(57)【要約】【課題】  印字幅が大きく、色間ピッチが小さい記録ヘッドにおいても、放熱特性に優れ、印字列の端部と中央で温度差を生じることなく画像品比の高い記録ヘッドを提供する。【解決手段】  複数のシートを積層して形成した支持部材の、記録素子基板が搭載される面およびその反対面を形成しない層のうち、少なくとも１層に梁を形成し、インク流路の壁面を連結する。【選択図】  図８
2007307862.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面側に電気信号に応じて吐出口からインクを吐出するためのエネルギを発生する記録素子を具備し、裏面側にインクが供給されるインク供給口が形成された記録素子基板と、
記録素子基板のインク供給口に対応した複数のインク流路と、記録素子基板に電気信号を送るための配線が形成され、記録素子基板を支持固定する配線付き支持部材と、を有するインクジェット記録ヘッドであって、
配線付き支持部材は複数のシートを積層して形成されており、記録素子基板が搭載される面およびその反対面を形成しない層のうち、少なくとも1層は、インク流路内部に梁が形成され、インク流路の壁面が連結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】
配線付き支持部材のインク流路の長手方向中央部に形成される梁の連結方向の断面積が、端部に形成される梁の断面積よりも大きい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】
配線付き支持部材のインク流路の短手方向の寸法が、記録素子基板を搭載する面に向かって次第に小さくなっていることを特徴とする請求項1、2に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項４】
複数のインク流路を横断するようにして梁の内部に金属層が形成されており、記録素子基板が搭載される表面から梁の内部に形成された金属層に連通する金属層が配線付き支持部材のインク流路を形成する流路壁内部に形成されていることを特徴とする請求項1〜3に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項５】
前記請求項１〜４に記載のインクジェット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記録装置、この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液体吐出基板との配線基板の接続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ワードプロセッサ等の装置、さらには、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、ワードプロセッサ、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吐出口と、このヘッドに対してインクを供給する供給系とから構成される。
【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、電気熱変換素子を記録液室内に設け、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）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。
【０００５】
サイドシュータ方式の記録ヘッドとして、例えば特開2002-19146（液体吐出記録ヘッドカートリッジおよび液体吐出記録装置、キヤノン）が開示されている。図１６に外観斜視図を示し、図１７には図１６におけるF−F断面の概略図を示す。
【０００６】
記録素子基板2および3は、Si基板に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6が形成され、インク供給口6を挟んだ両側に記録素子である電気熱変換素子7がそれぞれ１列ずつ配列されている。また、各々の電気熱変換素子7に対応して吐出口8が形成され、インク供給口6から供給されたインクが電気熱変換素子7により発生した気泡により吐出口8から吐出される。
【０００７】
図１７に示すように、記録素子基板3の裏面に形成されたインク供給口6と支持部材9に形成されたインク流路10は精度良く位置決めされており、記録素子基板3が支持部材7に接着剤11で接着固定されている。支持部材9は、記録素子基板3のベースであるSiと同等の線膨張係数を有し、かつ比較的熱伝導率の高いアルミナ（Al2O3）等の材料で形成されており、記録の際に記録素子基板3から発生した余剰熱は支持部材9に伝熱され、記録素子基板3の放熱が成されている。
【特許文献１】特開２００２−１９１４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
記録ヘッドのコストダウンや小型化のためには記録素子基板の寸法を小さくする必要があり、その一方、記録ヘッドの印字速度を向上させるためには、印字幅を大きくする必要がある。これらの理由から記録素子基板は細長い形状となる傾向にあり、多色に対応する記録素子基板3において、色間ピッチは極めて小さくなる。これに従って、支持部材2に形成されるインク流路10も狭ピッチで配置されるため、インク流路間の隔壁12も幅が小さく、長手方向には長い形状となる。このような形状になることで、隔壁12の長手方向中央部においては、記録素子基板3から伝わった熱が拡がりにくくなり高温になってしまうため、記録素子基板3の長手方向中央部は放熱できなくなり、端部と中央部で大きな温度差が生じてしまう。このように長手方向の端部と中央部で温度が出来てしまうと、画像品位を劣化させてしまう恐れがある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明の記録ヘッドは、
表面側に電気信号に応じて吐出口からインクを吐出するためのエネルギを発生する記録素子を具備し、裏面側にインクが供給されるインク供給口が形成された記録素子基板と、
記録素子基板のインク供給口に対応した複数のインク流路と、記録素子基板に電気信号を送るための配線が形成され、記録素子基板を支持固定する配線付き支持部材と、を有するインクジェット記録ヘッドであって、
前記配線付き支持部材は複数のシートを積層して形成されており、記録素子基板が搭載される面およびその反対面を形成しない層のうち、少なくとも1層は、インク流路内部に梁が形成され、インク流路の壁面が連結されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、印字幅が大きく、色間ピッチが小さい記録ヘッドにおいても、放熱特性に優れ、記録素子基板内で温度差を生じることなく画像品比の高い記録ヘッドを安価に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】
【００１１】
以下に、本発明を実施するための最良の形態の記録ヘッドについて、図を用いて説明する。
【００１２】
図1は、本発明が適用された記録ヘッドの外観斜視図、図2は記録ヘッドの分解斜視図である。
【００１３】
図3、図4は図1に示す記録ヘッドに搭載される記録素子基板の概略図であり、図3は記録素子基板を表面から見た図、図4は記録素子基板を裏面から見た図、そして、図5は図3のC−C断面図である。
【００１４】
また、図6は図1のB−B断面における電気接合部の図である。
【００１５】
図1〜6において、100は記録素子基板、200は配線付き支持部材、500はインク供給部材であり、以下に各部品と構成を説明をする。
【００１６】
記録ヘッド90はインクジェット記録装置本体に搭載されているキャリッジ（不図示）の位置決め手段および電気的接点によって固定される。インクタンク（不図示）は記録ヘッド90に対して着脱自在であり、インクタンクが交換可能である。
【００１７】
記録素子基板100Bおよび100Cは、インクを吐出するためのデバイスであり、記録素子基板100Bは1色のインクに、記録素子基板100Cは3色に対応した場合を示している。図3〜図5に示すように、Si基板101の中央に長溝状のインク供給口102が形成されており、インク供給口102を挟んで長手方向の両側には記録素子である複数の電気熱変換素子103が配列されている。また、記録素子基板100の裏面側の両端には、配線付き支持部材200と電気的に接続し、電気熱変換素子103に電力を供給するための電極104が形成されている。さらに、Si基板101上には樹脂材料でできた吐出口形成部材105が形成されており、電気熱変換素子103に対応する複数の吐出口106と各吐出口に連通する共通インク室107が形成されている。
【００１８】
配線付き支持部材200は、記録素子基板100を支持固定し、電気信号を送るためのプレートであり、本実施形態においては、厚さ数十μmから1mm程度のグリーンシートを位置精度良く積層し、焼結して一体化した多層アルミナ配線基板とした。記録素子基板100にインクを供給するためのインク流路201を成している。また、記録素子基板100の電極104に対応する位置には電極202が形成されている。また、記録装置本体から電気信号を受け取るための外部信号入力端子（不図示）を有している。なお、電極202と外部信号入力端子をつなぐ配線は、記録素子基板100を搭載する面に2次元的に形成されていても、複数層に形成された配線を、貫通穴に金属を充填したビアによって接続し、3次元的に形成されていてもどちらでも良い。
【００１９】
インク供給部材500は、インクタンク（不図示）から記録素子基板100にインクを供給するための部品であり、インク流路501が形成されている。また、記録装置に載置されるキャリッジに位置決めして取り付けるための装着ガイド502を有している。
【００２０】
そして、インク供給部材500と配線付き支持部材200が接着剤等によって接合され、配線付き支持部材200と記録素子基板100が図6に示すように、金属バンプ600によって接合される。また、記録素子基板100と配線付き支持部材200の隙間からインクがリークしたり、電気接続部にインクが接触して腐食したり、ショートすることがないよう、金属バンプ600の外周は接着剤または封止剤700によって封止されている。
【実施例１】
【００２１】
以下に、本発明の第1の実施例について図を用いて説明する。
【００２２】
図７は本実施例の配線付き支持部材の分解斜視図である。
【００２３】
図8は図1におけるA−A断面の要部、図9はB−B断面の要部を表す図である。
【００２４】
本実施例は、複数のインクに対応する記録素子基板100Cが搭載される面およびその反対面を形成しない層の少なくとも1つの層に、それぞれのインク流路201の壁面を連結する幅0.2〜1mm程度の梁203を複数形成した構成であり、図7に示すように、記録素子基板搭載面210を含む第1層目には、各色に対応したインク流路201aを形成し、第2層目の記録素子基板100Cに対応する部分には梁203によって分割されたインク流路201bを形成し、第3〜6層目においては、第1層目と同様にしてインク流路201aを形成した。そして、各層のインク流路201a、201bを精度良く位置決めして積層し、インク流路201を形成している。
【００２５】
本実施例の構成により、記録素子基板100Ｃから配線付き支持部材200の隔壁204の中央部に伝わった熱が停滞することなく梁203を伝って拡がるため、記録素子基板100Ｃの長手方向端部と中央部で温度差が生じることなく、良好な放熱を行うことができる。
【００２６】
また、記録素子基板搭載面210およびその反対面（インク供給部材500との接合面）には梁を形成していないため、金属バンプ600を封止する接着剤または封止剤700や、インク供給部材500との接着剤がメニスカスを保持できずに梁まで濡れ拡がって部分的に供給口を塞いでしまうといった不具合が発生することがない。さらに、梁203から吐出口106までの間にある程度のインク容量を確保できるために、梁203の流体抵抗に起因するインク供給への弊害もない。そして、後加工等を追加をせずに上記構造を実現できるため、コストアップすることなく作成可能である。
【００２７】
なお、梁203が形成される層は、記録素子基板100Cが搭載される面およびその反対面を形成しない層であればいずれの層に形成されていて良いが、記録素子基板100Cから伝わった熱を素早く拡げるために、梁203は、なるべく記録素子基板100Cが搭載される面に近い層に形成され、また、可能な限り厚い層に形成されていることが好ましい。
【００２８】
また、梁が形成される層は1層に限ることはなく、複数の層に形成されていて良く、さらに、梁203の形状や数、配置は自由であって良く、任意に形成され配置されていて良い。
【００２９】
また、本発明が適用される記録ヘッドの形態は、複数のインクに対して一体型の記録素子基板を用いた場合に限らず、単独のインクに対応した記録素子基板を複数個用い、狭ピッチで配置される形態であっても良く、さらに多数のインクに対応した形態であっても良い。
【００３０】
さらに、記録素子基板100の表面側に電極104を形成し、ワイヤーボンディング等によって、配線付き支持部材200の電極202と電気接続が成される記録ヘッドの形態であっても良い。
【００３１】
以上説明したように、本実施例によれば、印字幅が大きく、色間ピッチの小さい記録ヘッドにおいても、優れた記録素子基板の放熱性能を提供することができ、記録素子基板内で温度差が生じることなく、良好な画像品位を保つことができる記録ヘッドを実現することができる。
【実施例２】
【００３２】
以下に、本発明の第2の実施例について図を用いて説明する。
【００３３】
図10は図1におけるB−B断面の要部を表す図である。
【００３４】
本実施例は配線付き支持部材200のインク流路201の長手方向中央部に形成される梁203の連結方向の断面積を、端部に形成される梁の断面積よりも大きくするために長手方向中央部に形成される梁203の幅を端部に形成される梁の幅よりも4倍程度大きくした。これにより、実施例1の構成よりもさらに隔壁204の中央部の熱が拡がりやすくなるため、長時間印字した場合や、記録素子基板100Cの発熱量が更に大きくなった場合、色間ピッチが更に小さくなった場合、印字幅が更に大きくなった場合、あるいはインク数の増加によりインク流路の数が増加した場合など、放熱的に厳しくなった場合においても記録素子基板100Cの長手方向端部と中央部で温度差が生じることなく、良好な画像品位を保つことができる。
【００３５】
ただし、このように中央部の梁203の幅を大きくすることで、梁203の直下に気泡が溜まってしまい、気泡が抜けにくくなる恐れがある。これに対し、図11は、各層に形成する梁203の配置を変え、一体化した後に長手方向中央部の梁203の厚みを端部の梁よりも厚くした構成であり、これによって、隔壁204の長手方向中央部の熱を拡げ易く、かつ気泡溜まりのない記録ヘッドを提供することができる。
【００３６】
以上説明したように、本実施例によれば、実施例1よりもさらに長手方向端部と中央部の温度差が生じにくい記録ヘッドを提供することができる。
【実施例３】
【００３７】
以下に、本発明の第3の実施例について図を用いて説明する。
【００３８】
図12は図1におけるA−A断面の要部、図13はB−B断面の要部を表す図である。
【００３９】
本実施例は、図12、13に示すように、複数の層に梁203を形成し、各層で梁203の幅を変えることによって、配線付き支持部材のインク流路の短手方向の寸法を、記録素子基板を搭載する面に向かって次第に小さくした構成である。これによって、よりインクが流れ易く、気泡が抜け易くなるため、安定したインク供給が可能となると共に、気泡によるインクの不吐出がなく画像品位の劣化に対する信頼性を高めることができる。
【００４０】
なお、本実施の形態は、実施例2の構成と併用されていても良い。
【００４１】
以上説明したように、以上説明したように、本実施例によれば、実施例1、2の効果に加え、更に信頼性の高い記録ヘッドを提供することができる。
【実施例４】
【００４２】
以下に、本発明の第4の実施例について図を用いて説明する。
【００４３】
図14は本実施例を適用した場合において、図1のA−A断面の要部を表す図である。
【００４４】
また、図15は図14のE−E断面図である。
【００４５】
本実施例は、図14、15に示すように、複数のインク流路を横断するようにして梁の内部に熱伝導率の高い金属層205を形成し、記録素子基板100Cが搭載される表面から梁の内部に形成された金属層205に連通するサーマルビア206を隔壁内部に形成した構成である。サーマルビア206は貫通穴に熱伝導率の高い金属を充填したものであり、隔壁204に自由な寸法、形状で形成されている。
【００４６】
上記構成により、記録素子基板100Cで発生した熱は、熱伝導率の高いサーマルビア206、金属層205を通って瞬時に拡散されるため、放熱特性を更に向上することができる。
【００４７】
また、高周波数印字を目的として、梁203を記録素子基板100Cの搭載面から離れた層に形成し、梁203から吐出口106までの間のインク容量を確保しようとした場合に本実施例は効果的であり、放熱特性の確保とインク容量の確保を両立することができる。
【００４８】
なお、本実施の形態は、実施例2、3の構成と併用されていても良い。
【００４９】
また、金属層205がインクに露出する構成であっても良く、その場合には耐インク性のある金属材料を選択すれば良い。
【００５０】
以上説明したように、本実施例によれば、実施例1〜3の効果に加え、更に放熱特性に優れた記録ヘッドを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の実施例が好適に適用される記録ヘッドの斜視図。
【図２】本発明の実施例が好適に適用される記録ヘッドの分解斜視図。
【図３】記録素子基板の模式図であり、記録素子基板を表面から見た図、（a）1色に対応した記録素子基板、（b）複数色に対応した記録素子基板。
【図４】記録素子基板の模式図であり、記録素子基板を裏面から見た図、（a）1色に対応した記録素子基板、（b）複数色に対応した記録素子基板。
【図５】記録素子基板を模式的に表した断面図であり、図4におけるC―C断面、D−D断面、（a）1色に対応した記録素子基板、（b）複数色に対応した記録素子基板。
【図６】本発明の記録ヘッドの電気接続部を説明するための図（図1のB−B断面の一部）。
【図７】配線付き支持部材の分解斜視図。
【図８】第1の実施例を説明する概略断面図（図1のA−A断面）。
【図９】第1の実施例を説明する概略断面図（図1のB−B断面）。
【図１０】第2の実施例を説明する概略断面図（図1のB−B断面）。
【図１１】第2の実施例の別の構成を説明する概略断面図（図1のB−B断面）。
【図１２】第3の実施例を説明する概略断面図（図1のA−A断面）。
【図１３】第3の実施例を説明する概略断面図（図1のB−B断面）。
【図１４】第4の実施例を説明する概略断面図（図1のA−A断面）。
【図１５】第4の実施例を説明する概略平面図（図14のE−E断面）。
【図１６】従来の記録ヘッドの斜視図。
【図１７】従来の記録ヘッドの液体吐出部近傍を表す概略図（F−F断面）。
【符号の説明】
【００５２】
1  記録ヘッド
2  記録素子基板
3  記録素子基板
4  電気配線部材
5  インク供給部材
6  インク供給口
7  電気熱変換素子
8  吐出口
9  支持部材
10  インク流路
11  接着剤
12  隔壁
90  記録ヘッド
100  記録素子基板
101  Si基板
102  インク供給口
103  電気熱変換素子
104  電極
105  吐出口形成部材
106  吐出口
107  共通インク室
200  配線付き支持部材
201  インク流路
202  電極
203  梁
204  隔壁
205  金属層
206  サーマルビア（金属層）
210  記録素子基板搭載面
500  インク供給部材
501  インク流路
502  装着ガイド
600  金属バンプ
700  接着剤または封止剤
【図１】
2007307862.tif 000003
【図２】
2007307862.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2007307862.tif 000008
【図７】
2007307862.tif 000009
【図８】
2007307862.tif 000010
【図９】
2007307862.tif 000011
【図１０】
2007307862.tif 000012
【図１１】
2007307862.tif 000013
【図１２】
2007307862.tif 000014
【図１３】
2007307862.tif 000015
【図１４】
2007307862.tif 000016
【図１５】
2007307862.tif 000017
【図１６】
2007307862.tif 000018
【図１７】
2007307862.tif 000019