Ｈ１１００を組み込むための開口部を有している。裏面にはプレートＨ１４００が接着固定される。また、電気配線基板Ｈ１３００は、記録素子基板Ｈ１１００の電極Ｈ１１０３に対応する電極端子Ｈ１３０２と、この配線端部に位置し記録装置本体からの電気信号を受け取るための外部信号入力端子Ｈ１３０１を有している。
【００２０】
電気配線基板Ｈ１３００と記録素子基板Ｈ１１００は、電気的に接続されている。その接続方法は、例えば、記録素子基板Ｈ１１００の電極Ｈ１１０３と電気配線基板Ｈ１３００の電極端子Ｈ１３０２を金ワイヤＨ１３０３（不図示）を用いたワイヤーボンディング技術によりにより電気的に接続される。電気配線基板Ｈ１３００の素材としては、例えば、配線が二層構造のフレキシブル配線基板が使用され、表層はポリイミドフィルムで覆われている。
【００２１】
プレートＨ１４００は、例えば、厚さ０．５〜１ｍｍのステンレス板で形成されている。なお、プレートの素材は、ステンレスに限られることなく、耐インク性を有し、良好な平面性を有する材料で作られてもよい。そして、プレートＨ１４００は、支持板Ｈ１２００に接着固定された記録素子基板Ｈ１１００および該記録素子基板を取り込む開口部を有し、支持板に接着固定される。
【００２２】
プレートの開口部Ｈ１４０２と記録素子基板Ｈ１１００の側面によって形成される溝部には、第１の封止剤Ｈ１３０４が充填され、電気配線基板Ｈ１３００の電気実装部を封止している。また、記録素子基板の電極Ｈ１１０３は、第２の封止剤Ｈ１３０５で封止し、電気接続部分をインクによる腐食や外的衝撃から保護している。また、支持板Ｈ１２００の裏面側インク供給口Ｈ１２０１には、インク中に混入された異物を取り除くためのフィルタ部材Ｈ１６００が接着固定される。
【００２３】
インク供給部材Ｈ１５００は、例えば、樹脂成形により形成され、共通液室Ｈ１５０１と、Ｚ方向基準面Ｈ１５０２を具備している。そして、Ｚ基準面Ｈ１５０２は、記録素子ユニットを位置決め固定するとともに、記録ヘッドＨ１０００のＺ基準となっている。
【００２４】
図２に示した通り、記録ヘッドＨ１０００は、記録素子ユニットＨ１００１をインク供給部材Ｈ１５００に結合することにより完成する。結合は以下のように行われる。インク供給部材Ｈ１５００の開口部と記録素子ユニットＨ１００１を第３の封止剤Ｈ１５０３により封止し、共通液室Ｈ１５０１を密閉する。そして、インク供給部材のＺ基準Ｈ１５０２に記録素子ユニットＨ１００１のＺ基準Ｈ１５０２を、例えば、ビスＨ１９００等により位置決め固定する。第３の封止剤Ｈ１５０３は、耐インク性があり、かつ、常温で硬化し、かつ、異種材料間の線膨張差に耐えられる柔軟性のある封止剤が望ましい。
【００２５】
また、記録素子ユニットＨ１００１の外部信号入力端子Ｈ１３０１部分は、例えば、インク供給部材Ｈ１５００の裏面に、位置決め固定される。
【００２６】
本発明の実施例に係るインクジェット記録装置Ｍ４０００は、図５に示すように、例えば、写真画質の記録に対応して６色分の記録ヘッドが具備されている。記録ヘッドＨ１０００Ｂｋは、ブラックインク用の記録ヘッドであり、記録ヘッドＨ１０００Ｃはシアンインク用、記録ヘッドＨ１０００Ｍはマゼンタインク用、記録ヘッドＨ１０００Ｙはイエローインク用である。さらに、記録ヘッドＨ１０００ＬＣはライトシアンインク用、記録ヘッドＨ１０００ＬＭはライトマゼンタインク用である。これらの記録ヘッドＨ１０００を、記録装置本体Ｍ４０００に載置されている記録ヘッド搭載部Ｍ４００１の位置決め手段および電気的接点Ｍ４００２によって固定支持する。
【００２７】
そして、これらの記録ヘッドＨ１０００を、不図示の駆動回路によって制御し、記録媒体に対して記録を行うものである。なお、図５の記録装置は、記録ヘッドが記録媒体幅分の吐出口を有するフルラインタイプであり、記録ヘッドは固定で、記録媒体が矢印の方向に走査する（搬送手段により搬送される）ことで記録を行う方式である。また、これに対して、図６の記録装置は、ヘッド搭載部Ｍ４００１としてのキャリッジに記録ヘッドを搭載し、キャリッジが主走査方向（キャリッジ移動方向）に往復移動しながら記録を行う、シリアル駆動方式の記録装置である。
【００２８】
次に、本発明のインクジェット記録へッドは、インクを吐出するための複数の吐出口からなる吐出口列を有する記録素子基板の複数が支持板上に吐出口列方向にそって配列されているものである。そして、以下の各実施形態において説明するインクジェット記録へッドは、支持板の内部にヒートパイプを配した構成を有するものである。
【００２９】
（第１の実施形態）
図７（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの縦断面、図７（ｂ）は、図７（ａ）のVIIＢ−VIIＢによる横断面図である。支持板Ｈ１２００には記録素子基板Ｈ１１００ａ、Ｈ１１００ｂ、Ｈ１１００ｃ、Ｈ１１００ｄの４枚が千鳥配列に搭載されている。
【００３０】
また、図８は、図７（ｂ）の支持板Ｈ１２００のみを模式的に示した図である。支持板Ｈ１２００は２枚の板状部材で構成され、それぞれを接着剤により貼り合わせて一つの基板としている。第一の支持板Ｈ１２００−１の記録素子基板配置面とは反対側には、溝が３本独立に形成されており、第二の支持板Ｈ１２００−２を貼り合せることによりそれぞれの溝に蓋が付いてヒートパイプＨ２０００を設置するための設置空間としての通路Ｈ２００１となる。ヒートパイプ設置用の通路Ｈ２００１の断面は幅４．２ｍｍ、深さ２．２ｍｍとし、断面形状が幅４ｍｍ、厚さ２ｍｍの扁平断面のヒートパイプＨ２０００をその通路Ｈ２００１内に配した。通路Ｈ２００１とヒートパイプＨ２０００との隙間をシリコン接着剤で埋めることで、ヒートパイプＨ２０００を支持板Ｈ１２００に対して固定した。
【００３１】
なお、ヒートパイプＨ２０００のみ設置した場合は、記録ヘッドの支持板Ｈ１２００全体の均熱化を図ることができる。記録実行の際の条件によっては支持板Ｈ１２００の冷却が必要でない場合もあるため、高速記録ではないが高精細記録である記録実行に対して効果が期待できる。
【００３２】
また、連続高速記録を実行する場合には、冷却機能も併せ持つ必要があり、図７（ａ）に示すようにヒートパイプの片側を支持板より延在させ、ヒートシンクなどの冷却部材と連結して冷却することも可能である。この場合には、記録ヘッドの均熱化、冷却の効果を併せ持つことができ、優れた構成となる。その場合には、記録装置内等にヒートシンクを設置する必要がある。
【００３３】
以上説明したような構成とすることで、ヒートパイプＨ２０００を、熱源である記録素子基板の近くに配置できるため、記録ヘッド内の温度較差を低減することが出来る。また、ヒートパイプがヒートシンクなどの冷却部材と連結した構成とすることで、記録ヘッドの昇温を抑制することが出来る。
【００３４】
（第２の実施形態）
図９（ａ）は、本発明の第２の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの縦断面であり、図９（ｂ）は、図９（ａ）のIXＢ−IXＢにおける横断面図である。本実施形態では、支持板Ｈ１２００の内部にヒートパイプＨ２０００と冷却媒体の流路Ｈ２００２−２とを形成した。本実施形態では、支持板Ｈ１２００の内部の記録素子基板Ｈ１１００の側にヒートパイプＨ２０００を配し、ヒートパイプＨ２０００と流路Ｈ２００２−２とを支持板Ｈ１２００の厚さ方向にこれらが重なるように並べて設けている。つまり、記録素子基板Ｈ１１００、前記ヒートパイプＨ２０００が設けられる設置空間としての通路Ｈ２００１、前記流路Ｈ２００２−２が、支持板Ｈ１２００の厚さ方向に沿ってこの順に並べられている。
【００３５】
図１０は、図９（ｂ）の支持板Ｈ１２００のみを模式的に示した図である。支持板Ｈ１２００は３枚の部材で構成され、それぞれを互いに接着剤により貼り合わせて一つの基板を構成している。第一の支持板Ｈ１２００−１の記録素子基板配置面とは反対側には溝が３本独立に形成されており、第二の支持板Ｈ１２００−２を貼り合せることによりヒートパイプＨ２０００を設置するための設置空間としての通路Ｈ２００１を形成している。第三の支持板Ｈ１２００−３にも溝が３本独立に形成されており、第二の支持板Ｈ１２００−２と貼り合わせることにより流路Ｈ２００２−２を形成し冷却媒体を流せるようになっている。
【００３６】
ヒートパイプ設置用の溝形状および使用するヒートパイプ形状は上述の第１の実施形態と同様の構造であり、通路Ｈ２００１とヒートパイプＨ２０００との隙間をシリコン接着剤で埋めることで、ヒートパイプＨ２０００を支持板Ｈ１２００に対して固定した。流路Ｈ２００２−２の断面は、本実施形態では幅３ｍｍ、深さ２ｍｍとした。冷却液の流量は、２０ｍｌ／ｍｉｎ〜１００ｍｌ／ｍｉｎ程度とした。この流量は、記録の実行条件、記録ヘッドの仕様により、条件にあった適切な流量であればよい。
【００３７】
ヒートパイプＨ２０００としては、市販されているヒートパイプが使用できる。形状としては、支持板Ｈ１２００との接触面積が十分に確保できれば特に限定はない。好適には、溝の加工性や記録ヘッドの構造上の観点から考えて、ヒートパイプを潰して扁平形状にしたタイプが使用しやすい。また、ヒートパイプＨ２０００と支持板Ｈ１２００との隙間を埋める材料は、熱伝導率が高く、安定なものであれば使用可能である。このような材料として、シリコン系の接着剤が使用できる。
【００３８】
支持板Ｈ１２００の材質は、耐インク性があり、熱伝導の良い材質が好ましく、セラミック材、カーボングラファイト材などが使われる。セラミック材の中で特にアルミナは比較的安価で剛性があり、記録ヘッドの反りやうねりが問題となりやすい長尺の記録ヘッドには最適である。又、グリーンシートを積層、焼成したアルミナ基板は、本発明のような複雑な構造物に対しても安価に製作できるため好ましい。そのため、断熱材となる接着剤を使用することなくヒートパイプを配置することができ、記録ヘッドの冷却、均熱化の観点からはより好ましい。
【００３９】
支持板Ｈ１２００内のヒートパイプＨ２０００や冷却流路の配置は、熱源である記録素子基板Ｈ１１００にヒートパイプＨ２０００と冷却流路Ｈ２００４とを極力近付けることが好ましい。記録に使用した記録素子基板Ｈ１１００の昇温により部分的に上昇した支持板Ｈ１２００の温度分布を、熱交換効率良くヒートパイプＨ２０００により均熱化し、冷却液により冷却が行えるようにすることが必要である。よって、支持板Ｈ１２００内の記録素子基板Ｈ１１００側に可能な限りヒートパイプＨ２０００を近付けて配し、仕切り層を挟んで冷却流路を形成した本実施形態のような構成が好ましい。
【００４０】
このような構成とすることにより、記録ヘッド内の温度較差が低減し、昇温も抑えることが可能となる。よって、電気熱変換素子Ｈ１１０２を高密度に配置して高速に記録を実行しても、部分的な濃度ムラや不吐出を低減することができ、高品質の画像を高速に記録することが可能になる。
【００４１】
また、第１の実施形態で示したようなヒートシンクによる冷却よりも、本実施形態のようなヒートパイプと冷却流路とを併用した構成の方が、冷却効率を高くすることができるため、最適な構成となる。
【００４２】
なお、本発明で好適に使用できる冷却媒体としては、水、インク、エアー、窒素ガスなどがあり、特に温度調節した媒体を循環して使用しようとする場合には、温度管理や制御がやり易くなる。また、冷却流路を複数に分けた場合、冷却液の流れ方向や使用する流路の本数などにより、記録ヘッドの温度を細かくコントロールすることができる。
【００４３】
図１３は、本発明の第１および第２の実施形態の記録ヘッドと、ヒートパイプおよび冷却無しの従来のインクジェット記録ヘッドと、によるＡ４サイズの用紙５０枚への縁無し全面記録実行直後の記録ヘッド温度（上昇分）を示したグラフである。使用した記録素子基板Ｈ１１００は、４チップのうち、Ｈ１１００−ａとＨ１１００−ｂのみで、Ｈ１１００−ｃおよびＨ１１００−ｄは使用しなかった。この試験の結果、従来のインクジェット記録ヘッドでは、Ｈ１１００−ａ、とＨ１１００−ｂの記録素子基板が高温に達し、さらに記録ヘッド温度は上昇し続け、ついに不吐出が発生した。本発明を適用したインクジェット記録ヘッドでは、使用したＨ１１００−ａおよびＨ１１００−ｂと、使用しなかったＨ１１００−ｃおよびＨ１１００−ｄとは殆ど同温度に均熱化されており昇温は約５０枚で従来のインクジェット記録ヘッドの約半分に抑えられた。また、更に記録を継続しても不吐出が発生することは無かった。
【００４４】
昇温（△Ｔ）はヒートトパイプの熱輸送量や冷却溝の形状、冷却水の流量、温度により変化するが、使われるインクジェット記録ヘッドの電気熱変換素子の配置や吐出量等の仕様により最適な条件にする。
【００４５】
（第３の実施形態）
図１１は、本発明の第３の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドにおける支持板Ｈ１２００を模式的に示した図である。本実施形態では、第２の実施形態のインクジェット記録ヘッドのアルミナの支持板Ｈ１２００をグリーンシートを積層、焼成して形成した積層構造体に変更した。この構成では、支持板Ｈ１２００を熱伝導率の悪い接着剤で貼って構成する必要がないため、熱伝導率の高いアルミナのみで基板を構成でき、第２の実施形態に比べて本実施形態では記録ヘッドの昇温を抑えることができる。
【００４６】
（第４の実施形態）
図１２は、本発明の第４の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドにおける支持板Ｈ１２００を模式的に示した図である。本実施形態では、ヒートパイプおよび冷却流路の本数を減らした実施形態である。ヒートパイプおよび冷却流路の本数をそれぞれ２本に減らしたことで熱交換効率は落ちるものの、流路系は簡易な構成になり、記録ヘッドの小型化やコストダウンにつながる。
【００４７】
（第５の実施形態）
図１４（ａ）は、本実施形態の記録ヘッドを示した縦断面図であり、図１４（ｂ）は、図１４（ａ）のＸIVＢ−ＸIVＢにおける横断面である。支持板Ｈ１２００には、記録素子基板Ｈ１１００ａ、Ｈ１１００ｂ、Ｈ１１００ｃ、Ｈ１１００ｄの４枚が千鳥配列に搭載されている。
【００４８】
支持板Ｈ１２００は、２枚の部材で構成され、それぞれの部材は接着剤により貼り合わされている。第一の支持板Ｈ１２００−１の記録素子基板配置面とは反対側の面には、溝が３本独立に形成されている。ここに第二の支持板Ｈ１２００−２を貼り合せることにより、ヒートパイプＨ２０００を設置するための溝Ｈ２００１が形成されている。ヒートパイプ設置用の溝の断面は幅４．２ｍｍ、深さ２．２ｍｍとし、断面形状が幅４ｍｍ、厚さ２ｍｍの扁平のヒートパイプをシリコン接着剤で溝Ｈ２００１の底面および側面に固定した。つまり、複数の記録素子基板の配列方向におけるヒートパイプの断面積が、ヒートパイプが配置された通路の断面積よりも小さい構成となっている。
【００４９】
第二の支持板Ｈ１２００−２の下面には、溝Ｈ２００１に対向する位置に３本独立に溝Ｈ２００２−５が、吐出口列の方向、つまり電気熱変換素子Ｈ１１０２の配列方向に沿って形成されている。この溝の断面寸法も幅４．２ｍｍ、深さ２．２ｍｍとした。溝Ｈ２００１と溝Ｈ２００２−５とによって形成される通路Ｈ２００３の下側には上述のようにヒートパイプＨ２０００が設置されている。
【００５０】
一方、ヒートパイプＨ２０００は、溝Ｈ２００１と溝Ｈ２００２−５とによって形成される通路Ｈ２００３のうち、記録素子基板Ｈ１１００に近い側に設けられている。よって、通路Ｈ２００３は、ヒートパイプＨ２０００の上側には高さ２ｍｍ強の空間が残る。この空間には、例えば、水のような冷却液が流せるようになっている。つまり、２つの溝Ｈ２００１、Ｈ２００２−５とによって形成された通路Ｈ２００３の内部の、ヒートパイプＨ２０００が存在しない空間が冷却液の流路（冷却流路）Ｈ２００４となる。言い換えると、支持板Ｈ１２００の内部に、記録素子基板Ｈ１１００、通路Ｈ２００３、流路Ｈ２００４が支持板Ｈ１２００の厚さ方向にそってこの順に配されている。このようにして、ヒートパイプＨ２０００と冷却用の流路Ｈ２００４は、吐出口列の方向（電気熱変換素子Ｈ１１０２の配列方向）に沿って、支持板Ｈ１１００の内部に配される。
【００５１】
冷却液の流量は、２０ｍｌ／ｍｉｎ〜１００ｍｌ／ｍｉｎ程度である。もちろん記録の実行条件、記録ヘッドの仕様により、条件にあった適切な流量であればよい。支持板Ｈ１２００内の記録素子基板Ｈ１１００側に可能な限りヒートパイプＨ２０００を近付けて配し、そのヒートパイプＨ２０００を直接冷却できるように冷却流路Ｈ２００４を形成した図１４のような構成が好ましい。
【００５２】
本実施形態では、ヒートパイプは冷却液により直接冷却されるため、ヒートパイプと冷却流路とが独立に配置された構成に比べて、より冷却効果を高めることが出来る。
【００５３】
図１５は、本発明の第５から第７の実施形態の記録ヘッドと、ヒートパイプおよび冷却無しの従来のインクジェット記録ヘッドと、によるＡ４サイズの用紙５０枚への縁無し全面記録実行直後の記録ヘッド温度（上昇分）を示したグラフである。使用した記録素子基板Ｈ１１００は、４チップのうち、Ｈ１１００−ａとＨ１１００−ｂのみで、Ｈ１１００−ｃおよびＨ１１００−ｄは使用しなかった。この試験の結果、従来のインクジェット記録ヘッドでは、Ｈ１１００−ａ、とＨ１１００−ｂの記録素子基板が高温に達し、さらに記録ヘッド温度は上昇し続け、ついに不吐出が発生した。本発明を適用したインクジェット記録ヘッドでは、使用したＨ１１００−ａおよびＨ１１００−ｂと、使用しなかったＨ１１００−ｃおよびＨ１１００−ｄとは殆ど同温度に均熱化されており昇温は約５０枚で従来のインクジェット記録ヘッドの約半分に抑えられた。また、更に記録を継続しても不吐出が発生することは無かった。
【００５４】
（第６の実施形態）
図１６は、本実施形態の記録ヘッドを示した断面図である。本実施形態のインクジェット記録ヘッドは、第５の実施形態に対して、ヒートパイプＨ２０００および冷却流路Ｈ２００４を通する通路Ｈ２００３の本数を減らした実施形態である。それ以外は、ヒートパイプ冷却用の流路が吐出口列の方向（電気熱変換素子の配列方向）に沿って支持板内部に配されていることを含め、同様の構成である。通路Ｈ２００３を３本から２本に減らしたことで、熱交換効率は落ちるが流路系は簡易な構成になり、記録ヘッドの小型化やコストダウンにつながる。
【００５５】
図１５に示すように、本実施形態のインクジェット記録ヘッドでは温度が用紙約５０枚の記録実行により飽和し、以降、記録を継続しても記録ヘッドの温度は上昇しなかった。また、記録ヘッドの長さ方向での温度差も問題ないレベルに抑えることができた。
【００５６】
（第７の実施形態）
図１７は、本実施形態の記録ヘッドを示した断面図である。本実施形態の記録ヘッドは、第５の実施形態の３本の通路の両側の２本のヒートパイプをその断面が縦長（記録素子基板に近づく方向）になるように配置したものである。それ以外は、ヒートパイプ冷却用の流路が吐出口列の方向（電気熱変換素子の配列方向）に沿って支持板内部に配されていることを含め、同様の構成である。
【００５７】
具体的には、ヒートパイプＨ３０００−２の扁平な外周面を支持板Ｈ３２００−１の溝Ｈ３００１の内側側面に接した実施形態である。このような構成をとることにより、ヘッドの短手方向（吐出口列と交差する方向）の幅寸法を少なくすることができる。
【００５８】
図１５に示すように、本実施形態のインクジェット記録ヘッドは、第５の実施形態のインクジェット記録ヘッドとほぼ同等の昇温特性を得ることができた。
【００５９】
（第８の実施形態）
図１８（ａ）は、本実施形態の記録ヘッドを示した縦断面図であり、図１８（ｂ）は、図１８（ａ）のＸVIIIＢ−ＸVIIIＢにおける横断面図である。本実施形態の記録ヘッドは、第２の実施形態の記録ヘッドにおける冷却媒体の流路Ｈ２００２−８の流路内表面に凹凸を設けたものである。言い換えると、複数の記録素子基板の配列方向についての流路Ｈ２００２−８の断面は、凹形状を有する。第二の支持板Ｈ１２００−２については、前述したようにグリーンシートを積層、焼成したアルミナ基板を用いることで、複雑な形状である凹凸形状を安価に製作することが出来る。
【００６０】
このように流路Ｈ２００２−８の断面を凹形状とすることにより、流路Ｈ２００２−８の表面積を増やし、限られたスペースの中でより大きな冷却効果を上げることが出来る。
【００６１】
（第９の実施形態）
図１９（ａ）は、本実施形態の記録ヘッドを示した縦断面図であり、図１９（ｂ）は、図１９（ａ）のＸIXＢ−ＸIXＢにおける横断面図である。本実施形態の記録ヘッドは、第５の実施形態の記録ヘッドにおける冷却媒体の流路Ｈ２００２−９の流路内表面に凹凸を設けたものである。このように流路Ｈ２００２−９の断面を凹凸形状とすることにより表面積を増やし、限られたスペースの中でより大きな冷却効果を上げることが出来る。第８の実施形態と同様に、第二の支持板Ｈ１２００−２については、グリーンシートを積層、焼成したアルミナ基板を用いることで、複雑な形状である凹凸形状を安価に製作することが出来る。
【００６２】
本実施形態では、ヒートパイプは冷却液により直接、冷却されるため、第８の実施形態に比べて、より冷却効果を高めることが出来る。
【００６３】
図２０は、本発明の各実施形態に用いられる冷却系の液循環システムの一例を示した図である。冷却水はポンプＭ４００３により記録ヘッドの冷却液供給口へと送られ、ヘッド内冷却流路等を通って再び恒温槽Ｍ４００４へと戻る。制御装置Ｍ４００５は、記録ヘッドの冷却流路等の内に冷却液体を流し、記録ヘッドの昇温を抑える制御を行なう。この制御装置Ｍ４００５は、冷却水の流量・入口温度・出口温度・ヘッド温度（記録素子基板内臓センサ等）・環境温度等の検出データ、冷却液によるヘッドからの排熱量、記録条件等の諸条件から冷却条件を設定しヘッド温度を制御する。具体的には、液体の流れ方向・流体温度・流速の少なくとも一つを独立に制御することにより、より効果的に記録ヘッドの温度上昇および温度ムラを抑えることができる。
【００６４】
冷却媒体に記録液を使用した場合には、他の媒体を使用する方式に比べ、タンクを１つにすることができ、記録装置の大きさを小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の記録ヘッドの外観斜視図である。
【図２】本発明の記録ヘッドの分解斜視図である。
【図３】記録素子ユニットの分解斜視図である。
【図４】（ａ）は、記録素子基板を説明する斜視図であり、（ｂ）は（ａ）におけるIVＢ−IVＢ断面図である。
【図５】フルライン方式のインクジェット記録装置を説明する図である。
【図６】シリアル駆動方式のインクジェット記録装置を説明する図である。
【図７】（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る記録ヘッドの縦断面図であり、（ｂ）は、（ａ）のVIIＢ−VIIＢにおける横断面図である。
【図８】図７（ｂ）の支持板Ｈのみを模式的に示した図である。
【図９】（ａ）は、本発明の第２の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの縦断面であり、（ｂ）は、（ａ）のIXＢ−IXＢにおける横断面図である。
【図１０】図９（ｂ）の支持板のみを模式的に示した図である。
【図１１】本発明の第３の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドにおける支持板を模式的に示した図である。
【図１２】本発明の第４の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドにおける支持板を模式的に示した図である。
【図１３】本発明の第１および第２の実施形態の記録ヘッドと、従来のインクジェット記録ヘッドとの記録ヘッド温度を示したグラフである。
【図１４】（ａ）は、第５の実施形態の記録ヘッドを示した縦断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＸIVＢ−ＸIVＢにおける横断面である。
【図１５】本発明の第５から第７の実施形態の記録ヘッドと、従来のインクジェット記録ヘッドとの記録ヘッド温度を示したグラフである。
【図１６】第６の実施形態の記録ヘッドを示した断面図である。
【図１７】第７の実施形態の記録ヘッドを示した断面図である。
【図１８】（ａ）は、第８の実施形態の記録ヘッドを示した縦断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＸVIIIＢ−ＸVIIIＢにおける横断面図である。
【図１９】（ａ）は、第９の実施形態の記録ヘッドを示した縦断面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＸIXＢ−ＸIXＢにおける横断面図である。
【図２０】本発明の各実施形態に用いられる冷却系の液循環システムの一例を示した図である。
【符号の説明】
【００６６】
Ｈ１０００  記録ヘッド
Ｈ１００１  記録素子ユニット
Ｈ１１００  記録素子基板
Ｈ１１０４  インク流路
Ｈ１１１０  吐出口プレート
Ｈ１２００  支持板
Ｈ１３００  電気配線基板
Ｈ１３０２  電極端子
Ｈ１４００  プレート
Ｈ１５００  インク供給部材
Ｈ１５０１  共通液室
Ｈ２０００  ヒートパイプ
Ｈ２００１  設置空間
Ｈ２００４  冷却流路
【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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【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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