(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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複数の記録素子基板と、前記吐出口列の方向に沿って配列された前記複数の記録素子基板を支持する支持板と、を備えるインクジェット記録ヘッドを有するインクジェット記録装置において、
前記吐出口列の方向に沿って延在し、前記記録素子基板に供給されるインクを流すインク流路とは別の、前記インクジェット記録ヘッドを冷却するための流体を流す複数の流路と、
前記吐出口列の方向に関する前記インクジェット記録ヘッドの両端部における記録デューティの差が相対的に小さい場合には、少なくともの一つの前記流路において前記両端部のうちの一端の側から他端の側へ流体を流し、前記少なくとも一つの流路とは別の少なくとも一つの前記流路において前記他端の側から前記一端の側へ流体を流し、前記両端部における記録デューティの差が相対的に大きい場合には、前記複数の流路において前記両端部のうちの記録デューティの高い一端の側から記録デューティの低い他端の側へ流体を流すように制御可能な制御手段と、
を有することを特徴とするインクジェット記録装置。
【請求項２】
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複数の記録素子基板と、前記吐出口列の方向に沿って配列された前記複数の記録素子基板を支持する支持板と、を備えるインクジェット記録ヘッドを有するインクジェット記録装置において、
前記吐出口列の方向に沿って延在し、前記記録素子基板に供給されるインクを流すインク流路とは別の、前記インクジェット記録ヘッドを冷却するための流体を流す複数の流路と、
前記吐出口列の方向に関する前記インクジェット記録ヘッドの両端部における温度の差が相対的に小さい場合には、少なくともの一つの前記流路において前記両端部のうちの一端の側から他端の側へ流体を流し、前記少なくとも一つの流路とは別の少なくとも一つの前記流路において前記他端の側から前記一端の側へ流体を流し、前記両端部における温度の差が相対的に大きい場合には、前記複数の流路において前記両端部のうちの温度の高い一端の側から温度の低い他端の側へ流体を流すように制御可能な制御手段と、
を有する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に関する。
【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、より高速に高詳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、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きている。
【０００４】
このようにヘッドが長尺化・高速化していくとヘッドへの投入エネルギーが増大し、記録中の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。
【０００５】
従来ヘッドの冷却はヘッドの外部からの空冷や、ヘッドに冷却管を装着するなどの方法が取られている。
【特許文献１】特開平８−２７６５７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の方式においては、ヘッドに冷却管を装着したり、インク液室を形成する部材に冷却部材を取付け冷却しているため、冷却部から記録素子基板近傍のインク供給口までの距離が長かった。そのため、冷却効率が落ちるため十分な冷却ができなかった。よって高速化、連続記録性の向上に対して昇温が問題となり、これを抑えることが課題となっている。
【０００７】
そこで本発明は、上記従来技術の有する問題点に鑑み、記録信頼性が高い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】
【０００８】
上記目的を達成するための本発明は、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複数の記録素子基板と、前記吐出口列の方向に沿って配列された前記複数の記録素子基板を支持する支持板と、を備えるインクジェット記録ヘッドを有するインクジェット記録装置において、前記吐出口列の方向に沿って延在し、前記記録素子基板に供給されるインクを流すインク流路とは別の、前記インクジェット記録ヘッドを冷却するための流体を流す複数の流路と、前記吐出口列の方向に関する前記インクジェット記録ヘッドの両端部における記録デューティの差が相対的に小さい場合には、少なくともの一つの前記流路において前記両端部のうちの一端の側から他端の側へ流体を流し、前記少なくとも一つの流路とは別の少なくとも一つの前記流路において前記他端の側から前記一端の側へ流体を流し、前記両端部における記録デューティの差が相対的に大きい場合には、前記複数の流路において前記両端部のうちの記録デューティの高い一端の側から記録デューティの低い他端の側へ流体を流すように制御可能な制御手段と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、記録素子基板からの熱を、より効率良く放熱できるインクジェット記録ヘッドを提供することができる。また、記録素子基板に供給されるインクを効率良く冷却することができる。これにより、記録の高速化・高密度化による記録ヘッド温度の上昇を抑えることが可能となり、連続記録における信頼性の大幅な向上が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１１】
図１から図１１は、本発明が実施される、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の列方向に沿って配列されている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説明図である。特に、本発明のインクジェット記録へッドは、支持板に配された複数の記録素子基板の配列方向に沿って延在する、記録素子基板へのインク流路とは別に液体を流す流路が設けられている。
【００１２】
以下、これらの図面を参照して各部構成の説明しながら、全体を説明することにする。
【００１３】
図１に示す記録ヘッドＨ１０００は、電気信号に応じて膜沸騰をインクに対して生じせしめるための熱エネルギーを生じせしめるための熱エネルギーを生成する電気熱変換体を用いて記録を行う。
【００１４】
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、フィルター部材Ｈ１６００で構成されている。
【００１５】
図４（ａ）は、記録素子基板Ｈ１１００の構成を説明する図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）に示すＡ−Ａ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、インク流路として矩形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、前記電気熱変換素子Ｈ１１０２、及び、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、該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。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、流路形成部材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。
【００１６】
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。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、吐出口列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列の端部と、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、吐出口列Ｈ１１０６ａと吐出口列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。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を金ワイヤー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。
【００２０】
プレートＨ１４００は、例えば、厚さ０．５〜１ｍｍのＳＵＳ板で形成されている。なお、プレートの素材は、ＳＵＳ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。
【００２１】
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。
【００２２】
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ー部材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。
【００２５】
結合は以下のように行われる。
【００２６】
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。
【００２７】
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Ｈ１５０１の裏面に、位置決め固定される。
【００２８】
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。Ｈ１８００Ｂｋはブラックインク、Ｈ１８００Ｃはシアンインク、Ｈ１８００Ｍはマゼンタインク、Ｈ１８００Ｙはイエローインク、Ｈ１８００ＬＣはライトシアンインク、Ｈ１８００ＬＭはライトマゼンタインクそれぞれのインクタンクである。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に載置されているキャリッジＭ４００１の位置決め手段及び電気的接点Ｍ４００２によって固定支持する。
【００２９】
そして、これらの記録ヘッドを、不図示の駆動回路によって制御し、記録媒体Ｋ１０００に対して記録を行うものである。なお、図５の記録装置では、記録ヘッドが記録媒体幅分の吐出口列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ことで記録を行う方式である。
【００３０】
また、これに対して、図６の記録装置では、記録ヘッドが主走査方向（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。
【００３１】
図７は、本発明の実施例に係る記録ヘッドの部分的断面を模式的に示した図である。
【００３２】
支持板は２部材で構成され、少なくともどちらか一方の支持板に冷却液が通る溝を設け、２枚を張り合わせることにより冷却用の流路が形成される。冷却液の流入出口はインク供給部材の記録素子基板と反対側に取り出されている（不図示）。冷却流路Ｈ２００１は３本独立に冷却液を流せるように形成されている。つまり、支持板に設けられた流路が複数独立に設けられている。冷却流路Ｈ２００１の断面は、本実施例では幅２ｍｍ、深さ１．５ｍｍとした。冷却液の流量は２０ｍｌ／ｍｉｎ〜１００ｍｌ／ｍｉｎである。この流量は、記録条件、ヘッド仕様（電力、吐出量等）により条件にあった流量を設定する。支持板の記録素子基板と反対側には共通のインク液室が設けられ、支持板に設けられた各インク供給口を通り記録素子基板基板へインクが供給される。
【００３３】
このように冷却用流路を複数に分けた場合、冷却液の流れ方向や使用する本数などによりヘッドの温度を細かくコントロールすることができる。
【００３４】
たとえば、図８（ａ）に示すようにほぼ均一な記録データの場合、３つの流路において流体の流れ方向は一つは逆方向にする。上流側は冷えやすいために温度分布が生じるが、流れの方向を変えることにより分布を相殺する方向に作用し、分布を均一に保ちながら冷却することができる。また、流量、冷却液の入り口温度を調整することによっても同様の効果が期待できる。
【００３５】
また、図８（ｂ）に示すように記録データがどちらかに片寄った場合、記録ｄｕｔｙの高い方を上流として冷却液の流れをすべて同一方向とし温度を制御することも可能である。
【００３６】
支持基板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、アルミナ、カーボングラファイトなどが使われる。
【００３７】
図９には本発明と水冷無しのヘッドによる温度上昇の比較を示す。本実施例の条件では水冷無しの場合ではＡ４サイズ約５０枚の縁無しのベタ画像記録で高温に達し、さらにヘッド温度は上昇し続け、不吐が発生した。本発明の方式ではヘッド温度は同様の記録条件でＡ４サイズ約５０枚程度で飽和し、以降記録を継続してもヘッド温度は上昇しない。昇温は冷却流路の形状、冷却水の流量、温度により変わり、使われるヘッドの仕様により最適な条件にする。
【００３８】
図１０（ａ）〜（ｄ）に，本発明の他の実施例を示す。
図１０（ａ）は、第１の実施例の３本の冷却流路Ｈ２００１を１本の連通する冷却流路ｈ２００１としたものである。３本の冷却流路Ｈ２００１を独立には制御するといったことはできないが、１本の冷却流路Ｈ２００１にすることで、流路構造は簡易になる。
図１０（ｂ）は、さらに往復流路タイプの簡単なものにした実施例である。
図１０（ｃ）は、各記録素子基板へのインク供給口Ｈ１２０１の周囲を冷却液が通り流入するインクの冷却をより効率的にしたものである。
図１０（ｄ）は、図１０（ｃ）の実施例と基本的に同じ流路構成であり、図１０（ｃ）の実施例が２系統に冷却液を流せるようにしたものであるのに対して、１系統に簡易化したものである。
【００３９】
図１１は、本発明に係る実施例の冷却系を示した。
冷却水はポンプＭ４００３により記録ヘッドの冷却液供給口Ｈ２００２へと送られ、ヘッド内冷却流路Ｈ２００１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Ｈ２００１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ー等）・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。その他にも制御装置Ｍ４００５は、冷却流Ｈ２００１の複数のそれぞれにおいて、冷却液体の流れ方向・流体温度・流速の少なくとも一つを独立に制御するものである場合には、複数の記録素子基板間の記録ｄｕｔｙの相違に応じた細かな制御を行なうことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施例の記録ヘッドの外観斜視図である。
【図２】本発明の実施例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】記録素子基板を説明する図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）はＡ−Ａ断面図である。
【図５】インクジェット記録装置（フルライン方式）を説明する図である。
【図６】インクジェット記録装置（シリアル駆動方式）を説明する図である。
【図７】本発明の実施例の記録へッドの断面模式図である。
【図８】本発明の実施例の記録ｄｕｔｙと冷却液の流れ方向を説明する図である。
【図９】本発明の実施例の昇温抑制効果を説明する図である。
【図１０】本発明の他の実施例の模式図である。
【図１１】本発明の実施例の冷却系の概略図である。
【符号の説明】
【００４１】
Ｈ１０００  記録ヘッド
Ｈ１００１  記録素子ユニット
Ｈ１００２  インク供給ユニット
Ｈ１１００  記録素子基板
Ｈ１１０１  インク供給口
Ｈ１１０２  電気熱変換素子
Ｈ１１０４  インク流路
Ｈ１１０５  吐出口
Ｈ１２００  支持板
Ｈ１２０１  インク供給口
Ｈ２００１  冷却流路
【図１】
0005294615.tif 000002
【図２】
0005294615.tif 000003
【図３】
0005294615.tif 000004
【図４】
0005294615.tif 000005
【図５】
0005294615.tif 000006
【図６】
0005294615.tif 000007
【図７】
0005294615.tif 000008
【図８】
0005294615.tif 000009
【図９】
0005294615.tif 000010
【図１０】
0005294615.tif 000011
【図１１】
0005294615.tif 000012