(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクを吐出するための吐出口列を複数有し、当該吐出口列が配された面の裏面に、前記吐出口列へインクを供給するインク供給口が複数の前記吐出口列に対応して形成された記録素子基板と、
複数の前記インク供給口に対応して形成され、前記インク供給口にインクを供給するインク供給路と、前記インク供給路の一端の開口が設けられ、前記記録素子基板の前記裏面を支持する支持面と、を備えた支持板と、
を有するインクジェット記録ヘッドにおいて、
前記支持板の複数の前記インク供給路の間の仕切り部のうちの前記支持面側において、前記吐出口列の方向における前記記録素子基板の端部に対応する部位よりも、当該部位以外の部位は、熱伝導率の高い材料で構成され、
前記記録素子基板の前記裏面の、前記記録素子基板の前記端部、及び、前記吐出口列の方向における前記複数のインク供給口の端部に挟まれる部分に、前記記録素子基板よりも熱伝導率の低い材料で構成された熱抵抗層が形成さ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】
前記熱抵抗層は、前記記録素子基板の周縁部に連続して形成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】
前記熱抵抗層は、接着剤が前記記録素子基板の前記裏面に設けられた溝に充填されて形成さ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】
インクを吐出するための吐出口列を複数有し、当該吐出口列が配された面の裏面に、前記吐出口列へインクを供給するインク供給口が複数の前記吐出口列に対応して形成された記録素子基板と、
複数の前記インク供給口に対応して形成され、前記インク供給口にインクを供給するインク供給路と、前記インク供給路の一端の開口が設けられ、前記記録素子基板の前記裏面を支持する支持面と、を備えた支持板と、
を有するインクジェット記録ヘッドにおいて、
前記支持板の複数の前記インク供給路の間の仕切り部のうちの前記支持面側において、前記吐出口列の方向における前記記録素子基板の端部に対応する部位よりも、当該部位以外の部位は、熱伝導率の高い材料で構成され、
前記支持面の、前記記録素子基板の前記端部に対応する部分、及び、前記吐出口列の方向における前記複数のインク供給路の端部に挟まれる部分に、前記支持板よりも熱伝導率の低い材料で構成された熱抵抗層が形成さ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５】
前記熱抵抗層は、前記記録素子基板の周縁部に対応する位置に連続して形成されていることを特徴とする請求項４に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項６】
前記熱抵抗層は、接着剤が前記支持面に設けられた溝に充填されて形成されていることを特徴とする請求項４または５に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項７】
前記記録素子基板は前記支持板に複数の列状に配され、各列の両側に前記記録素子基板の列方向に沿って、前記支持板の内部にヒートパイプが延在していることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッド。
【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ヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェット記録装置は、インクジェット記録ヘッドの吐出口からインクを吐出し、記録媒体に付着させて画像記録を行うものであり、高精細な画像を高速で記録することができる。
【０００３】
近年、１つの記録素子基板に形成される吐出口列の長尺化、多列化によって、より低コストかつ省スペースでのカラー画像記録が可能になってきている。
【０００４】
このようなインクジェット記録へッドとして、図４に、多数の吐出口列を備えた記録素子基板２１〜２６を１つの支持板１０上に千鳥状に複数配列し、記録媒体の全幅に相当する吐出口列を形成した、フルライン型インクジェット記録ヘッドを示す。
【０００５】
図４のインクジェット記録へッドは、８列の吐出口列５を備えた６枚の記録素子基板２１〜２６が支持板１０の固定面１１に千鳥配列で接着固定されている。記録の実行に伴って記録素子基板２１〜２６に発生する熱は、支持板１０を介して外部へ放熱される。
【０００６】
記録媒体は、図４の左側から右に向かって不図示の搬送手段によって、固定面１１に対して対面しつつ、記録素子基板２１〜２６の吐出口列５に対して直交する方向に搬送される。記録媒体が記録ヘッド直下を通過する際に、まず奇数列の記録素子基板２１，２３，２５の各吐出口列からインク滴が吐出されて記録媒体上にドットを形成する。次いで、その隙間を補完するように偶数列の記録素子基板２２，２４，２６の各吐出口列からインク滴が吐出されて記録媒体上にドットを形成する。このような同動作を繰り返すことにより、画記録が実行されていく。
【０００７】
図５は、図４の支持板１０をその反対側の面から見た図である。インク供給路１１１〜１１４、１２１〜１２４、１３１〜１３４、１４１〜１４４、１５１〜１５４、１６１〜１６４を経て、それぞれ対応する記録素子基板２１〜２６へ、不図示のインクタンクからインクが供給される。８列の吐出口列は、１つのインク供給口の両側に１列ずつ配置されているので、１つの記録素子基板当たり、４つのインク供給路が設けられている。
【０００８】
図６は、記録素子基板２１を説明する模式図である。図６（ａ）は吐出口列が配された側を見た平面図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）のＡ−Ａ断面図であり、図６（ｃ）は図６（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
【０００９】
記録素子基板２１には８列の吐出口列５１〜５８が形成され、吐出口列５１、５２は対を成してインク供給口４１を共有し、支持板１０に設けられたインク供給路１１１を通じてインクが供給される。他の吐出口列５３〜５８に関しても同様である。吐出口列５１〜５８に供給されたインクは、ヒータ６１〜６８に印加されるパルス信号によって発する熱エネルギーを受けて、吐出口から吐出される。
【００１０】
不図示の記録媒体は吐出口列５８側から搬送され、記録媒体上に吐出口列５８〜５１の順にインク滴を重ね打ちして記録画像が形成される。
他の記録素子基板２２〜２６に関しても同様である。
【特許文献１】特開２００３−３０５８５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
このような構造のインクジェット記録ヘッドの場合、支持板１０のインク供給路間の仕切り部１７１〜１７３に熱がこもり易く、高負荷の記録を長時間実行する際に、記録素子基板の温度の均熱化の妨げになる恐れがある。
【００１２】
具体的には、ヒータ６２、６３からの熱はインク供給口４１と４２の間に拡散して仕切り部１７１に伝わるが、支持板１０よりも遥かに熱伝導率が低いインクで満たされたインク供給路１１１が断熱壁となり、支持板１０の端部への放熱の妨げとなってしまう。ここで、熱伝導率としては、支持板１０がアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）製の場合には３２Ｗ／ｍＫ、インクは０．６８Ｗ／ｍＫ程度である。そのため、仕切り部１７１の熱はインク供給路１１１の両端を迂回するしかなく、ヒータ６２、６３から支持板１０端部への熱伝達経路が高熱抵抗化し、その分、吐出口列５２、５３の過剰な昇温を招いてしまう。このことは、他の吐出口列５４、５５及び吐出口列５６、５７に関しても同様である。
【００１３】
これに対して、ヒータ６１と６８とによって発生した熱は、インク供給路１１１〜１１４に遮られることなく記録素子基板２１の長辺側端部から直接支持板１０に伝熱され、最短経路で支持板１０から放熱される。そのため、吐出口列５１、５８は吐出口列５２〜５７よりも昇温が抑えられ、吐出口列間での温度格差が発生する。
【００１４】
また、吐出口列５１〜５８のそれぞれの端部付近のヒータによって発生した熱は、記録素子基板２１の短辺側端部から直接支持板１０に伝わる。そのため、吐出口列端部は、その中央部に比べて昇温が抑えられるという現象により、同じ吐出口列内においても温度格差が発生する。
【００１５】
一般に、記録素子基板が高温になるほどインク吐出量は増大するため、記録素子基板内で温度格差が生じると、吐出口が異なると、そこから吐出されるインクの吐出量にも差が生じてしまう。従って、上述したような吐出口列間あるいは吐出口列内に温度格差が発生すると、画像の濃度ムラの原因となって画像品位に悪影響を及ぼしてしまうという問題があった。
【００１６】
そこで本発明の目的は、複数の吐出口列を備えた記録素子基板の均熱特性を改善して、吐出口列間あるいは吐出口列内の温度格差に起因する画像の濃度ムラを低減するインクジェット記録ヘッドを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上述の目的を達成する本発明は、インクを吐出するための吐出口列を複数有し、当該吐出口列が配された面の裏面に、前記吐出口列へインクを供給するインク供給口が複数の前記吐出口列に対応して形成された記録素子基板と、複数の前記インク供給口に対応して形成され、前記インク供給口にインクを供給するインク供給路と、前記インク供給路の一端の開口が設けられ、前記記録素子基板の前記裏面を支持する支持面と、を備えた支持板と、を有するインクジェット記録ヘッドにおいて、前記支持板の複数の前記インク供給路の間の仕切り部のうちの前記支持面側において、前記吐出口列の方向における前記記録素子基板の端部に対応する部位よりも、当該部位以外の部位は、熱伝導率の高い材料で構成され、前記記録素子基板の前記裏面の、前記記録素子基板の前記端部、及び、前記吐出口列の方向における前記複数のインク供給口の端部に挟まれる部分に、前記記録素子基板よりも熱伝導率の低い材料で構成された熱抵抗層が形成されていることを特徴とする。
【００１８】
また、他の本発明は、インクを吐出するための吐出口列を複数有し、当該吐出口列が配された面の裏面に、前記吐出口列へインクを供給するインク供給口が複数の前記吐出口列に対応して形成された記録素子基板と、複数の前記インク供給口に対応して形成され、前記インク供給口にインクを供給するインク供給路と、前記インク供給路の一端の開口が設けられ、前記記録素子基板の前記裏面を支持する支持面と、を備えた支持板と、を有するインクジェット記録ヘッドにおいて、前記支持板の複数の前記インク供給路の間の仕切り部のうちの前記支持面側において、前記吐出口列の方向における前記記録素子基板の端部に対応する部位よりも、当該部位以外の部位は、熱伝導率の高い材料で構成され、前記支持面の、前記記録素子基板の前記端部に対応する部分、及び、前記吐出口列の方向における前記複数のインク供給路の端部に挟まれる部分に、前記支持板よりも熱伝導率の低い材料で構成された熱抵抗層が形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、吐出口列間あるいは吐出口列内の温度格差に起因する画像の濃度ムラを低減するインクジェット記録ヘッドを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下に、本発明の各実施形態に係るインクジェット記録へッドついて、図面を用いて説明する。このインクジェット記録へッドは、複数の吐出口を備えた記録素子基板を支持板で支持した構成を基本とする。記録素子基板は、インクを吐出するための吐出口列を複数有し、その吐出口列が配された面とは反対側の面に、複数の吐出口列へインクを供給するインク供給口が複数形成されている。また、支持板は、記録素子基板と、複数のインク供給口にインクを供給するインク供給路を記録素子基板に対応して備えて記録素子基板を支持するものである。
【００２１】
（第１の実施形態）
図１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支持板１０に接着固定された記録素子基板２１を説明する図である。図１（ａ）は吐出口列が配された側を見た平面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ断面図であり、図１（ｃ）は図１（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。インクジェット記録ヘッドの基本的な外願構成は、図４及び図５に示したものと同様である。記録素子基板の個数と配列は、図４に示したような形態に限られず、３列であっても構わないし、１個のみのシリアル型記録ヘッドであっても構わない。
【００２２】
図１において、記録素子基板２１には８列の吐出口列５１〜５８がインク供給側と反対の面に形成されている。吐出口列５１、５２は対をなしてインク供給口４１を共有し、支持板１０に設けられたインク供給路１１１を通じてインクが供給される。他の吐出口列に関しても同様である。吐出口列５１〜５８に供給されたインクは、ヒータ６１〜６８に印加されるパルス信号によって発する熱エネルギーにより、吐出口から吐出される。
【００２３】
隣接するインク供給路１１１〜１１４に挟まれた領域にある支持板１０の仕切り部１７１〜１７３は、支持板１０のインク供給路１１１〜１１４に挟まれた領域以外の部位よりも熱伝導率の高い材料で構成される。例えば、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３、熱伝導率：３２Ｗ／ｍＫ）製の支持板１０を、仕切り部１７１〜１７３のみを窒化アルミ（ＡｌＮ、熱伝導率：１７０Ｗ／ｍＫ）やシリコンカーバイト（ＳｉＣ、熱伝導率：２２０Ｗ／ｍＫ）等の高熱伝導性のセラミック材で形成する。
【００２４】
一方、記録素子基板２１を支持板１０へ固定する固定面１１は、記録素子基板２１と仕切り部１７１〜１７３との固定部７１〜７３を有している。本実施形態では、さらに、記録素子基板２１または支持板１０の少なくとも一方側の固定部以外の部位に、当該部位が配された部材（記録素子基板または支持板の一方）の熱伝導率よりも低い熱伝導率の材料で高熱抵抗層８１が形成されている。高熱抵抗層８１は、例えばシリコン（Ｓｉ、熱伝導率：１４８Ｗ／ｍＫ）で形成された記録素子基板２１の接着面に酸化シリコン層８１（ＳｉＯ２、熱伝導率：３Ｗ／ｍＫ）を、マスキング処理を施して酸素イオンの打ち込みによる表面改質処理により形成される。その他には、真空蒸着処理で形成することもできる。高熱抵抗層８１は、また、吐出口列５１〜５８の両端部を取り囲むように形成されている。
【００２５】
本実施形態の記録へッドを用いて記録を実行すると、ヒータ６２、６３によって発生した熱はインク供給口４１と４２の間に拡散して接着部７１を介して仕切り部１７１に伝わり、支持板１０の他の部分よりも熱伝導率が高い仕切り部１７１内部を速やかに拡散する。ヒータ６４〜６７によって発生する熱に関しても同様に仕切り部１７２、１７３に伝わって、支持板１０内部を速やかに拡散、放熱される。
【００２６】
これに対してヒータ６１と６８によって発生した熱は、支持板１０に伝わる前に、高熱抵抗層８１によって熱伝達が抑えられてしまう。吐出口列５１〜５８両端部付近のヒータによって発生した熱に関しても、同様に支持板１０に伝わる前に高熱抵抗層８１によって熱伝達が抑制される。
【００２７】
本実施形態では、さらに、図２のように、列状に配された記録素子基板２１、２３、２５の配列方向の両側、及び同じく列状に配された記録素子基板２２、２４、２６の配列方向の両側に沿って、ヒートパイプ３１、３２、３３が支持板１０の内部に配されている。その後のヒートパイプ等への放熱部までの熱伝達経路の熱抵抗は、仕切り部１７１〜１７３からのほうが他の箇所からよりも高くなるので、高熱抵抗層８１の厚みと吐出口列端部を取り囲む量を調節することができる。これにより、ヒータ６２〜６７とヒータ６１、６８から放熱部までの全体の熱抵抗を揃えることができる。
【００２８】
以上、本実施形態によると、吐出口列５１〜５８近辺の記録素子基板の部位の温度を吐出口列端部まで含めて均一にすることができる。これにより、複数の吐出口列を備えた記録素子基板における画像の濃度ムラを解消して画像品位を向上させることができる。
【００２９】
なお、支持板１０の仕切り部１７１〜１７３を他の部分よりも熱伝導率の高い材料で構成することと、記録素子基板２１の接着面側に高熱抵抗層８１を設けることと、のどちらか一方のみを実施するだけでも一定の効果を得ることができる。
【００３０】
また、記録素子基板２１の長辺および短辺を短縮して高熱抵抗層８１の支持板１０との接着部面積を減らすことによって接着部の熱抵抗を高めることも可能である。しかしながら、支持板１０に対する記録素子基板２１の位置決め誤差の許容限界と接着強度限界の関係上、接着部面積の縮小にはリスクが伴う。そのため、接着部の熱抵抗を高めるには高熱抵抗層８１の厚みを増すことで対処するのが望ましい。
【００３１】
（第２の実施形態）
図３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支持板１０に接着固定された記録素子基板２１を説明する図である。図３（ａ）は吐出口列が配された側を見た平面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）のＡ−Ａ断面図であり、図３（ｃ）は図３（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。インクジェット記録ヘッドの基本的な外願構成は、図４及び図５に示したものと同様である。記録素子基板の個数と配列は、図４に示したような形態に限られず、３列であっても構わないし、１個のみのシリアル型記録ヘッドであっても構わない。
【００３２】
また、本実施形態では、記録素子基板２１の接着面に、高熱抵抗層の代わりに溝８２を設け、それ以外の構成は、支持板１０の仕切り部１７１〜１７３を他の部分と同じ材料で構成した。具体的には、記録素子基板２１を支持板１０に固定する固定面１１における支持板１０の側の、複数のインク供給路１１１〜１１４の間の仕切り部以外の部位に、固定面に対して記録素子基板２１から離間する方向に溝８２を形成する。そして、記録素子基板２１を固定面１０へ固定する際に、溝部８２に高熱抵抗層を形成する接着剤を充填している。その他の構成は、上述の第１の実施形態と同様の構成である。
【００３３】
図３において、記録素子基板２１の支持板１０との接着面における、仕切り部１７１〜１７３との接着部７１〜７３以外の箇所には、他の部分よりも一段下がった溝８２が形成されている。溝８２は吐出口列５１〜５８の両端部を取り囲むように、インク供給口間に若干入り込んで形成されている。溝８２は、フォトリソグラフィによるマスキングを施したエッチング処理等によって形成される。
【００３４】
溝８２には、記録素子基板２１を支持板１０に接着固定する際に、接着剤が流れ込む。溝８２に流れ込んだ接着剤がインク供給路内部やヘッドチップ周辺にはみ出さない様、溝８２の縁は全て記録素子基板の接着面と同一高さとなっている。硬化後の接着剤は、シリコン（Ｓｉ、熱伝導率：１４８Ｗ／ｍＫ）等で形成された記録素子基板２１に対して、熱伝導率が例えば１．０Ｗ／ｍＫと極めて低い。そのため、溝８２に溜まった接着剤は、高熱抵抗層として機能する。
【００３５】
このように構成された記録素子基板２１において記録を実行すると、ヒータ６２、６３によって発生した熱はインク供給口４１と４２の間に拡散して接着部７１を介して仕切り部１７１に伝わる。ヒータ６４〜６７によって発生する熱に関しても、同様に仕切り部１７２、１７３に伝わって内部を拡散する。
【００３６】
これに対して、ヒータ６１と６８によって発生した熱は、溝８２の縁からは直接記録素子基板１０に熱が伝わるが、溝８２の接着層が熱伝達の障壁となるため、平均化された熱抵抗は結局高くなってしまい、トータルとして支持板１０への熱伝達が抑えられてしまう。吐出口列５１〜５８両端部付近のヒータによって発生した熱に関しても、同様に溝８２の接着層が障壁となって支持板１０への熱伝達が抑制される。
【００３７】
その後のヒートパイプ等への放熱部までの熱伝達経路の熱抵抗は、仕切り部１７１〜１７３からのほうが他の箇所からよりも高くなる。そこで、溝８２の深さとインク供給口間に記録素子基板の表面方向に延在する長さとを調節することで、ヒータ６２〜６７とヒータ６１、６８から放熱部までの全体の熱抵抗を揃えることができる。
【００３８】
以上、本実施形態によると、吐出口列５１〜５８近辺の記録素子基板の部位の温度を吐出口列端部まで含めて均一にすることができる。これにより、複数の吐出口列を備えた記録素子基板における画像の濃度ムラを解消して画像品位を向上させることができる。
【００３９】
なお、本実施形態では、溝８２は記録素子基板の接着面に設けたが、同等のものを支持板１０の接着面側に設けても構わない。その場合の溝は、切削加工の他に、放電加工や型成型によって形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】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記録素子基板を説明する図である。
【図２】図１の記録素子基板の斜視図である。
【図３】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記録素子基板を説明する図である。
【図４】従来例のインクジェット記録へッドを説明する斜視図である。
【図５】図４の支持板をその反対側の面から見た図である。
【図６】図４の記録素子基板を説明する模式図である。
【符号の説明】
【００４１】
１０  支持板
２１〜２６  記録素子基板
３１〜３３  ヒートパイプ
４１〜４４  インク供給口
５１〜５８  吐出口列
６１〜６８  ヒータ
７１〜７３  インク供給口間接着部
８１  高熱抵抗層
８２  溝
１１１〜１６４  インク供給路
【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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