(57)【要約】【課題】  記録の高速化・高密度化によるヘッドの昇温を抑制する。【解決手段】  本発明のインクジェット記録へッドは、インクを吐出するための複数の記録素子１０３からなる複数の記録素子列を列した記録素子基板１と、記録素子基板を支持する支持板２１０と、を備えるインクジェット記録へッドにおいて、記録素子列の間に対応する、支持板の部位に排熱手段２０１、４０１を設けている。【選択図】  図１
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【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記録素子からなる複数の記録素子列を配した記録素子基板と、前記記録素子基板を支持する支持板と、を備えるインクジェット記録へッドにおいて、
記録素子列の間に対応する、前記支持板の部位に排熱手段を設けたことを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
【請求項２】
前記支持板は前記記録素子にインクを供給する複数のインク流路を備え、前記排熱手段は前記インク流路の間に前記記録素子列に沿って設けら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】
前記排熱手段が、前記記録素子基板に接することを特徴とする請求項１又は２に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項４】
前記排熱手段は、冷却液が流れる流路である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】
前記排熱手段は、ヒートパイプである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６】
請求項４に記載のインクジェット記録へッドと、該インクジェット記録ヘッドの前記流路に前記冷却液を流し、前記インクジェット記録ヘッドの昇温を抑える制御装置と、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７】
請求項５に記載のヒートパイプの熱を放熱するためのヒートシンク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、及び記録装置に用いられるインクジェット記録ヘッドに関する。
【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。しかしながら、これらの方法では十分な冷却効果が得られないため、ヘッドの吐出口列に沿って水等の冷却液を流通させる冷却液流路を設け、これによってヘッド昇温を抑制する方法が提案されている（特許文献１、２）。
【特許文献１】特開平０８−１５０７１１号公報
【特許文献２】特開平０８−２７６５７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の方式においては、完成した記録ヘッドにヒートパイプや放熱部材を外付けしているため、熱源となる記録素子基板とヒートパイプとをあまり近付けられないという課題があった。又、外付けしているため、ヒートパイプと記録ヘッドとの接触面積が限られてしまい、記録ヘッドとヒートパイプとの間の熱交換効率が悪かった。特に、図６に示すようなインクジェット記録へッドの場合において、以下に述べるような課題があった。
【０００７】
図６（ａ）は、インクが吐出される吐出口１０６の列が２列並列した吐出口列群Ｎ１と、その横に並列する同じ構成の他の吐出口列群Ｎ２と、を有するインクジェット記録へッドの記録素子基板１の斜視図である。また、図６（ｂ）は、図６（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【０００８】
記録素子基板１は、例えば、厚さ０．５〜１ｍｍのＳｉ基板１０１で、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１０２が形成されている。そのインク供給口１０２の両側には、電気熱変換素子１０３がそれぞれ１列ずつ配列されている。インク供給口１０２は、Ｓｉ基板１０１の結晶方位を利用して、異方性エッチングにより、約５４．７度の角度でエッチングされて形成される。
【０００９】
Ｓｉ基板１０１上には、電気熱変換素子１０３に対応したインク流路１０５や吐出口１０６を備える、感光性樹脂製の流路形成部材１０４が形成されている。ここで、吐出口１０６は電気熱変換素子１０３に対向するように設けられている。インク供給口１０２から供給されたインクは、電気熱変換素子１０３の発する熱エネルギーを吐出エネルギーとして吐出口１０６から吐出される。
【００１０】
支持板１１０は、例えば、厚さ４〜１０ｍｍのアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）材料で形成されている。支持板１１０には、記録素子基板１にインクを供給するためのインク流路１１１が形成されている。記録素子基板１のインク供給口１０２が支持板１１０のインク流路１１１に対応するように、記録素子基板１は支持板１１０に対して位置精度良く接着固定される。
【００１１】
インク供給部材１１２は、インクを収容する液室１１３を具備している。インク供給部材１１２の開口部と支持板１１０は、インクの供給が可能なように連通して接着固定される。
【００１２】
液室１１３へのインクの供給は、チューブを含む不図示のインク供給系によってなされていてもよいし、記録ヘッドとインクタンクとを直接装着する形態のものであってもよい。
【００１３】
ここで、記録素子基板１の電気熱変換素子１０３にて発生した熱は、まずＳｉ基板１０１内で広がる。しかし、電気熱変換素子１０３は、２つのインク供給口１０２それぞれの両側に、さらにそれぞれ１列ずつ配列されているため、２つのインク供給口１０２の互いに内側となる位置に配置された電気熱変換素子１０３ｂと１０３ｃにて発生した熱は放熱され難い。その結果、記録素子基板１の電気熱変換素子１０３ｂと１０３ｃ付近は、他の部位に比べて冷えにくくなっている。つまり、
一般に熱エネルギーを利用してインク滴を吐出させる方式のインクジェット記録ヘッドでは、電気熱変換素子付近の温度が上昇すると、吐出されるインク滴の量が増加することが分かっている。したがって、多数枚の画像を高速で連続記録すると、このような温度格差によってインク滴の量が変化し画像の濃度ムラを発生するという問題があった。
【００１４】
そこで本発明は、記録素子基板の熱拡散を好適に行い、温度格差を抑えることのできるインクジェット記録へッド及び該記録ヘッドを用いた記録装置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】
【００１５】
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複数の記録素子からなる複数の記録素子列を配した記録素子基板と、前記記録素子基板を支持する支持板と、を備えるインクジェット記録へッドにおいて、記録素子列の間に対応する、前記支持板の部位に排熱手段を設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、吐出口列群同士の領域の熱を放熱することで、インクジェット記録へッドの記録素子基板の温度格差を抑えるができ、各吐出口から吐出されるインク滴の量のばらつきを抑え、画像の濃度ムラの発生を抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
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。
【００１８】
以下に説明する各実施形態の記録素子基板は、吐出口１０６の列が２列並列した吐出口列群Ｎ１と、その横に並列する同じ構成の他の吐出口列群Ｎ２と、を有するものである。しかしながら、本発明は、一列の吐出口列Ｎ１とその横に並列する他の一列の吐出口列Ｎ２とする記録素子基板であっても同様の効果を奏することが可能である。
【００１９】
また、吐出口１０６と電気熱変換素子１０３は図６（ｂ）に示すように上下に対向する位置関係にあるので、本発明における吐出口列群は、そのまま電気熱変換素子列群と同義語として扱える。同様に、吐出口列は、そのまま電気熱変換素子列と同義語として扱えるものである。
【００２０】
（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を説明する図である。図１（ａ）は記録素子基板側から見た平面図、図１（ｂ）は記録素子列に垂直な平面で切った断面図、図１（ｃ）は側面図である。記録素子基板１の構造は、図６を用いて説明したものを用いているので、対応する部材には同じ番号を付けるとともに詳細は省略する。
【００２１】
支持板２１０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、例えば、厚さ４〜１０ｍｍのアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）材料で形成されている。支持板２１０には、記録素子基板１にインクを供給するためのインク流路２１１が形成されている。記録素子基板１のインク供給口１０２は支持板２１０のインク流路２１１に連通し、かつ、記録素子基板１は支持板２１０に対して固定されている。
【００２２】
インク供給部材１１２の開口部と支持板１１０は、インクの供給が可能なように連通して接着固定される。
【００２３】
液室１１３へのインクの供給は、チューブを含む不図示のインク供給系によってなされていてもよいし、記録ヘッドとインクタンクとを直接装着する形態のものであってもよい。
【００２４】
支持板２１０の２本のインク流路２１１に挟まれた領域である仕切り部２１０ａには、支持板２１０を貫通するように冷却液を流すための排熱手段としての流路２０１が設けられている。この流路２０１には、水などの冷却液が図２に示すような冷却液循環システムにより、冷却液が流されている。
【００２５】
したがって、吐出口１０６の列が２列並列した吐出口列群Ｎ１と、その横に並列する同じ構成の他の吐出口列群Ｎ２と、の間で発生した熱は、支持板２１０を介して近接した位置に配置された流路２０１を流れる冷却液に伝わり、速やかにヘッド外へ排熱される。ここで、吐出口１０６と電気熱変換素子１０３は図６（ｂ）に示すように上下に対向する位置関係にあるので、吐出口列群は、そのまま電気熱変換素子列群となる。このような構成により、多数枚の画像を高速で連続記録した場合であっても、記録素子基板１の両端部と中央部との各部位間の温度差を極めて小さくすることができる。
【００２６】
図２は、本実施形態の他、他の各実施形態に用いられる、インクジェット記録装置のインクおよび冷却液の供給システムを示す摸式図である。
【００２７】
インクジェット記録装置の供給システムは、図２に示すように、インク１５を収容したインクタンク８を備えており、インクタンク８内には、２本のチューブ２１６、２１７が配設されている。このうち一方のチューブ２１７は、記録ヘッド１４の一端部に接続されて、記録ヘッド１４の共通液室内に通じている。また、他方のチューブ２１６は、ポンプ９を介して記録ヘッド１４の他端部に接続されて記録ヘッド１４の共通液室へ通じている。
【００２８】
記録ヘッド１４は、記録時には記録ヘッド駆動回路（図示せず）によりインク液滴を吐出する。
【００２９】
もし、インク流路内に気泡が存在しても、ポンプ１１を駆動させてインクを循環させることによって、気泡はインクタンク８から排出することができる。
【００３０】
記録時など記録ヘッド１４からのインク吐出時には、インクタンク８からチューブ２１７、あるいはチューブ２１６を介して記録ヘッド１４に毛管力によってインクが供給される。
【００３１】
１０は冷却液のタンクであり、冷却液タンク１０内には、２本のチューブ２１８、２１９が配設されている。このうち一方のチューブ２１８は、記録ヘッド１４の一端部に接続されて、記録ヘッド１４の支持板２１０内の冷却液流路に通じている。また、他方のチューブ２１９は、ポンプ１１を介して記録ヘッド１４の他端部に接続されて記録ヘッド１４の支持板２１０内の冷却液流路へ通じている。記録ヘッド１４が昇温したときは、ポンプ１１が駆動され、冷却液タンク１０内の冷却液がチューブ２１８、支持板２１０内、チューブ２１９の順で循環し、記録ヘッド１４は冷却される。さらに、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等を検知するセンサーを設け、制御装置により冷却条件を設定することでヘッド温度を制御してもよい。
【００３２】
（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を説明する図である。図３（ａ）は記録素子基板側から見た平面図、図３（ｂ）は記録素子列に垂直な平面で切った断面図、図３（ｃ）は側面図である。記録素子基板１、インク供給部材２１２等、冷却液の流路の構成以外については、上述の第１の実施形態と同じである。
【００３３】
支持板３１０の２本のインク流路３１１に挟まれた領域である仕切り部３１０ａには、支持板３１０を貫通するように排熱手段としての冷却液の流路３０１が設けられ、水などの冷却液が不図示の冷却液循環機構により流されている。
【００３４】
本実施形態では、冷却液の流路３０１は、記録素子基板１の側に近づくように曲がることにより、中央部３０１ａが記録素子基板１の裏面（Ｓｉ基板１０１の裏面）に接近乃至当接する。
【００３５】
このように構成することで、記録素子基板１の二列の吐出口列群（電気熱変換素子列群）Ｎ１、Ｎ２の間の領域の熱は、支持板２１０を介さすよりも、冷却液流路２０１を流れる冷却液に伝わり、より速やかにヘッド外へ排熱される。そのため、多数枚の画像を高速で連続記録した場合、記録素子基板の両端部と中央部との温度差を、さらに小さくすることができる。
なお、排熱手段として、冷却液用の流路に代えてヒートパイプを用いてもよい。
【００３６】
（第３の実施形態）
図４は、冷却流路の代わりに他の排熱手段としてのヒートパイプを用いた実施形態を説明する図である。図４（ａ）は記録素子基板側から見た平面図、図４（ｂ）は記録素子列に垂直な平面で切った断面図、図４（ｃ）は側面図である。
【００３７】
なお、記録素子基板１、インク供給部材２１２等、冷却液の流路の構成以外については、上述の第１の実施形態と同じである。
【００３８】
支持板４１０の２本のインク流路４１１に挟まれた領域である仕切り部４１０ａには、支持板４１０を貫通するようにヒートパイプ４０１の一端が挿入されている。ヒートパイプ４０１の他端は、ヒートシンク４０２に接続されている。
【００３９】
ヒートシンクは、例えばアルミニウム合金、銅合金など熱伝導率の大きい金属材料によって製作され、図４に示すような断面形状を持つように表面積ができるだけ大きくなる形状で冷却効率を高めている。ヒートパイプとしては、市販ヒートパイプが使用できる。ヒートパイプ４０１と支持基板１の隙間、ヒートパイプ４０１とヒートシンク４０２の隙間を埋める材料は、熱伝導率が高く、安定なものであれば使用可能で、例えば、シリコン系の接着剤が使用できる。
【００４０】
本実施形態のインクジェット記録ヘッドによると、記録素子基板１の二列の吐出口列群（電気熱変換素子列群）Ｎ１、Ｎ２の間の領域の熱は、支持板４１０を介して近接した位置に配置されたヒートパイプ４０１に伝わる。ヒートパイプ４０１に伝わった熱は、ヒートパイプ４０１内を輸送され、ヒートシンク４０２から速やかに大気中へ放熱される。そのため、多数枚の画像を高速で連続記録した場合、記録素子基板の両端部と中央部との温度差を小さくすることができる。
【００４１】
また、ヒートシンク４０２をファンなどで発生させた空気流中に配置することで、さらなる効果が得られる。
【００４２】
（第４の実施形態）
本実施形態では、より高速に高精細な画像の記録を実現するために、吐出口を記録領域の全域にわたって配列したインクジェット記録ヘッドに本発明を適用した場合について説明する。
【００４３】
図５は、記録素子基板１を複数千鳥状に並べて、実質的に記録領域の全幅相当に吐出口を配置したインクジェット記録へッドに本発明を適用した構成を説明する図で、記録素子基板１の側から見た平面図を示す。記録素子基板１は、図１の実施形態で用いたものと全く同じである。
【００４４】
記録素子基板１は、支持板５１０上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、吐出口列群の長さが０．７インチの６つの記録素子基板１を千鳥状に配置し、４インチ幅の記録を可能にしている。
【００４５】
また、各記録素子基板１の吐出口列の端部は、千鳥状に隣接する他の記録素子基板１の吐出口列の端部と、記録方向に対して、重複する領域を設けて、画像領域に記録が行なわれない隙間が生じることを防止している。
【００４６】
支持板５１０の記録素子基板１ａ、１ｂ、１ｃの中央部に対応する部分を貫通するように冷却液の流路５０１が設けられ、また、支持板５１０の記録素子基板１ｄ、１ｅ、１ｆの中央部に対応する部分を貫通するように冷却液の流路５０２が設けられている。２つの流路５０１、５０２には、水などの冷却液が、例えば、図２を用いて説明したような冷却液循環システムにより流されている。
【００４７】
このような構成にすることで、複数の記録素子基板のそれぞれの２つの吐出口列群の間を通るように冷却液の流路を設けることで、冷却液循環の構成を簡略化することができる。さらに、これら複数の冷却液流路を一端で結合することにより一本にすることで、冷却液の循環系を簡易な構成とすることも可能である。
なお、排熱手段として、冷却液用の流路に代えてヒートパイプを用いてもよい。
【００４８】
（その他の実施形態）
上述の各実施形態のインクジェット記録へッドに対して、吐出口列群の外側にも、冷却液の流路やヒートパイプといった排熱手段を設けてもよく、さらに高い冷却効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【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を説明する図である。
【図２】本実施形態の他、他の各実施形態に用いられる、インクジェット記録装置のインクおよび冷却液の供給システムを示す摸式図である。
【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を説明する図である。
【図５】本発明の第４の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドを説明する図である。
【図６】従来例のインクジェット記録ヘッドを説明する図である。
【符号の説明】
【００５０】
１  記録素子基板
１０３  電気熱変換素子
１０６  吐出口
２０１  流路
２１０  支持板
４０１  ヒートパイプ
【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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