(57)【要約】【課題】  従来と比較して高密度に配置された多数の吐出口を有し、かつシュリンクされた記録素子基板であっても放熱性に優れたインクジェット記録ヘッドを提供すること。【解決手段】  箔状の伝熱部材と記録素子基板の裏面が接続されており、記録素子基板の裏面の面積よりも広い面積の箔状の伝熱部材がインク流路内に露出してインクと接するようにする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気信号に応じて吐出口から液体を吐出するために利用されるエネルギーを発生させるエネルギー発生手段を表面に備え、
前記エネルギー発生に関わる駆動回路素子と論理回路素子と発熱素子を有し、
前記表面に前記吐出口が開口され、
前記液体が充填される液室を構成するノズル構造を有し、
裏面から前記液室に連通する液体供給口が開口されている記録素子基板と、
少なくとも一つ以上の前記記録素子基板を支持し、
前記記録素子基板の裏面の前記液体供給口に前記液体を供給する、少なくとも前記記録素子基板の短辺よりも幅の広い供給穴を有する支持部材と、
を有するインクジェット記録ヘッドにおいて、
前記箔状の伝熱部材と前記記録素子基板の裏面が接続されており、
前記記録素子基板の裏面の面積よりも広い面積の前記箔状の伝熱部材が前記支持部材の前記供給穴に露出して前記液体と接し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】
電気信号に応じて吐出口から液体を吐出するために利用されるエネルギーを発生させるエネルギー発生手段を表面に備え、
前記エネルギー発生に関わる駆動回路素子と論理回路素子と発熱素子を有し、
前記表面に前記吐出口が開口され、
前記液体が充填される液室を構成するノズル構造を有し、
裏面から前記液室に連通する液体供給口が開口されている記録素子基板と、
少なくとも一つ以上の前記記録素子基板を支持し、
前記記録素子基板の裏面の前記液体供給口に前記液体を供給する、少なくとも前記記録素子基板の短辺よりも幅の広い供給穴を有する支持部材と、
を有するインクジェット記録ヘッドにおいて、
前記箔状の伝熱部材と前記記録素子基板の裏面が接続されており、
前記記録素子基板の裏面の面積よりも広い面積の前記箔状の伝熱部材が前記支持部材の前記供給穴に露出して前記液体と接しており、
前記支持部材の前記供給穴に露出している前記箔状の伝熱部材の面と平行に流路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３】
前記支持部材の前記供給穴に露出し、前記液体が流れる前記箔状の伝熱部材の面と平行な流路の断面積が、前記支持部材の前記供給穴に露出している前記箔状の伝熱部材に対してほぼ垂直に前記液体が流れる流路の断面積より小さい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４】
前記箔状の伝熱部材の、少なくとも前記支持部材の前記供給穴に露出している部分は金でメッキされていることを特徴とする請求項１から請求項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】
前記記録素子基板の裏面は接着剤を介して前記箔状の伝熱部材と接続していることを特徴とする請求項１から請求項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】
前記記録素子基板の裏面は接着剤とバンプを介して前記箔状の伝熱部材と接続していることを特徴とする請求項１から請求項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】
前記支持部材の前記供給穴に露出している部分を含めた前記箔状の伝熱部材はフィルム状回路基板の配線の一部であり、該フィルム状回路基板は複数の配線層を有することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項８】
前記記録素子基板の裏面に、前記記録素子基板の駆動回路、論理回路、発熱素子と導通する裏面電極を設け、前記フィルム状回路基板の端子と前記裏面電極をバンプで電気的に接続することを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項９】
前記請求項１から請求項８のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッドが搭載されていることを特徴とする記録装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インク等の記録液を吐出して記録動作を行うインクジェット記録装置、このインクジェット記録装置に適用される記録ヘッド、この記録ヘッドに適用される記録素子基板に関するものである。なお、本発明は、一般的なプリント装置のほか、複写機、通信システムを有するファクシミリ、プリント部を有する各種処理装置と複合的に組み合わされた産業用記録装置に適用することができる。
【背景技術】
【０００２】
インクジェット記録装置は、いわゆるノンインパクト記録方式の記録装置であり、高速な記録と様々な記録媒体に対して記録することが可能であって、記録時における騒音がほとんど生じないといった特徴を持つ。このようなことからインクジェット記録装置は、プリンタ、ファクシミリ、及び複写機などの記録機構を担う装置として広く採用されている。
【０００３】
このインクジェット記録装置における代表的なインク吐出方式としては、電気熱変換素子を用いた方式がある。この方式は、微小な吐出口から微少な液滴を吐出させて、記録媒体に対し記録を行うものとなっており、一般に、液滴を形成するためのインクジェット記録ヘッドと、このヘッドに対してインクを供給する供給系と電気的エネルギーを与える電気回路基板とから構成される。
【０００４】
電気熱変換素子を用いたインクジェット記録ヘッドは、記録素子基板の液室内に電気熱変換素子を設け、これに記録信号となる電気パルスを与えることにより記録液に熱エネルギーを与え、そのときの記録液の相変化により生じる記録液の発泡時(沸騰時)の気泡圧力を記録液滴の吐出に利用したものである。さらに電気熱変換方式を用いたインクジェット記録ヘッドの場合、電気熱変換素子が配列された基板に対して平行に記録液を吐出させる方式(エッジシューター)と電気熱変換素子が配列された基板に対して垂直に記録液を吐出させる方式(サイドシュータ)とがある。これらのインクジェット記録ヘッドの記録素子基板は、インクを供給する支持部材に接着剤で固定され、記録素子基板のインク供給口と支持部材の供給穴が外部と連通しない密閉された状態でインクを供給する。
【０００５】
近年、フォトプリンタと呼ばれる、複数の色インクを用いて写真のような色空間を高速度に表現できるようなプリンターが販売されている。高速化のために記録素子基板のノズルの数は増加の一途をたどり、たとえば合計3072本といったノズルを配列した高密度の記録ヘッドも開発されている。さらに、解像度も高画質化の要求から増加しており、例えば、4800×2400dpiなどの高解像度で記録できる記録ヘッドが開発されている。このような状況のもと、更なる高速度、高解像度のプリンタを達成するための記録ヘッドが望まれている。一方、プリンタの低価格化も進んでおり、高速度、高解像度を低価格で実現する記録ヘッドが望まれている。
【０００６】
したがって、記録素子基板においてはノズル数の増加による高速化と、ノズルピッチの狭化による高解像度化と、コストダウンが同時に望まれている。記録素子基板は一般の半導体と同様の工程で製造されるため、コストダウンのためには一枚のウエハ当たりの取り個数を増やす必要があり、このためにはチップ寸法をシュリンクする方法が有効である。しかしながら、シュリンクされた記録素子基板では前述の支持部材との接着面積が減少するため、記録素子基板から支持部材への熱伝導が低下し、著しい温度上昇によってインクの吐出性能へ悪影響を与えやすい。
【０００７】
記録素子基板の放熱性を向上させる構造として、例えば、特許文献１のインクジェットプリントヘッドが提案されている。このインクジェットプリントヘッドは、図７に示されるように、ガラス基板１１５の上面に金属膜１１６を形成し下面にも金属膜１１７を形成し、上面の金属膜１１６上に絶縁膜１２５、発熱抵抗体膜１２６、発熱抵抗体１２６ａ、個別配線電極１２７、共通電極１２８、隔壁１２９、及びインク吐出孔１３２を備えたオリフィス板１３１を順次積層して、ガラス基板１１５にはインク供給溝１３３及びインク供給孔１３４を穿設してヘッド部を形成する。更にスルーホール１２３を穿設し、その内壁に金属膜１２４を形成してこの金属膜１２４により基板両面の金属膜１１６及び１１７を熱結合する。更に下面の金属膜１１７を介してインクジェットプリントヘッド１３５全体をダイボンデング剤１３６により放熱板１３７にダイボンデングする。上面の印字部で発生する熱は金属膜１１６、１２４、１１７と伝導し、放熱板１３７を介して外部に放散される。しかしながら、従来よりシュリンクされた記録素子基板では、下面の金属膜１１７の面積が減少するため、放熱板１３７への放熱効果が低下してしまう。
【特許文献１】特開２００２−３１６４１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
すなわち、図７のような構造を持つインクジェットプリントヘッドにおいて、従来よりシュリンクされた記録素子基板を用いた場合、放熱板との接触面積が減少するために放熱効果が低下し、著しい温度上昇によってインクの吐出性能に悪影響が生じやすい。そこで本発明の目的は、従来と比較して高密度に配置された多数の吐出口を有し、かつシュリンクされた記録素子基板であっても、放熱性に優れたインクジェット記録ヘッドを提供することにある。さらには、その記録ヘッドを用いたインクジェット記録装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明のインクジェット記録ヘッドは、電気信号に応じて吐出口から液体を吐出するために利用されるエネルギーを発生させるエネルギー発生手段を表面に備え、エネルギー発生に関わる駆動回路素子と論理回路素子と発熱素子を有し、表面に吐出口が開口され、液体が充填される液室を構成するノズル構造を有し、裏面から液室に連通する液体供給口が開口されている記録素子基板と、少なくとも一つ以上の記録素子基板を支持し、記録素子基板の裏面の液体供給口に液体を供給する、少なくとも記録素子基板の短辺よりも幅の広い供給穴を有する支持部材と、を有するインクジェット記録ヘッドにおいて、箔状の伝熱部材と記録素子基板の裏面が接続されており、記録素子基板の裏面の面積よりも広い面積の箔状の伝熱部材が支持部材の供給穴に露出して液体と接していることを特徴とする。
【００１０】
また、電気信号に応じて吐出口から液体を吐出するために利用されるエネルギーを発生させるエネルギー発生手段を表面に備え、エネルギー発生に関わる駆動回路素子と論理回路素子と発熱素子を有し、表面に吐出口が開口され、液体が充填される液室を構成するノズル構造を有し、裏面から液室に連通する液体供給口が開口されている記録素子基板と、少なくとも一つ以上の記録素子基板を支持し、記録素子基板の裏面の液体供給口に液体を供給する、少なくとも記録素子基板の短辺よりも幅の広い供給穴を有する支持部材と、を有するインクジェット記録ヘッドにおいて、箔状の伝熱部材と記録素子基板の裏面が接続されており、記録素子基板の裏面の面積よりも広い面積の箔状の伝熱部材が支持部材の供給穴に露出して液体と接しており、支持部材の供給穴に露出している箔状の伝熱部材の面と平行に流路が形成されていることを特徴とする。さらに、支持部材の供給穴に露出し、液体が流れる箔状の伝熱部材の面と平行な流路の断面積が、支持部材の供給穴に露出している箔状の伝熱部材に対してほぼ垂直に液体が流れる流路の断面積より小さいことを特徴とする。
【００１１】
箔状の伝熱部材の、少なくとも支持部材の供給穴に露出している部分は金でメッキされていることを特徴とする。
【００１２】
記録素子基板の裏面は接着剤を介して、あるいは接着剤とバンプを介して箔状の伝熱部材と接続していることを特徴とする。
【００１３】
支持部材の供給穴に露出している部分を含めた箔状の伝熱部材はフィルム状回路基板の配線の一部であり、フィルム状回路基板は複数の配線層を有することを特徴とする。請求項１から請求項６に記載のインクジェット記録ヘッド。
【００１４】
記録素子基板の裏面に、記録素子基板の駆動回路、論理回路、発熱素子と導通する裏面電極を設け、フィルム状回路基板の端子と裏面電極をバンプで電気的に接続することを特徴とする。
【００１５】
さらに、本発明の記録装置は、前記インクジェット記録ヘッドが搭載されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
上記のように構成された本発明においては、従来と比較して高密度に配置された多数の吐出口を有し、かつシュリンクされた記録素子基板であっても、放熱性に優れたインクジェット記録ヘッドを提供することが可能となる。さらには、その記録ヘッドを搭載することで、安価で高機能なインクジェット記録装置を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
次に、本発明の詳細を実施例の記述に従って説明する。
【実施例１】
【００１８】
本発明の第1の実施例について図を用いて説明する。図２において、本発明の記録素子基板１は、表面側に電気信号に応じて吐出口から液体を吐出するために利用されるエネルギーを発生させるエネルギー発生手段を備え、エネルギー発生に関わる駆動回路素子と論理回路素子と発熱素子を有している。駆動回路素子と論理回路素子と発熱素子は記録素子基板１の表面に形成された電極１４と、ＴＡＢテープ１２等のフィルム状配線基板のリード線１３を接合し、コネクター等を介してインクジェット記録装置と接続されている。ＴＡＢテープ１２による電気接続の他に、記録素子基板１の表面に形成された電極１４からフィルム状配線基板の端子にワイヤーボンディングで接続する方法も考えられる。また、記録素子基板１の周囲は接着剤Ａ５で封止されている。
【００１９】
図１は、図２のＡ-Ａ断面図である。記録素子基板１の表面側には吐出口２が開口されており、インクが充填される液室３を構成するノズル構造を有し、記録素子基板１の裏面側から液室３に連通する液体供給口４を有する。記録素子基板１の裏面は接着剤Ａ ５、バンプ６を介して、箔状の伝熱部材７と接続されている。図３に示したように、バンプを用いずに接着剤Ａ ５のみで記録素子基板１の裏面と箔状の伝熱部材７を接続する方法も考えられる。しかし、記録素子基板１で発生した余分な熱を箔状の伝熱部材7により効率的に伝熱するためにはバンプ６を設けることがより好ましい。バンプ６は金、はんだ等で形成されている。
【００２０】
記録素子基板１の裏面、バンプ６、伝熱部材７の接合は、加熱加圧接合、超音波接合、溶融接合などが好適である。伝熱部材７はさらに接着剤Ｂ ８によって支持部材９と接着されている。支持部材９は伝熱部材７や記録素子基板１を支持するため、一定以上の剛性を有するものが好ましく、例えばアルミナ等のセラミック、樹脂材料で形成される。支持部材９の供給穴１０は記録素子基板１の液体供給口４と連通するように、また、支持部材９の供給穴１０に箔状の伝熱部材７の一部が露出するように全体が配置されている。記録素子基板１が配置されている箔状の伝熱部材７の表面はカバー１１で覆われており、インク等による腐食を防止している。各構成要素によって構成されたインクの供給路は、その両端部以外は外気と連通していない密閉された空間となっている。同空間を通過して、不図示のインク供給源から供給されたインクは図１の黒矢印で示したように記録素子基板１へ供給される。
【００２１】
箔状の伝熱部材７は熱伝導の高い金属、例えばアルミニウム、銅、銀、金、等で形成されている。ここで、インクに対して腐食しやすい、例えばアルミニウムや銅等を用いる場合は、少なくとも支持部材９の供給穴１０に露出している部分は、金等の対インク腐食性に優れた金属を表面にメッキすることが好ましい。
【００２２】
本実施例では、記録媒体への印字動作に伴って記録素子基板１で発生した余分な熱は、接着剤Ａ ５およびバンプ６を介して箔状の伝熱部材７へと伝熱される。箔状の伝熱部材７は支持部材９の供給穴１０に露出しているため、熱はさらにインクへ伝熱される。支持部材９の供給穴１０に露出し、インクと接している箔状の伝熱部材７の面積は、記録素子基板１の裏面の面積より大きくなっている。従来よりシュリンクされ、小さくなった記録素子基板１の裏面の面積を、箔状の伝熱部材７によって補うことで記録素子基板１で発生した余分な熱を効率的にインクへ放熱することができる。
【００２３】
記録素子基板１で発生した余分な熱を熱容量の大きな液体（インク）へ逃がすことで、記録素子基板１の過剰な温度上昇を招くことなく、よって印字不良を防止することができる。
【実施例２】
【００２４】
図４に本発明の第２の実施例の断面図を示した。
【００２５】
インクジェット記録ヘッドの印字動作によって消費されたインクを新たに供給するために、図４の黒矢印で示す、インク供給源から記録素子基板１へ向かうインクの流れが発生する。本実施例では、記録素子基板１へ向かうインクの全量が供給穴１０内に露出した箔状の伝熱部材７と平行に流れるように整流部１５を設けている。インクが箔状の伝熱部材７と平行に流れる部分での流速を速めるために、箔状の伝熱部材７と略垂直に流れる部分と比較して当該部分での流路の断面積が小さくなるように整流部１５を設ける大きさ、位置を調整している。整流部１５は支持部材９と一体的に形成しても良いし、支持部材９とは別体の部材を支持部材９の供給穴１０内に固定しても良い。実施例１同様、箔状の伝熱部材７としてインクに対して腐食しやすい、例えばアルミニウムや銅等を用いる場合は、少なくとも支持部材９の供給穴１０に露出している部分は、金等の対インク腐食性に優れた金属を表面にメッキすることが好ましい。また、記録素子基板１の周囲は接着剤Ａ ５で封止されており、各構成要素によって構成されたインクの供給路は、その両端部以外は外気と連通していない密閉された空間となっている。
【００２６】
インクジェット記録ヘッドの印字動作によって記録素子基板１で発生した余分な熱は、記録素子基板１の裏面の接着剤Ａ ５、バンプ６を介して箔状の伝熱部材７に伝熱される。熱はさらに箔状の伝熱部材７から支持部材９の供給穴１０内のインクへと伝熱される。支持部材９の供給穴１０に露出し、インクと接している箔状の伝熱部材７の面積は、記録素子基板１の裏面の面積より大きくなっている。このため、従来よりシュリンクされ、小さくなった記録素子基板１の裏面の面積を、箔状の伝熱部材７によって広げることで記録素子基板１で発生した余分な熱を効率的にインクへ放熱することができる。
【００２７】
また本実施例では、整流部１５によって箔状の伝熱部材７と平行なインクの流れが生じるため、記録素子基板１で生じた余分な熱を効果的にインクへ放熱することができるので、実施例１と比較して、より放熱効率を上げることができる。さらに、支持部材９の供給穴１０に露出している箔状の伝熱部材７と平行にインクが流れる流路の断面積が小さくなるようになっているため、その他の部分を流れるインクの流速よりも速いインクの流れが生じるため、高効率で放熱することが可能である。
【００２８】
箔状の伝熱部材７から熱を受け取ったインクはそのまま記録素子基板１から記録ヘッドの外部へ吐出されるため、記録ヘッド内に熱が滞留することが無くなる。よって、記録素子基板１の過剰な温度上昇を招くことなく、印字不良を防止することができる。
【実施例３】
【００２９】
図５は本発明の第３の実施例の上面図、図６は図５のＢ-Ｂ断面である。
【００３０】
本実施例では記録素子基板１の駆動回路、論理回路、発熱素子と導通する裏面電極１８を記録素子基板１の裏面側に設けた。裏面電極１８は、記録素子基板１と支持部材９の間に配置されたフィルム状回路基板１６の端子１７とバンプで電気的に接続した。裏面電極１８と端子１７を接続するバンプは、加熱加圧、超音波、溶融などの方法で接合する。フィルム状回路基板１６の端子１７は配線１９と電気的に連通しており、配線１９はコネクター等を介してインクジェット記録装置本体と接続されている。
【００３１】
本実施例では、複数の配線層を有するフィルム状回路基板１６を用い、一部を箔状の伝熱部材７、残りを電気配線部とすることで伝熱部と電気配線部を一体的に形成した。フィルム状回路基板１６にはスルーホール２０が設けられており、記録素子基板１の裏面と接続された箔状の伝熱部材７はスルーホール２０を介して、支持部材９の供給穴１０内に露出するようになっている。複数の配線層を有するフィルム状回路基板１６を用いた場合、層をまたがる配線を形成するためにスルーホール２０を設ける必要がある。図６には箔状の伝熱部材７のみにスルーホール２０を設けた状態を示したが、スルーホール２０は伝熱部、電気配線部いずれに設けても良いし、両者に設けても良い。また、支持部材９の供給穴１０に露出し、インクと接している箔状の伝熱部材７の面積は、記録素子基板１の裏面の面積より大きくなっている。実施例１同様、箔状の伝熱部材７としてインクに対して腐食しやすい、例えばアルミニウムや銅等を用いる場合は、少なくとも支持部材９の供給穴１０に露出している部分は、金等の対インク腐食性に優れた金属を表面にメッキすることが好ましい。記録素子基板１の周囲は接着剤Ａ ５で封止されており、各構成要素によって構成されたインクの供給路は、その両端部以外は外気と連通していない密閉された空間となっている。同空間を通過して、不図示のインク供給源から供給されたインクは図６の黒矢印で示したように記録素子基板１へ供給される。
【００３２】
インクジェット記録ヘッドの印字動作によって記録素子基板１で発生した余分な熱は、記録素子基板１の裏面の接着剤Ａ５、バンプ６を介して箔状の伝熱部材７に伝熱される。熱はさらに箔状の伝熱部材７から支持部材９の供給穴１０内のインクへと伝熱される。支持部材９の供給穴１０に露出し、インクと接している箔状の伝熱部材７の面積は、記録素子基板１の裏面の面積より大きくなっている。このため、従来よりシュリンクされ、小さくなった記録素子基板１の裏面の面積を、箔状の伝熱部材７によって広げることで記録素子基板１で発生した余分な熱を効率的にインクへ放熱することができる。
【００３３】
また本実施例では、実施例２と同様、整流部１５によって箔状の伝熱部材７と平行なインクの流れが生じるため、記録素子基板１で生じた余分な熱を効果的にインクへ放熱することができるので、実施例１と比較して、より放熱効率を上げることができる。さらに、支持部材９の供給穴１０に露出している箔状の伝熱部材７と平行にインクが流れる流路の断面積が小さくなるようになっているため、その他の部分を流れるインクの流速よりも速いインクの流れが生じるため、高効率で放熱することが可能である。
【００３４】
箔状の伝熱部材７から熱を受け取ったインクはそのまま記録素子基板１から記録ヘッドの外部へ吐出されるため、記録ヘッド内に熱が滞留することが無くなる。よって、記録素子基板１の過剰な温度上昇を招くことなく、印字不良を防止することができる。
【００３５】
さらに、複数の配線層を有するフィルム状回路基板１６を用い、一部を箔状の伝熱部材７、残りを電気配線部とすることで伝熱部と電気配線部を一体的に形成することで部品点数を削減し、安価で高機能なインクジェット記録ヘッドが構成できる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の第1の実施例の断面図である。
【図２】本発明の第1の実施例の部分上面図である。
【図３】本発明の第1の実施例の他の形態の断面図である。
【図４】本発明の第２の実施例の断面図である。
【図５】本発明の第３の実施例の部分上面図である。
【図６】本発明の第３の実施例の断面図である。
【図７】従来例の上面図と断面図である。
【符号の説明】
【００３７】
１  記録素子基板
２  吐出口
３  液室
４  液体供給口
５  接着剤Ａ
６  バンプ
７  箔状の伝熱部材
８  接着剤Ｂ
９  支持部材
１０  供給穴
１１  カバー
１２  ＴＡＢ
１３  リード線
１４  電極
１５  整流部
１６  フィルム状回路基板
１７  端子
１８  裏面電極
１９  配線
２０  スルーホール
【図１】
2007320116.tif 000003
【図２】
2007320116.tif 000004
【図３】
2007320116.tif 000005
【図４】
2007320116.tif 000006
【図５】
2007320116.tif 000007
【図６】
2007320116.tif 000008
【図７】
2007320116.tif 000009