(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有する記録素子基板と、
前記記録素子基板を支持する支持板と、
を有するインクジェット記録ヘッドにおいて、
前記記録素子基板と前記支持板との接触面において、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分には、前記端部以外に対応する部分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、
前記支持板は、前記記録素子基板を支持する第１の部位と、前記第１の部位の外周に、前記熱抵抗層と接する位置に設けられ、前記第１の部位よりも熱伝導率の低い材料で構成された第２の部位と、を備え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前記端部のうちの、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、前記吐出口列の方向における前記記録素子基板の外側の方が、前記記録素子基板の内側よりも熱抵抗が大きい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】
前記熱抵抗層は、前記記録素子基板及び前記支持板のうちの少なくともいずれか一方に形成された溝に接着剤が充填されることで形成されており、
前記溝の深さは、前記吐出口列の方向における前記記録素子基板の外側の方が、前記記録素子基板の内側よりも深いことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項５】
前記熱抵抗層は、前記内側から前記外側に向かって段階的に熱抵抗が大きくなることを特徴とする請求項３または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、前記第２の部位よりも熱伝導率が低い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５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を図４に示す。この記録ヘッドは、多数の吐出口列を備えた記録素子基板の複数を、１つの支持板に千鳥状に列状に配列し、さらにこの列を複数配列することで、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である。
【０００５】
図５のインクジェット記録へッドは、２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５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。奇数列の記録素子基板と、偶数列の記録素子基板は互いにある一定量オーバーラップしており、そのオーバーラップ部分の画像は補完処理が行なわれ、画像品位を保つようになっている。
【０００７】
図６は、図５の支持板１０を記録素子基板が配された面とは反対側の面から見た図である。インク供給路１１１、１２１、１３１、１４１、１５１、１６１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。２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、１つの記録素子基板に１つのインク供給路が設けられている。
【０００８】
図７は、記録素子基板２１を説明する模式図である。図７（ａ）は吐出口列が配された側を見た平面図であり、図７（ｂ）は図７（ａ）のＡ−Ａ断面図であり、図７（ｃ）は図７（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
【０００９】
記録素子基板２１には２列の吐出口列５１、５２が形成され、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。吐出口列５１、５２に供給されたインクは、ヒータ６１、６２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５２側から搬送され、記録媒体上に吐出口列５２、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、吐出口列中央部には熱がこもり易く、記録素子基板内の均熱の妨げになる恐れがある。
【００１２】
ヒータ６１、６２によって発生した熱は、インク供給口４１を避けて拡散して支持板１０に伝わる。したがって、吐出口列５１、５２のヒータによって発生した熱は、記録素子基板の長辺側両端から支持板１０に伝わる。
【００１３】
一方、吐出口列５１、５２端部付近のヒータによって発生した熱は、記録素子基板の長辺側両端から支持板１０に伝わるのに加えて、記録素子基板の短辺側端部からも支持板１０に伝わる。そのため、吐出口列端部は中央に比べて昇温が抑えられ、吐出口列内において、その位置における温度格差が発生する。
【００１４】
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、吐出口のある位置間で温度格差が生じると、インク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内の温度格差が発生すると画像の濃度ムラの原因となり、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。
【００１５】
そこで本発明の目的は、記録素子基板の均熱特性を改善して、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】
【００１６】
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有する記録素子基板と、前記記録素子基板を支持する支持板と、を有するインクジェット記録ヘッドにおいて、前記記録素子基板と前記支持板との接触面において、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分には、前記端部以外に対応する部分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、前記支持板は、前記記録素子基板を支持する第１の部位と、前記第１の部位の外周に、前記熱抵抗層と接する位置に設けられ、前記第１の部位よりも熱伝導率の低い材料で構成された第２の部位と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、記録素子基板の均熱特性を改善して、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】
【００１９】
（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５及び図６に示したものと同様である。
【００２０】
図１において、記録素子基板２１には吐出口列５１、５２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。吐出口列５１、５２に供給されたインクはヒータ６１、６２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。
【００２１】
支持板１０のインク供給路４１両側の部分１０１、１０２は、支持板１０の他の部分よりも熱伝導率の高い材料で構成される。例えば、支持板１０をアルミナ（Ａｌ２Ｏ３、熱伝導率：３２Ｗ／ｍＫ）で形成する。そして、支持板１０のインク供給路４１の両側の部分１０１、１０２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）などの高熱伝導性のセラミック材料で形成する。
【００２２】
一方、記録素子基板２１の支持板１０との固定面（接着面）１１において、吐出口列の配列方向両端部には、吐出口列の配列方向中央部を含む他の部分よりも熱伝導率の低い材料で高熱抵抗層８１〜８４が形成されている。この高熱抵抗層８１〜８４は、記録素子基板２１と支持板１０との接触する面（固定面）において、少なくとも記録素子基板２１側か支持板１０側かの一方に形成されていればよい。このようにして、固定面１１における、記録素子基板２１または支持板１０の少なくとも一方側の、吐出口列の配列方向端部に、配列方向中央部から配列方向端部に向かって熱伝導率の低い材料を配している。同時に、吐出口列の配列方向中央部の熱伝導率を吐出口列の配列方向端部の熱伝導率よりも高くしている。高熱抵抗層８１〜８４の形成方法として、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、酸素イオンの打ち込みによる表面改質処理により形成する。その他には、真空蒸着処理で形成することもできる。高熱抵抗層は、８１〜８４と段階的に熱伝導率を変化させてあり、高熱抵抗層８１が一番熱伝導率が低い。高熱抵抗層８１〜８４はまた、吐出口列５１、５２の両端部を取り囲むように形成されている。
【００２３】
本実施形態の記録素子基板２１を用いて記録を実行すると、ヒータ６１、６２によって発生した熱は記録素子基板長辺方向の接着部を介して支持板１０の高熱伝導率部１０１及び１０２に伝わる。このように、中心部のヒータによって発生した熱は同じ経路を通して拡散するので、吐出口列方向の中心部における温度格差はほとんど発生しない。
【００２４】
一方、吐出口列両端部においては、記録素子基板長辺方向に中心部と同様に熱拡散が起こるのに加えて、記録素子基板短辺方向においても熱拡散が生じる。本実施形態においては、この短辺方向の熱拡散を、高熱抵抗層８１によって抑制する。さらに、吐出口列最短部より少し内側のヒータから発生した熱においては、記録素子基板長辺部に拡散する拡散量を高熱抵抗層８２〜８４によって段階的に抑制する。
【００２５】
図２は、吐出口列方向の温度分布をグラフ化した図で、ライン９１は従来例を示しており、ライン９２は、本実施形態の実施後の状態を示している。２つを比べると明らかなように、両端部の温度低下が、改善されている。
【００２６】
以上、本実施形態で示したような構成にすることで、吐出口列５１、５２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、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。
【００２７】
なお、支持板１０の一部に高伝導率材料を用いて構成されているが、すべてに同一材料を用いてもかまわない。その場合においても、吐出口列の温度分布を均一にすることは、高抵抗層８１〜８４の熱伝導率を調整することで可能である。しかしながら、支持板１０の熱伝導率が低いと、記録素子基板全体の排熱効率が低下して、記録素子基板の温度が上がってしまうことに注意する必要がある。
【００２８】
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８１〜８４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。
【００２９】
（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５及び図６に示したものと同様である。
【００３０】
また本実施形態では、記録素子基板２１の接着面（固定面）に高熱抵抗層の代わりに溝８５〜８８を設け、それ以外の構成は、支持板１０一部を他の部分と同じ材料で構成したのを除いて第１の実施形態と同様である。
【００３１】
本実施形態の記録ヘッドは、固定面１１における、記録素子基板２１または支持板１０の少なくとも一方の側の、複数の吐出口列の配列方向中心部以外の部位に、固定面に対して記録素子基板２１から離間する方向に溝８５〜８８を形成している。そして、記録素子基板２１を固定面１１へ固定する際に、溝８５〜８８に接着剤を充填するものである。
【００３２】
図３において、記録素子基板２１の支持板１０との固定面１１における、両端部には、他の部分よりも一段下がった溝８５〜８８が段階的に形成されている。溝８５〜８８は、例えば、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。
【００３３】
溝８５〜８８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８５〜８８に流れ込んだ接着剤がインク供給路内部や記録素子基板周辺にはみ出さない様、溝８５〜８８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８５〜８８に溜まった接着剤は、高熱抵抗層として機能する。
【００３４】
上述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６１，６２によって発生した熱は記録素子基板２１の長辺方向の接着部を介して支持板１０に伝わる。
【００３５】
これに対して、吐出口列両端部においては、記録素子基板２１の長辺方向に中心部と同様に熱拡散が起こるのに加えて、記録素子基板２１の短辺方向においても熱拡散が生じる。第２の実施形態においては、この短辺方向の熱拡散を、主に高熱抵抗層８５によって抑制する。さらに、吐出口列最短部より少し内側のヒータから発生した熱においては、記録素子基板長辺部に拡散する拡散量を高熱抵抗層８６〜８８によって段階的に抑制する。
【００３６】
以上、本実施形態で示したような構成にすることで、吐出口列５１、５２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、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。
【００３７】
なお、本実施形態では溝８５〜８８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の接着面に設けても構わない。この溝は、少なくとも、記録素子基板の接着面と支持板との一方に設けられていればよい。その場合に、この溝は、切削加工の他に、放電加工や型成型によっても形成することができる。
【００３８】
（第３の実施形態）
本実施形態では、さらに、図４に示すように、記録素子基板２１、２３、２５の配列方向の両側、及び記録素子基板２２、２４、２６の配列方向の両側に沿ってヒートパイプが位置するように、支持板１０の内部にヒートパイプ３１、３２、３３が配されている。つまり、各記録素子基板のそれぞれの吐出口列配列方向に沿って、その列の側方の支持板にヒートパイプを配した構成である。
【００３９】
本実施形態によると、吐出口列の配列方向に沿って側方にヒートパイプが延在しているので、吐出口列両端部と吐出口列中央部温度差を僅少化することができる。
【００４０】
なお、上述の第１及び第２の実施形態のインクジェット記録ヘッドの支持板に、本実施形態のヒートパイプの配置構成を適用することで、さらに第１及び第２の実施形態の効果を大きくことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【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の記録ヘッドと従来の記録ヘッドとの吐出口列方向の温度分布を示したグラフである。
【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】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の記録素子基板を説明する図である。
【図５】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６】図５の支持板をその反対側の面から見た図である。
【図７】図５の記録素子基板を説明する模式図である。
【符号の説明】
【００４２】
１０  支持板
２１〜２６  記録素子基板
３１〜３３  ヒートパイプ
４１  インク供給口
５１、５２  吐出口列
６１、６２  ヒータ
８１〜８４  高熱抵抗層
８５〜８８  溝
１１１  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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【図７】
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