(57)【要約】【課題】長尺化、高密度化した記録ヘッドを用いて記録した場合でも温度ムラが抑制された記録信頼性が高い記録ヘッドを提供する。【解決手段】第１の支持基板と、第２の支持基板との間、または第１の支持基板の内部には、ヒートパイプや冷却路などの温度均一化部材が設けられている。これより、複数の第２の支持基板間で温度を均一化することができ、ひいてはそれぞれの支持基板に接合している記録素子基板間の温度を均一化することができる。しかも、温度均一化部材を記録素子基板に近付けて配置することができるため、温度の均一化を効率よく行うことが可能となる。【選択図】図７
2009149057.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクジェット記録ヘッドであって、
インクを吐出するための熱エネルギー発生素子を備える複数の記録素子基板と、
第１の支持基板と、
前記第１の支持基板により支持されており、前記記録素子基板をそれぞれに支持する複数の第２の支持基板と、
前記第１の支持基板と前記第２の支持基板との間に、または、前記第１の支持基板内に配される温度均一化部材と、
を具え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】
前記温度均一化部材は、ヒートパイプであ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】
前記第１の支持基板内に冷却機能を有する部材をさらに具える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】
前記冷却機能を有する部材は、冷却液を流すための冷却路であることを特徴とする請求項３に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項５】
前記第２の支持基板の熱伝導率は、前記第１の支持基板の熱伝導率より大きいことを特徴とする請求項１乃至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】
前記第２の支持基板は、セラミック材よりな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。
【請求項７】
前記第１の支持基板はグリーンシートを積層し、積層されたグリーンシートを焼成することにより形成されていることを特徴とする請求項１乃至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】
前記第２の支持基板は成型法により形成されていることを特徴とする請求項１乃至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】
前記複数の記録素子基板は、千鳥状に配列されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッドを搭載し、該記録ヘッドからインクを吐出して記録を行うことを特徴とするインクジェット記録装置。
【請求項１１】
請求項４に記載のインクジェット記録ヘッドを搭載し、前記第１の支持基板内に設けられた冷却路に液体を流す手段を具えることを特徴とするインクジェット記録装置。
【請求項１２】
前記液体を流す手段を制御して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をさらに具えることを特徴とする請求項１１に記載のインクジェット記録装置。
【請求項１３】
前記冷却に流される前記液体として、インクが用いられることを特徴とする請求項１１または１２に記載の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、インクを吐出する記録ヘッドおよびインクジェット記録装置に関し、詳しくは、記録ヘッドの冷却もしくは温度調整のための構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、インクを吐出する方式の記録ヘッドを用いたインクジェット記録装置は、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、コンピュータ機器などの情報出力に幅広く利用され、また商品化されている。
【０００３】
近年では、より高速で高精細な画像の記録を実現するため、より記録幅（吐出口の配列長さ）の長い記録ヘッドの実現が望まれている。具体的には、記録ヘッドの長さが４インチ〜１３インチなどの長さのものも求められている。
【０００４】
このように記録ヘッドが長尺化、高密度化すると、記録ヘッドへの投入エネルギーが増大し、記録中の、記録ヘッドの温度上昇が著しくなる。その結果、例えば、ページ毎の吐出量変動が大きくなったり、連続記録する際の記録特性が低下したりする等の問題が発生することがある。
【０００５】
従来、このような記録ヘッドの温度変化に対処する構成として、特許文献１、特許文献２、特許文献３に記載された、記録ヘッドにヒートパイプや放熱部材を設け、記録ヘッドを冷却し、またはその温度を均一化するものが提案されている。
【０００６】
【特許文献１】特開平８−２７６５７５号公報
【特許文献２】特許第２６５６８３４号公報
【特許文献３】特許第２７４４４７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１などに記載されている記録ヘッドを冷却しあるいはヘッド温度を均一化する構成は、その効率の点で不十分な場合がある。すなわち、従来の構成では、完成した記録ヘッドにヒートパイプや放熱部材を後付けないし外付けするものであるため、記録ヘッドの熱源である記録素子基板とヒートパイプ等との距離をあまり近付けられないという問題がある。また、ヒートパイプ等を後付けしていることから、ヒートパイプ等と記録ヘッドの接触面積が限られてしまうという問題もある。
【０００８】
以上のように、従来の冷却ないし温度均一化の構成は、記録ヘッドを冷却し、あるいはヘッド温度を均一化する際の効率が低くその機能が十分でない場合がある。従来の構成であっても記録条件によっては冷却、温度均一化の効果が十分な場合もある。しかし、特に、より長尺化、高密度化した記録ヘッドで、連続記録性を向上させようとした場合は、記録ヘッドの温度ムラや昇温による記録不具合（濃度ムラ、気泡による不吐出）を抑えることが出来なくなるおそれがある。
【０００９】
本発明の目的は、例えば長尺化、高密度化した記録ヘッドを用いて記録した場合でも温度ムラが抑制された記録信頼性が高い記録ヘッドおよびインクジェット記録装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
そのために本発明では、インクジェット記録ヘッドであって、インクを吐出するための熱エネルギー発生素子を備える複数の記録素子基板と、第１の支持基板と、前記第１の支持基板により支持されており、前記記録素子基板をそれぞれに支持する複数の第２の支持基板と、前記第１の支持基板と前記第２の支持基板との間に、または、前記第１の支持基板内に配される温度均一化部材と、を具えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
以上の構成によれば、第１の支持基板と第２の支持基板との間に、または第１支持基板の内部にヒートパイプ等の温度均一化部材を設けることにより、複数の第２の支持基板間に温度ムラを小さくすることができる。その結果、第２の支持基板に配設された記録素子基板間の温度ムラを低減することが可能となる。そして、温度均一化部材を第１の支持基板と第２の支持基板との間に挟み込むように配設し、または第１支持基板内部に配設することから、この温度均一化部材をできるだけ発熱源である記録素子基板に近付けることが可能となる。その結果、上記温度ムラの低減を効率的に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。  
図１〜図６は、本発明が実施されるインクジェット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。
【００１３】
図１に示す記録ヘッドＨ１０００は、熱エネルギー発生素子として電気熱変換素子を備え、この電気熱変換素子が電気信号に応じて熱エネルギーをインクに作用させて膜沸騰による気泡を生じさせることにより吐出口からインクを吐出する。この記録ヘッド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とを有して構成される。そして、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、支持基板Ｈ１２００、電気配線基板Ｈ１３００、プレートＨ１４００、フィルタ部材Ｈ１６００を有して構成されている。記録素子基板Ｈ１１００は複数（図に示す例では４個）が設けられ、それぞれの記録素子基板には、以下で説明するように、複数の吐出口が配列されている。そして、４個の記録素子基板Ｈ１１００のうちそれぞれの二組が相互に一部が重なるように（千鳥状に）配列されることにより、記録ヘッド全体として所定の長さの吐出口の配列を構成している。
【００１４】
図４（ａ）は、記録素子基板Ｈ１１００の詳細な構成を説明する図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）に示すIVＢ−IVＢ線の断面図である。記録素子基板Ｈ１１００は、例えば、厚さ０．５〜１ｍｍの薄膜のＳｉ基板Ｈ１１０８を備える。この基板Ｈ1１０８には、インク供給路としての長溝状の貫通口であるインク供給口Ｈ１１０１が形成されている。このインク供給口Ｈ１１０１は、Ｓｉ基板Ｈ１１０８の結晶方位を利用した、異方性エッチングによって形成されるものである。また、Ｓｉ基板Ｈ1１０８の上面には、インク供給口Ｈ１１０１の開口の両側に複数の電気熱変換素子Ｈ１１０２がそれぞれ千鳥状に配列され、さらに、これらの電気熱変換素子Ｈ１１０２に電力を供給するための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、Ｓｉ基板Ｈ1１０８の上面には、電気配線と接続した、外部からの電力を供給するための電極Ｈ１１０３が設けられる。
【００１５】
Ｓｉ基板Ｈ１１０８上には、流路形成部材Ｈ１１１０が重なるように設けられ、この部材には複数の電気熱変換素子Ｈ１１０２それぞれに対応したインク流路Ｈ１１０４、吐出口Ｈ１１０５、および発泡室Ｈ１１０７が形成されている。ここで、吐出口Ｈ１１０５は対応する電気熱変換素子Ｈ１１０２に対向するように形成されている。これにより、電気熱変換素子Ｈ１１０２が発生する熱エネルギーがインク供給口Ｈ１１０１を介して供給されたインクに気泡を生じさせ、対応する吐出口からインクを吐出することができる。
【００１６】
図３を参照すると、支持基板Ｈ１２００は、例えば、厚さ０．５ｍｍ〜１０ｍｍのアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）材料で形成されている。なお、支持基板の素材は、アルミナに限られることなく、例えば、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ることができる。このような支持基板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）のうちいずれかとすることができる。支持基板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。そして、このインク供給口は、Ｓｉ基板Ｈ１１０８のインク供給口Ｈ１１０１（第２インク供給口）と整列することにより、これら供給口を介したインク供給が可能となる。すなわち、記録素子基板Ｈ１１００は支持基板Ｈ１２００に対して位置精度良く接着固定される。また、支持基板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。支持基板Ｈ１２００には、本発明の各実施形態に関して後述されるように、その内部に冷却機能を有する部材として冷却用液体の流路が形成されている。
【００１７】
以上の構成を有した記録素子基板Ｈ１１００は、図１に示すように支持基板Ｈ１２００上に千鳥状に配置され、同一色による記録幅（上述の所定長さの吐出口配列長さ）が広い記録を可能としている。例えば、吐出口列の長さが、重なり部分を考慮して１インチ以上である４つの記録素子基板Ｈ１１００ａ、Ｈ１１００ｂ、Ｈ１１００ｃ、Ｈ１１００ｄを、一部が重なる千鳥状配置とすることにより、４インチ幅の記録が可能となる。
【００１８】
また、それぞれの記録素子基板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）を有し、これにより、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、吐出口群Ｈ１１０６ａと吐出口群Ｈ１１０６ｂに重複領域Ｈ１１０９ａ、Ｈ１１０９ｂを設けている。
【００１９】
図３に示すように、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伝えるものであり、記録素子基板Ｈ１１００を組み込むための開口部を有している。電気配線基板Ｈ１３００の裏面にはプレート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、この基板の配線端部に配置された、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、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とが金ワイヤー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】
図３に示すように、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他の材料で作られてもよい。そして、プレートＨ１４００は、支持基板Ｈ１２００に接着固定された記録素子基板Ｈ１１００を取り込む開口部Ｈ１４０２を有し、支持基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（図１）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（図１）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、図３に示すように、支持基板Ｈ１２００おけるインク供給口Ｈ１２０１の裏面側の部分には、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。さらに、図２に示すように、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を備えている。そして、Ｚ方向基準面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方向基準となっている。
【００２３】
図２に示すように、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。結合は以下のように行われる。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方向基準Ｈ１５０２に記録素子ユニットＨ１００１のＺ方向基準Ｈ１５０２を当接させて、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。また、記録素子ユニットＨ１００１の外部信号入力端子Ｈ１３０１の部分は、例えば、折り曲げられてインク供給部材Ｈ１５０１の裏面に、位置決め固定される（図１）。
【００２４】
本発明の実施形態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色分の記録ヘッドを備えている。ここで、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。また、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。また、Ｈ１８０２は、各インクタンクから対応する記録ヘッドへインクを供給するためのインク供給チューブである。これらの記録ヘッドＨ１０００を、記録装置本体Ｍ４０００に載置されているヘッド搭載部Ｍ４００１の位置決め機構及び電気的接点Ｍ４００２によって固定支持する。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、記録媒体に対して記録を行うものである。
【００２５】
なお、図５に示す記録装置は、記録ヘッドが記録媒体幅分の吐出口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Ｋ１０００が矢印の方向に走査することで記録を行う方式である。これに対して、図６の記録装置は、記録ヘッドをヘッド搭載部Ｍ４００１に搭載して主走査方向（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。本発明は、このシリアル方式の記録装置において用いられる記録ヘッドにも適用できることは、以下の説明からも明らかである。
【００２６】
（実施形態１）
本発明の一実施形態は、記録素子基板を支持する支持基板を２段構造とするものである。このように支持基板を第１の支持基板と第２の支持基板の２段構成とすることにより、記録素子基板と接合される第２の支持基板を小型化することが可能なる。これにより、この第２の支持基板を成型法により安価にかつ高精度に製作できる。また、第１の支持基板はインク供給口等の位置精度がそれ程必要でなくなる。その結果、この基板を、例えば、グリーンシートを必要な形状に打ち抜き、積層、焼成することによって構成するグリーンシート積層法を採用でき、大判サイズでも安価に支持基板を製作できる。さらに、本実施形態では、第１の支持基板は、第２の支持基板程熱伝導率が高くない材料を用いることができ、例えば、アルミナよりも熱伝導率が低い材料を用いることができる。本実施形態によれば、成形時の寸法安定性は優れるものの放熱性が十分でないために単独では使用できなかった材料であっても使用できることになり、コストダウンを実現しつつ、大判サイズの記録ヘッドでも成形時の寸法精度の低下を防ぐことができる。
【００２７】
本発明の一実施形態は、さらに、上記支持基板の２段構造において、第１の支持基板と第２の支持基板との間にヒートパイプを設ける。すなわち、支持基板を２段構造とした記録ヘッドは、１つの第１の支持基板の上に、複数の小型化した第２の支持基板を重ねて配設したものとなる。この場合、記録素子基板からの熱を受けたある１つの第２の支持基板の熱は、隣接する第２の支持基板に伝達することが困難となる。その結果、第２の支持基板間に温度ムラが生じ、第２の支持基板に搭載している記録素子基板毎の昇温状態に差が発生し、これによって吐出量バラツキによる記録品位が劣化するなどの問題を生じることがある。このような問題を防ぐため、第１の支持基板と、記録素子基板を配した第２の支持基板の面の裏側との間にヒートパイプを設けることにより、複数の第２の支持基板間に温度ムラが生じないようにすることができる。その結果、第２の支持基板に配設された記録素子基板間の温度ムラを低減することが可能となる。そして、ヒートパイプを第１の支持基板と第２の支持基板との間に挟み込むように配設することから、このヒートパイプをできるだけ発熱源である記録素子基板に近付けることが可能となり、上記温度ムラの低減を効率的に行うことができる。
【００２８】
さらに、本発明の一実施形態では、第１の支持基板の内部に冷却用の液路（冷却路）を設ける。これにより、冷却路中の冷却液は、記録素子基板で発生した熱を第２の支持基板を介して効率的に受け取り排出することができる。その結果、記録素子基板の昇温を適切に抑制することが可能となる。
【００２９】
図７（ａ）は、本発明の第一の実施形態に係る記録ヘッドを、記録素子基板側から見た正面図である。なお、図示の簡略化のため電気配線基板を除いて示している。図７（ｂ）は、図７（ａ）におけるVIIＢ−VIIＢ線の断面面、図７（ｃ）は、図７（ａ）におけるVIIＣ−VIIＣ線の横断面を模式的に示す図である。
【００３０】
これら図に示すように、支持基板Ｈ１２００は、第１の支持基板Ｈ１２０２と、第２の支持基板Ｈ１２０３ａ、Ｈ１２０３ｂ、Ｈ１２０３ｃ、Ｈ１２０３ｄと、を接着剤で貼り合せて構成したものである。ここで、第１の支持基板Ｈ１２０２は、アルミナのグリーンシートを積層、焼成して作成され、第２の支持基板Ｈ１２０３ａ、Ｈ１２０３ｂ、Ｈ１２０３ｃ、Ｈ１２０３ｄは、アルミナを成型して高精度に作成されている。すなわち、１つの第１の支持基板と、４つの第２の支持基板との２段構造としている。４つの第２の支持基板には、それぞれ記録素子基板Ｈ１１００ａ、Ｈ１１００ｂ、Ｈ１１００ｃ、Ｈ１１００ｄが搭載されている。４つの記録素子基板は、それぞれ２組の吐出口列が一部重複するように配列した、いわゆる千鳥状配列をなしている。本実施形態の記録ヘッドは、搬送される記録媒体の幅に対応した範囲に吐出口を配列したいわゆるフルラインタイプの記録ヘッドであり、記録ヘッドの共通液室Ｈ１５０１内のインクはインク循環機構（不図示）によって循環される。
【００３１】
図７（ｂ）および（ｃ）の断面図に示すように、第１の支持基板Ｈ１２０２の内部に冷却水の３つの水路Ｈ２００４が、図８にて後述する製法によって形成される。これらの水路は、記録ヘッド外に設けられた冷却水を循環するための循環機構（不図示）に連結されている。このように支持基板内に冷却液の液路（冷却路）が設けられることにより、冷却路を発熱源である記録素子基板に近付けて配置することができ、記録素子基板で発生する熱の排出を効率的に行うことができる。
【００３２】
また、第１の支持基板Ｈ１２０２と、第２の支持基板Ｈ１２０３ａ、Ｈ１２０３ｂ、Ｈ１２０３ｃ、Ｈ１２０３ｄとの間には、３本のヒートパイプＨ２０００が、熱伝導率の高い接着剤（図示せず）を介して挟み込まれている。なお、ヒートパイプＨ２０００は、図においてそれぞれ矩形の断面（図７（ｃ））として表されているが、実際は扁平な断面を有したものである。また、ヒートパイプＨ２０００は、第２の支持基板Ｈ１２０３ａ〜ｄおよび第１の支持基板Ｈ１２０２のいずれか一方または両方に形成した凹部に入り込んで挟み込まれている。ここで、第２の支持基板側に凹部を設ける場合は、ヒートパイプを熱源である記録素子基板に近付けることで、より均熱化を促進することができる。一方、第１の支持基板側に凹部を設ける場合は、図８にて後述するグリーンシート積層方式を利用して第１の支持基板を形成することにより、低コストで凹部を形成することができる。
【００３３】
これらの３つのヒートパイプＨ２０００のうち、両側の２つのヒートパイプは２つの第２の支持基板と（接着剤を介して）接し、また、中央の１つのヒートパイプは４つの第２の支持基板と（接着剤を介して）接する。すなわち、個別の記録素子基板に対応してそれぞれ設けられる第２の支持基板に対し、これらと接するヒートパイプ（温度均一化部材）が設けられることになる。これより、複数の第２の支持基板間で温度を均一化することができ、ひいてはそれぞれの支持基板に接合している記録素子基板間の温度を均一化することができる。しかも、ヒートパイプが第１の支持基板と第２の支持基板との間に設けられることにより、ヒートパイプを記録素子基板に近付けて配置することができ、ヒートパイプによる温度の均一化を効率よく行うことが可能となる。
【００３４】
図８は、上述した第１の支持基板Ｈ１２０２をグリーンシート積層方式によって製造する手順を模式的に示す図である。同図に示すように、この手順は、（１）先ず、支持基板を構成するグリーンシートは本実施形態では３枚構成で、それぞれ専用の打ち抜き型で打ち抜かれる。（２）次に、密着液を塗って積層加圧し支持基板の形に組み上げる。（３）次に外形を打ち抜き最終的な外形形状を決定し、（４）加熱炉に投入し焼成する。（５）最後に、支持基板の表面及び裏面を研削加工により面精度を出す。
【００３５】
以上のような工程で第１の支持基板を作成する場合、焼成前に供給口を形成し、焼成による硬化収縮、反り等の変形を生じうるため、供給口の位置精度に関しては十分とは言えない。しかし、コストに関しては、焼成後に溝や供給口を追加工した物に比べ安価に作成することができる。一方、第２の支持基板は第１の支持基板よりも複雑なインク流路が形成される場合が多く、また、記録素子基板のインク供給口Ｈ１１０１と位置精度良く接着固定する必要があるため、高精度に作成必要がある。このような第二の支持基板４個分を一体成型方式で製作するには寸法精度的に困難であるが、本実施形態のように、記録素子基板に対応して個別のものとした小さいサイズのものであれば成型方式で製作することが可能であり、また、安価に作ることが出来る。
【００３６】
以上の第１および第２の支持基板は、例えば、厚さ３ｍｍ〜１０ｍｍのアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）材料で形成する。なお、支持基板の素材は、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。
【００３７】
第１の支持基板の素材としては、例えば、シリコン（Ｓｉ）、カーボングラファイト、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）を挙げることができる。また、第２の支持基板の素材としては、第１の支持基板の素材以外に、住友大阪セメントのジーマや、フィラーの充填率を上げ熱伝導率を向上した樹脂材料（例：東レのＰＰＳ）を用いることができる。支持基板同士の接着剤は、例えば、粘度が低く、接触面に形成される接着層が薄く、かつ、硬化後、比較的高い硬度を有し、かつ、耐インク性のあるものが望ましい。例えば、エポキシ樹脂を主成分とした熱硬化接着剤、もしくは紫外線硬化併用型の熱硬化接着剤であり、接着層の厚みは５０μｍ以下が望ましい。特に、記録素子基板Ｈ１１００の記録による熱を、支持基板Ｈ１２００側へ逃がす事を考えると１０μｍ以下が望ましい。
【００３８】
以上のとおり、第２の支持基板は複数に分割されているため、記録素子基板の記録による昇温を隣に伝えにくい構造と成っており、第２の支持基板間を均熱化する構成が必要となる。本実施形態では、第１の支持基板と第２の支持基板の間にはヒートパイプが熱伝導率の高い接着剤を介して挟み込まれ、記録素子基板間の記録による昇温を均熱化することができる。このヒートパイプの挿入は、第１の支持基板と第２の支持基板を接着する際に入れる場合と、プロセスの各種熱処理工程後に実装する場合がある。アルミナとヒートパイプの線膨張率の関係から、できるだけ熱処理工程が終わった後に設置する方が好ましい。
【００３９】
（実施形態２）
本発明の第二の実施形態は、第１の支持基板を２層構造にしたものであり、その他の点では上述した第一の実施形態と同じである。
【００４０】
図９（ａ）〜（ｃ）は、第二の実施形態に係る第１、第２の支持基板を主に説明する図であり、上述した図７（ａ）〜（ｃ）と同様の図である。図９（ｂ）および（ｃ）に示すように、第１の支持基板は２層の支持基板Ｈ１２０２Ａ、Ｈ１２０２Ｂを相互に接合したものである。具体的には、第１の支持基板（Ｈ１２０２）は、住友大阪セメントのジーマ材を使用して２枚のジーマ材による基板Ｈ１２０２Ａ、Ｈ１２０２Ｂを形成し、これらを貼りあわせて第１の支持基板を作成したものである。
【００４１】
この実施形態によれば、上述した第一の実施形態に比べ第１の支持基板の熱伝導率が多少落ちるものの、材料の成形による寸法精度を高くすることができる。これにより、支持基板内に形成されたインク流路を高精度で作成することができ、組立て性が向上すると共に大幅なコストダウンが可能となる。
【００４２】
（実施形態３）
本発明の第三の実施形態に係る記録ヘッドは、第２の支持基板が、炭化珪素材を材料としこれを成型して形成されたものである点が、上述の第一の実施形態と異なり、その他の点は同様のものである。炭化珪素材は熱伝導率が２００Ｗ／ｍ・Ｋで、アルミナの約３０Ｗ／ｍ・Ｋに比べて高い。これにより、記録素子基板が昇温した場合でも、第２の支持基板を介して放熱される量を比較的多くすることができ、第１の支持基板内に設けられた冷却路による冷却効果と相俟って、さらにヘッドの昇温を抑えることが可能となる。
以上の各実施形態で用いたヒートパイプについて、さらに説明すると以下のとおりである。
【００４３】
ヒートパイプは、市販ヒートパイプを使用することができる。形状は、支持基板との接触面積が確保されれば特に拘らないが、溝の加工性やヘッド構造の観点からパイプを潰した扁平形状のものが好ましい。また、ヒートパイプと支持基板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シリコン系の接着剤やグリスを使用することができる。
【００４４】
なお、上記の各実施形態では、複数の第２の支持基板に共通に接してそれら基板の温度を均一化する部材としてヒートパイプを用いるものとした。しかし、本発明の適用はこの部材に限られず、その良好な熱伝導性によって熱の移動を速やかに行う部材であれば、どのような部材であってもよいことはもちろんである。
【００４５】
また、上述した支持基板の材質は剛性、耐インク性があり熱伝導の良い材質が好ましく、主にセラミック材が使われる。セラミックの中で特にアルミナは比較的安価で剛性があり、ヘッドの反りやうねりが問題となりやすい長尺の記録ヘッドに適している。特に、グリーンシートを積層、焼成したアルミナ基板は本発明に係る記録ヘッドのような複雑な構造物に対しても安価に製作できるため好ましい。支持基板に対するヒートパイプや冷却路の配置は、発熱体である記録素子基板にヒートパイプと冷却路を極力近付けることが好ましい。これにより、複数の記録素子基板の内、記録に使用した記録素子基板の昇温により部分的に上昇した支持基板の温度分布を熱交換効率良くヒートパイプにより均熱化し、冷却液により冷却が行えるようにすることができる。従って、第一と第２の支持基板の間にヒートパイプを挟み込むように近接配置し、第２の支持基板間の熱的な不均衡を是正すると共に、第１の支持基板側に熱を逃がし、冷却配管中に冷却水を流す構造としている。このような構成とすることにより、記録ヘッド内の温度分布が低減し、昇温も抑えることが可能となる。その結果、高密度で高速に記録しても、部分的な濃度ムラやインク不吐出を防止でき高品質の画像を高速に記録することが可能となる。
【００４６】
なお、ヒートパイプのみ設置した場合は、均熱化のみの効果しか期待できないが、記録条件によっては冷却が必要ない場合もあるため、高精細記録に対して効果が期待できる。但し、高速に連続で記録をする場合には冷却構成も併せ持つことが好ましく、ヒートパイプの片側を支持基板から延在させ、ヒートシンクなどの冷却部材と連結して冷却することも可能である。この場合には、ヘッドの均熱化、冷却の効果を併せ持つことができる。
【００４７】
なお、冷却液すなわち冷却媒体としては、水、インク、エアー、窒素ガスなどが使用でき、特に温調した媒体を循環して使用する場合には、温度管理や制御が容易になる。また、冷却路を複数に分けた場合、冷却液の流れる方向や使用する本数などにより記録ヘッドの温度を細かく制御することができる。
【００４８】
図１０は、本発明の一実施形態に係る記録ヘッドと、ヒートパイプおよび冷却路がない従来の記録ヘッドの比較を、それぞれ５０枚記録時点での記録ヘッド温度（上昇分）によって説明する図である。ここで、使用した記録素子基板は４チップのうち、基板Ｈ１１００ａ、Ｈ１１００ｂのみで、基板Ｈ１１００ｃ、Ｈ１１００ｄは使用していない。図１０に示すように、従来の記録ヘッドの場合、約５０枚の記録で記録素子基板Ｈ１１００ａ、Ｈ１１００ｂが高温に達し、さらに温度は上昇し続け不吐出が発生した。これに対し、本発明の実施形態１では記録ヘッドの昇温は使用した記録素子基板Ｈ１１００ａ、Ｈ１１００ｂと使用していない記録素子基板Ｈ１１００ｃ、Ｈ１１００ｄとほぼ同等の温度となり、温度の均一化がなされている。そして、この均一化によって、昇温は約５０枚で飽和し、昇温量も従来の記録ヘッドの約半分に抑えられる。また、さらに記録を継続しても不吐出が発生することはなかった。次に、実施形態２の記録ヘッドでは、飽和温度が実施形態１の場合よりも多少高かいが、記録ヘッドの長さ方向での温度差も問題ない程度に抑えることができた。なお、昇温量（△Ｔ）はヒートパイプの熱輸送量や冷却路の形状、冷却液の流量、温度によって、変化するが、使用する記録ヘッドの仕様に応じて最適な条件に設定することはもちろんである。
【００４９】
（実施形態４）
本発明の第４の実施形態は、上述した第１〜第３実施形態がヒートパイプを第１支持基板と第２支持基板の間に配設したのに対し、ヒートパイプを第１支持基板内部に設ける形態に関するものである。図１１は、第４実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの断面図であり、図１１（ａ）は縦断面、図１１（ｂ）は図１１（ａ）のＸＩＢ−ＸＩＢ線断面図である。支持基板Ｈ１２００は、第１支持基板Ｈ１２０２と、第２支持基板Ｈ１２０３（Ｈ１２０３ａ、Ｈ１２０３ｂ、Ｈ１２０３ｃ、Ｈ１２０３ｄ）と、を接着剤で貼り合わせた２段構造となっている。第１支持基板Ｈ１２０２は、図１２にて後述されるようにアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）製のグリーンシートを積層、焼成して作られ、第２支持基板Ｈ１２０３はアルミナを成型することにより高精度に作られる。支持基板Ｈ１２００には記録素子基板Ｈ１１００ａ、Ｈ１１００ｂ、Ｈ１１００ｃ、Ｈ１１００ｄの４枚が、互いに端部が記録方向に対して重なるように、千鳥配列に搭載されている。
【００５０】
第１支持基板Ｈ１２０２にはヒートパイプＨ２０００を設置するための空間Ｈ２００１が形成されている。ヒートパイプ設置用の溝の断面は幅４．２ｍｍ、深さ２．２ｍｍであり、断面形状が幅４ｍｍ、厚さ２ｍｍの扁平のヒートパイプＨ２０００は、これと空間Ｈ１２０１との隙間をシリコン接着剤で埋めることによって支持基板Ｈ１２０２に固定される。また、第２支持基板Ｈ１２０３には、インク供給口Ｈ１２０１が形成されている。
【００５１】
図１２は、第１支持基板Ｈ１２０２を、グリーンシート積層方式により製造する工程を模式的に示した図である。  
（１）第１支持基板Ｈ１２０２を構成する複数のグリーンシートを、それぞれ専用の打ち抜き型で所定の形状（インク供給口Ｈ１２０１と連通する供給部の開口等）に打ち抜く。（金型打ち抜き工程）
（２）次に、密着液を塗って複数のグリーンシートを積層して加圧し、ヒートパイプＨ２０００の挿入スペースを配した第１支持基板Ｈ１２０２の形に組み上げる。（シート積層工程）
（３）次に、組み上がった積層品の外形を打ち抜き、最終的な外形形状を決定する。（積層品切断工程）
（４）次に、外形形状が決定された積層品を加熱炉に投入し焼成する。（焼成工程）
（５）次に、焼成後の積層品の表面及び裏面を研削加工により、所定の面精度を出す。
【００５２】
（研削工程）
このような各工程を経て製造された第１支持基板Ｈ１２０２は、焼成前に供給部開口等を形成した後に焼成工程を経ているため、インク供給口Ｈ１２０１との位置精度に関しては必ずしも十分とは言えない。しかしながら、上述の製造方法は、焼成後にヒートパイプＨ２０００収納用の空間Ｈ１２０１や供給部開口を追加加工した場合に比べ、非常に安価に製造できる。このように、支持基板を、グリーンシート積層法を使用した第１支持基板と、成型方式で高精度に作った第２支持基板と、の構成とすることができるので、より安価なヘッドを提供することができる。
【００５３】
また、インク供給口Ｈ１２０１の位置精度に関しては、第２支持基板Ｈ１２０３を、成型プロセスにより高精度に製作して、第１支持基板Ｈ１２０２に位置精度良く接着固定する。これにより、記録素子基板Ｈ１１００のインク供給口Ｈ１１０１との位置精度は、実質的に問題の無いインクジェット記録ヘッドを作成することができる。
【００５４】
本実施形態によれば、支持基板Ｈ１２００内にヒートパイプＨ２０００を設けることにより、インクジェット記録ヘッドの温度、特に、各記録素子基板Ｈ１１００間での温度の均一化を図ることができる。
【００５５】
（実施形態５）
本発明の第５の実施形態は、上記第４実施形態と同様、第１支持基板内にヒートパイプを設ける形態であり、第４実施形態と異なる点は、同じく第１支持基板内に冷却用の流路（冷却路）を設けることである。図１３は、第５実施形態のインクジェット記録へッドの横断面の模式図である。図１３（ａ）は縦断面、図１３（ｂ）は図１３（ａ）のＸIIIＢ−ＸIIIＢ線断面図である。これら図に示すように、第１支持基板Ｈ１２０２中にヒートパイプＨ２０００と冷却媒体の流路Ｈ２００２とが形成されている。
【００５６】
図１４は、第１支持基板Ｈ１２０２のみの横断面を示す模式図である。第１支持基板Ｈ１２０２は、５枚のアルミナ製のグリーンシートを使ったグリーンシート積層法により作成されている。第１支持基板Ｈ１２０２には、穴が３本独立に形成されおり、ヒートパイプＨ２０００を設置するための空間Ｈ２００１を形成している。上記穴に平行にさらに穴が３本独立に形成されており、この穴によって流路Ｈ２００２を形成して冷却媒体を流すことができる。ヒートパイプ設置用の空間形状及び使用するヒートパイプ形状は、上述した第４の実施形態と同様である。また、ヒートパイプＨ２０００は、これと穴の壁との隙間をシリコン接着剤で埋めることで、第１支持基板Ｈ１２０２へ固定される。流路Ｈ２００２の断面は、本実施形態では、幅３ｍｍ、深さ２ｍｍとした。冷却液の流量は２０ｍｌ／ｍｉｎ〜１００ｍｌ／ｍｉｎ程度流した。もちろん記録実行の条件や記録ヘッド仕様により条件に適した流量であればよい。
【００５７】
第４、第５実施形態のヒートパイプＨ２０００は、第１実施形態などと同様、市販ヒートパイプを使用することができる。形状としては、第１支持基板Ｈ１２０２との接触面積を大きくするという観点から、パイプの断面を扁平形状にしたタイプを使用することが好ましい。また、ヒートパイプＨ２０００と第１支持基板Ｈ１２０２の穴壁と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あって、シリコン系の接着剤やグリスが使用できる。
【００５８】
第４、第５実施形態の第１支持基板Ｈ１２０２の材質は、第１実施形態などと同様、剛性、耐インク性があり、熱伝導の良い材質が好ましく、主にセラミック材が使われる。セラミック材の中で、特にアルミナは比較的安価で剛性があり、記録ヘッドの反りやうねりが問題となりやすい長尺の記録ヘッドに用いる材料としては最適である。特に、グリーンシートを積層、焼成したアルミナ基板は、本実施形態のような複雑な構造物に対しても安価に製作できるため、好ましい。また、比較例（焼成後、研削加工により溝、供給口を形成し、３枚の板を接着剤で貼り合せた構造物）と較べても、本実施形態の記録へッドは、断熱層となる接着剤を使用しなくて済むため、ヘッドの冷却、均熱化が促進され、好ましいものである。
【００５９】
第１支持基板Ｈ１２０２内のヒートパイプＨ２０００や冷却路Ｈ２００２の配置は、発熱源となる記録素子基板Ｈ１１００にヒートパイプＨ２０００と冷却路Ｈ２００２と極力近付けることが望ましい。また、複数の記録素子基板の中で、記録に使用した記録素子基板Ｈ１１００の昇温により部分的に上昇した支持基板Ｈ１２００の温度分布を、熱交換効率良くヒートパイプＨ２０００により均熱化し、冷却液により冷却が行えるようにすることが必要である。よって、支持基板Ｈ１２００内の記録素子基板Ｈ１１００側に可能な限りヒートパイプＨ２０００を近付けて配し、仕切り層を挟んで冷却路Ｈ２００２を配した本実施形態の記録へッドは、第１の実施形態の記録へッドに較べて、より冷却効率は優れている。
【００６０】
このような構成とすることにより、ヘッド内の温度差の分布が低減し、昇温も抑えることが可能となる。よって、高密度で高速記録を実行しても、部分的な濃度ムラや不吐出を防止でき、高品質の画像を高速記録することが可能となる。
【００６１】
なお、ヒートパイプＨ２０００のみ設置した場合は、均熱化のみの効果しか期待できないが、記録実行条件によっては冷却が必要のない場合もある。但し、高速に連続記録を実行する場合には冷却手法も併せ持つ必要がある。このように、ヒートパイプＨ２０００と冷却用の流路Ｈ２００２との両構成を備えることで、より効率のよい冷却効果を得ることができる。
【００６２】
なお、冷却媒体としては、水、インク、エアー、窒素ガスなどが使用でき、特に温調した媒体を循環して使用する場合には、温度管理や制御がやりやすくなる。また、冷却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。
【００６３】
第４の実施形態及び第５の実施形態のインクジェット記録へッドを用いて、４つの記録素子基板のうち、２つのみを駆動して高速連続記録を実行した。その結果、記録に使用した記録素子基板と使用しなかった記録素子基板との基板温度は、ほぼ同等に均熱化されており、従来の記録へッドのような記録素子基板間での温度の不均衡は生じなかった。
【００６４】
（実施形態６）
第４、第５実施形態の第２支持基板Ｈ１２０３を、第３実施形態と同様、炭化珪素材により成型にて形成することができる。
【００６５】
炭化珪素材は、熱伝導率が２００Ｗ／ｍ・Ｋで、アルミナの約３０Ｗ／ｍ・Ｋに比べて高い。そのため、記録素子基板が昇温した場合でも、その熱を第２支持基板Ｈ１２０３を介して放熱することができるため、更に記録ヘッドの昇温を抑えることが可能となる。
【００６６】
図１５は、上述した第１、第５実施形態に係る冷却液の循環構成を示す図である。同図に示すように、冷却媒体はポンプＨ３１０１によって記録ヘッドＨ１０００の冷却媒体入口へと送られ、上述した記録ヘッド内の冷却路を通って再び恒温槽Ｈ３０００へと戻る。記録装置の制御装置Ｈ３１００は、冷却媒体の流量は流量計Ｈ３１０２を介してモニタし、また、記録ヘッドの入口温度、出口温度、記録ヘッド温度をモニタする。そして、制御装置Ｈ３１００は、記録の条件、環境温度等に応じて、流量の調整、恒温槽の温度調整などを行う。なお、冷却媒体にインクすなわち記録液を使用する場合には、他の媒体を使用する場合に比べ、タンクを１つにすることが可能となり、記録装置のサイズを小型化できる。
【００６７】
以上説明したように、本発明の各実施形態によれば、第１の支持基板がグリーンシートの積層方式で作成されて一体構造で冷却配管を内蔵する場合と、２枚の板を貼りあわせて冷却配管を作り込む場合のいずれも選択することができる。この第１支持基板と第２の支持基板を接着し記録ヘッドの支持基板として使用することにより、所定の位置にヒートパイプや冷却配管を構成でき、インク供給口の位置精度も十分確保し、また安価に製作できる。そして、発熱源である記録素子基板のできるだけ近傍に熱交換手段としてヒートパイプや冷却路を配置できる。これとともに、記録素子基板の発熱により昇温する第２の支持基板との接触面積を最大限確保でき、熱交換効率が格段に向上し、記録ヘッドの冷却、均熱化に効果を発揮できる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の一実施形態に係る記録ヘッドの外観斜視図である。
【図２】図１に示す記録ヘッドの分解斜視図である。
【図３】図１に示す記録ヘッドを構成する記録素子ユニットの分解斜視図である。
【図４】（ａ）および（ｂ）は、上記記録素子ユニットを構成する記録素子基板を説明するそれぞれ斜視図および断面図である。
【図５】本発明の一実施形態に係るインクジェット記録装置を示す図である。
【図６】本発明の他の実施形態に係るインクジェット記録装置を示す図である。
【図７】（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、図１に示す記録ヘッドにおける冷却系およびヒートパイプの配置を示すそれぞれ正面図、VIIＢ−VIIＢ線断面図、およびVIIＣ−VIIＣ線断面図である。
【図８】本発明の一実施形態に係るグリーンシート積層法による、記録ヘッドの支持基板の製造工程を説明する図である。
【図９】（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、本発明の他の実施形態に係る記録ヘッドにおける冷却系およびヒートパイプの配置を示すそれぞれ正面図、IXＢ−IXＢ線断面図、およびIXＣ−IXＣ線断面図である。
【図１０】本発明の実施形態に係る記録ヘッドと従来の記録ヘッドの昇温状態の比較を説明する図である。
【図１１】本発明の第４の実施形態に係る記録ヘッドの断面模式図である。
【図１２】グリーンシート積層法による第１支持基板の製造工程を模式的に説明する図である。
【図１３】本発明の第５の実施形態に係る記録ヘッドの断面模式図である。
【図１４】図１３の記録ヘッドの第１支持基板のみを模式的に示した図である。
【図１５】本発明の一実施形態に係る冷却系の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００６９】
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、Ｈ１１００ａ〜Ｈ１１００ｄ    記録素子基板
Ｈ１１０１    インク供給口
Ｈ１１０２    電気熱変換素子
Ｈ１２００    支持基板
Ｈ１２０１    インク供給口
Ｈ１２０２、Ｈ１２０２Ａ、Ｈ１２０２Ｂ    第１の支持基板
Ｈ１２０３、Ｈ１２０３ａ〜Ｈ１２０３ｄ    第２の支持基板
Ｈ１５０１    共通液室
Ｈ２０００    ヒートパイプ
Ｈ２００４    冷却路
【図１】
2009149057.tif 000003
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
2009149057.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
2009149057.tif 000016
【図１５】
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