(57)【要約】      （修正有）【課題】ベースプレートにマウントされたヘッドチップのインク吐出に伴う発熱を拡散させ、放熱効率を向上させる。【解決手段】ヒートパイプ５の一端をベースプレート２に熱接合し、他端をチップタンク３に熱接合することにより、ヘッドチップ１のインク吐出に伴う発熱を直接チップタンク３に導いて拡散させる。【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少なくとも１列のノズル列が形成されたヘッドチップと、少なくとも１つの前記ヘッドチップがマウントされ、各ヘッドチップ毎に、前記ノズル列に対応してインクを供給するためのインク供給口が少なくとも一つ形成されたベースプレートと、前記ベースプレートの、前記ヘッドチップがマウントされる面とは反対側の面に固定され、前記インク供給口を通じて前記ノズル列に供給されるインクを貯蔵するタンクを備えたチップタンクと、から成るインクジェット記録ヘッドにおいて、
前記ベースプレート内部または側面に少なくとも1本のヒートパイプが設置されるとともに、該ヒートパイプの端部が前記チップタンクに連結され、該連結部の周辺を加熱または冷却する連結部加熱手段または連結部冷却手段の少なくとも一方が前記チップタンクに備えられ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】
前記連結部冷却手段は、前記チップタンクに設けたフィンによる自然空冷手段、または前記自然空冷手段にファンを追加することによる強制空冷手段、または前記チップタンク内に液冷管を形成して冷却液を流すことによる液冷手段、または前記チップタンク内のインクを外部タンクとの循環によって流動させることによるインク循環手段、のいずれか単独または組合せによるもの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】
前記チップタンクの熱伝導率は、前記ベースプレートの熱伝導率よりも高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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プリンター、ＦＡＸ、複写機などの画像形成装置に利用されるインクジェット記録装置に用いられる記録ヘッドの冷却機構に関し、より具体的にはフルラインタイプの記録ヘッドに搭載したヘッドチップによる発熱を吸熱・輸送するためにヘッドチップの支持部材に組み込まれたヒートパイプのレイアウトに関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェット記録装置は、記録ヘッドからインクを吐出し被記録媒体に付着させて印字等の画像記録を行うものであり、記録ヘッドのコンパクト化が容易であり、高精細な画像を高速で記録することができ、ランニングコストが安く、ノンインパクト方式であるため騒音が少なく、しかも、多色のインクを使用してカラー画像を記録するのが容易であるなどの利点を有している。中でも、被記録媒体の幅方向に多数の吐出ノズルを配列したラインタイプの記録ヘッドを使用したフルライン型のインクジェット記録装置は、記録の一層の高速化が可能である。
【０００３】
ただし、記録の高速化に伴って、単位時間辺りに1つのノズルからインクが吐出する回数が増大し、その結果、インクの吐出に伴って記録ヘッド内に蓄積される熱の増大を招くことになる。ノズルからのインク吐出量は温度によって変動するため、記録ヘッドが急激に昇温すると、同じ画像でも印字濃度が変わって印字品位に影響を及ぼすという問題があった。
【０００４】
また、フルライン型記録ヘッドにおいては長尺であるがゆえに中央部に熱が集まりやすく、両端部の温度が中央部よりも低下して、均一濃度の画像でも両端部と中央部とで印字濃度が異なってしまうという問題があった。
【０００５】
従って、フルライン型のインクジェット記録装置で記録の高速化を実現するためには、記録ヘッド中央部に集中する熱を記録ヘッド全体に分散させるとともに、速やかに記録ヘッド外部に排熱する、記録ヘッド均熱・冷却手段が必要不可欠である。
【０００６】
従来、フルライン型記録ヘッドの均熱・冷却手段には、ヒートパイプの一端を記録ヘッドに沿って接合し、他端を放熱フィンまたはヒートシンクのような放熱部材に接合した形態のものがある（例えば、特許文献１および特許文献２参照）。これら従来のフルライン型記録ヘッドの均熱・冷却手段では、吐出に伴う記録ヘッドの局部的な発熱をヒートパイプが吸熱し、速やかに他端に輸送して放熱部材に放熱するため、記録ヘッドの局部的な昇温を押えて記録ヘッド全体をなるべく均一な温度に保ちながら冷却することができる。
【特許文献１】特許第２６８３１１２号公報（第９頁、第１図）
【特許文献２】特許第２７６８５０７号公報（第７頁、第１図）
【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、記録ヘッドに沿って接合したヒートパイプの他端に放熱部材を接合する構成の場合、放熱部材の分だけノズル列方向に記録ヘッドがスペースを取ってしまうため、インクジェット記録装置の大型化を招いてしまう。また、放熱部材は記録ヘッドの追加コストとして上乗せされるが、これを回避するために放熱部材をインクジェット記録装置本体側に設けると、記録ヘッドをインクジェット記録装置に取付ける際にヒートパイプを放熱部材に接合する作業が必要になるため、ユーザが手軽に記録ヘッドを交換するのが困難になるという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上述の技術課題を解決するために想起されたものであり、本発明のインクジェット記録ヘッドは、インクを吐出するための少なくとも１列のノズル列が形成されたヘッドチップと、少なくとも１つの前記ヘッドチップがマウントされ、各ヘッドチップ毎に、前記ノズル列に対応してインクを供給するためのインク供給口が少なくとも一つ形成されたベースプレートと、前記ベースプレートの、前記ヘッドチップがマウントされる面とは反対側の面に固定され、前記インク供給口を通じて前記ノズル列に供給されるインクを貯蔵するタンクを備えたチップタンクと、から成るインクジェット記録ヘッドにおいて、
前記ベースプレート内部または側面に少なくとも1本のヒートパイプが設置されるとともに、該ヒートパイプの端部が前記チップタンクに連結され、該連結部の周辺を加熱または冷却する連結部加熱手段または連結部冷却手段の少なくとも一方が前記チップタンクに備えられたことを特徴とする。
【０００９】
また、前記連結部冷却手段は、前記チップタンクに設けたフィンによる自然空冷手段、または前記自然空冷手段にファンを追加することによる強制空冷手段、または前記チップタンク内に液冷管を形成して冷却液を流すことによる液冷手段、または前記チップタンク内のインクを外部タンクとの循環によって流動させることによるインク循環手段、のいずれか単独または組合せによるものであることを特徴とする。
【００１０】
また、前記チップタンクの熱伝導率は、前記ベースプレートの熱伝導率よりも高いことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１の発明によれば、ヒートパイプの放熱部材を記録ヘッドの既存のチップタンクで代用するため、放熱部材のためのスペースを別途必要とせず、放熱部材を追加することによるコストも発生しない。また、記録ヘッドを交換する際にヒートパイプを放熱部材に接合し直す必要も無く、記録ヘッドを容易に交換することができる。
【００１２】
また、請求項２の発明によれば、ヒートパイプの放熱部とインク循環の流路との間隔を狭めることができるため、インク循環による冷却効果を最大限に引き出すことができ、冷却手段を別途設ける必要が無くなる。
【００１３】
また、請求項３の発明によれば、レジずれを極力抑えるため熱膨張係数が小さく熱伝導率の低い材料で構成せざるを得ないベースプレートよりも高い熱伝導率の材料でチップタンクを構成するため、ヒートパイプの放熱部と連結部冷却手段との熱交換の効率を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
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】
【００１５】
図１は本発明の第１実施例のインクジェット記録ヘッドの概略構成を説明するための説明図である。本実施例のインクジェット記録ヘッドは主に、ヘッドチップ１と、ベースプレート２と、チップタンク３と、チップタンク・カバー４と、ヒートパイプ５と、インク保持部６と、個別フィルタ７と、ヘッド・ホルダ８とにより構成される。
【００１６】
チップタンク・カバー４に形成されたインク流入口６ａから供給されたインクは、チップタンク３内部のインク保持部６を流れて個別フィルタ７を透過し、ベースプレート２に形成された不図示のインク供給口を通じてヘッドチップ１に形成されたインク吐出ノズルに供給される。
【００１７】
ここで、搬送ベルト１０が記録紙９を吸着して搬送している間に、ヘッドチップ１の各ノズル毎に設けられたヒータに対して、印字データに基いた駆動信号が加わると、各ノズルからインク滴が吐出して記録紙９に画像が形成され、吐出によって失われたインクはインク流入口６ａから再供給（リフィル）される。
【００１８】
このようにして印字し続けると、ヒータへの投入エネルギーから、吐出によって奪われる熱エネルギー・運動エネルギーと、ヘッドチップ１から空気への放熱分とを差し引いたエネルギーが、熱となってベースプレート２内に蓄積されていく。
【００１９】
ベースプレート２は熱膨張による画質劣化（レジずれや反りによるヨレ）を極力抑えるため、熱膨張係数の小さい材料（例えばアルミナ）で構成されているが、そのような材料は一般に熱伝導率が低いため、ある程度厚みのあるベースプレート２と接触しているチップタンク３やインク保持部６には熱が伝わりにくく、ベースプレート２やヘッドチップ１に熱が篭り易くなってヘッドチップの急激な昇温を招いてしまう。そこでヒートパイプ５の一端を、ヘッドチップ１とヒートパイプ５の間の熱抵抗が極力小さくなるように、ヘッドチップに極力近付けてベースプレート２内部に埋設し、他端をチップタンク３とチップタンク・カバー４に連結して、ヘッドチップ１からチップタンク３およびチップタンク・カバー４へ直接熱を伝える熱伝達経路のバイパスを形成する。
【００２０】
こうして、ベースプレート２内に蓄積された熱は、ヒートパイプ５によって高温部ほど多く熱が吸収されてベースプレート２は均熱化し、ヒートパイプ５に吸収された熱は瞬時にチップタンク３側の端部に輸送されて、チップタンク３とチップタンク・カバー４の連結部３ａ，４ａからチップタンク３とチップタンク・カバー４に放出され、最終的に放熱フィン３ｂを通じてインク保持部６のインクに吸収されるか、あるいは放熱フィン４ｂを通じて空気中に放出される。また、僅かではあるが、ヘッド保持部を通じてヘッド・ホルダ８にも放熱される。
【００２１】
なお、チップタンク３またはチップタンク・カバー４をベースプレート２よりも高い熱伝導率の材料（例えばカーボングラファイト）で構成することで、より高い放熱効果が得られる。
【００２２】
図２は本発明の第１実施例のインクジェット記録ヘッドの構造を各方向から詳細に表した３面図である。
【００２３】
ヒートパイプ５ａ，５ｂ，５ｃは、それぞれの吸熱部が下層ベースプレート２ａと上層ベースプレート２ｂに挟み込まれるようにしてベースプレートに連結される。
【００２４】
一方、放熱部では、ヒートパイプ５ａ，５ｂの間に配置される水冷管１２、およびヒートパイプ５ｂ，５ｃの間に配置される水冷管１３を構成する溝が、チップタンク３およびチップタンク・カバー４にそれぞれ形成されている。水冷管１２を流れる冷却水はヒートパイプ５ａ，５ｂから放出される熱を吸収して記録ヘッド外に排出し、水冷管１３を流れる冷却水はヒートパイプ５ｂ，５ｃから放出される熱を吸収して記録ヘッド外に排出する。
【００２５】
このように、ヒートパイプ５から連結部３ａ，４ａを通じてチップタンク３およびチップタンク・カバー４に放出される熱は、放熱フィン３ｂを通じてインク保持部６のインクに吸収されたり、放熱フィン４ｂを通じて空気中に放出されたりする以外に、水冷管１２，１３を流れる冷却水に吸収させることで、よりいっそう冷却効果を高めることができる。
【００２６】
また、放熱フィン３ｂを通じて吸熱し昇温したインクはインク流出口６ｂから排出してヘッド外部で冷まし、十分に冷えた新しいインクをインク流入口６ａからインク保持部６に導入する、いわゆるインク循環を行うことで、フィン３ｂの冷却効率をよりいっそう高めることができる。
【００２７】
なお、図２の下面図に示すように、ベースプレート２の中心部はヘッドチップ１ａ〜１ｄの全てからの熱を受けるため、ヒートパイプ５ｂの熱輸送量が最も多くなる。従って、図２の上面図に示すように、ヒートパイプ５ｂの連結部３ａ，４ａを他の２本よりも長めに設けて、放熱量を多く稼げるようにするのが望ましい。また、水冷で冷却する場合は、ヒートパイプ５ｂの連結部３ａ，４ａからの放熱は水冷管１２，１３の両方を流れる冷却水で吸収するような配置にして、それでも足りない場合は、上面図に示すように、水冷管１２，１３を流れる冷却水のチップタンクへ３の導入後に、しばらくヒートパイプ５ｂのみを冷やすような区間を設けても構わない。
【００２８】
また、水冷とインク循環を併用する場合は、同図に示すように、冷却水とインクとを逆方向に流すようにしたほうが、均熱上望ましい。
【実施例２】
【００２９】
図３は本発明の第２実施例のインクジェット記録ヘッドの構造を各方向から詳細に表した３面図である。
【００３０】
本実施例では放熱フィン４ｂによる空気中への放熱を促進するために、空冷ファン１４をチップタンク・カバー４に取付ける構成とした。空冷ファン１４以外の構成要素に関しては、図２に同じであり、放熱原理も第１実施例に準じるため、説明は割愛する。
【００３１】
空冷ファン１４の動作（回転数制御）は、印字データに基いた吐出量および発熱量予測によって制御しても良いし、ヘッドチップ１に内蔵またはヒートパイプに取付けられた温度センサで測定した温度に基いたフィードバック制御を行っても構わない。
【実施例３】
【００３２】
図４は本発明の第３実施例のインクジェット記録ヘッドの構造を各方向から詳細に表した３面図である。
【００３３】
本実施例ではヒートパイプ５ａ，５ｂ，５ｃのベースプレート２およびチップタンク３、チップタンク・カバー４への組付けを簡略化して、ベースプレート２の構造を簡素化し、記録ヘッドの組立作業性を向上させる構造とした。ヒートパイプの組付け部以外の構成要素に関しては、図２に同じであり、放熱原理も第１実施例に準じるため、説明は割愛する。
【００３４】
図２に示した第１実施例では、下層ベースプレート２ａと上層ベースプレート２ｂの双方に、ヒートパイプ５ａ，５ｂ，５ｃの吸熱部を組付けるための溝を設けて、溝の内壁にサーマルグリスまたは熱伝導接着剤を塗布し、ヒートパイプの吸熱部を２枚のベースプレートで挟み込んで連結する構成を取っているが、ベースプレートに設けたインク供給口６ｃからのインク漏れを防止するため、ベースプレート２ａ，２ｂの貼り合せ面は隙間の無いように密着させる必要がある。
【００３５】
そのため、ヒートパイプとベースプレートの溝の内壁との間は予めある程度の隙間を設けておく必要があり、そのためヒートパイプ・ベースプレート間の熱抵抗が増大するという問題があった。
【００３６】
これはヒートパイプの放熱部でも同様であり、水冷管１２、１３からの冷却水が漏れないように、チップタンク３とチップタンク・カバー４との貼り合せ面は密着させる必要があり、そのためヒートパイプとチップタンク３またはチップタンク・カバー４との間にはある程度の隙間が必要となり、熱抵抗が増大していた。
【００３７】
そこで、本実施例では図４に示すように、単版のベースプレート２およびチップタンク３に深めの溝を設けておいて、そこにヒートパイプを嵌め込む構成とした。このような構成にすると、ヒートパイプの表面の半分しか連結部に接触しないため、熱抵抗は倍増するが、連結部に密着できるため、全体として熱抵抗を引き下げることができる。またヒートパイプの半面のみを連結させればよいため、ヒートパイプの組付けの手間を半減させることができる。また、ベースプレートは単版で済むため、ベースプレートの構造が簡素化され、ベースプレートを安価に構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】第１実施例の記録ヘッドの概略構成図。
【図２】第１実施例の記録ヘッドの細部を表す3面図。
【図３】第２実施例の記録ヘッドの細部を表す3面図。
【図４】第３実施例の記録ヘッドの細部を表す3面図。
【符号の説明】
【００３９】
1  ヘッドチップ
2  ベースプレート
3  チップタンク
4  チップタンク・カバー
5  ヒートパイプ
6  インク保持部
7  個別フィルタ
8  ヘッド・ホルダ
9  記録紙
10  搬送ベルト
11  搬送ベルト軸
12  水冷管
13  水冷管
14  空冷ファン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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