JP2007276385A

JP2007276385A - インクジェット記録ヘッドおよびインクジェット記録装置

Info

Publication number: JP2007276385A
Application number: JP2006108497A
Authority: JP
Inventors: Hideo Saikawa; 英男才川
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2006-04-11
Filing date: 2006-04-11
Publication date: 2007-10-25

Abstract

【課題】記録ヘッドの吐出口数増加に対応した複数の隣接した吐出口列を備えた記録ヘッドの放熱を促進することによって、高品位で、かつ高速な印字を可能にする。
【解決手段】記録素子基板１の表面に位置する吐出口プレート３に２列にわたって吐出口３ａが開口され、２列で１組を成す吐出口列が２組構成されている。各組の吐出口列に対して記録液を供給する２つの供給口５が、記録素子基板１に形成されている。記録素子基板１を支持する支持部材２には、それぞれの記録液供給口５に記録液を供給する供給流路２ａが一つ形成されている。支持部材２の供給流路２ａには、吐出口列と直交する方向にて供給流路２ａを横断する形で梁６が形成され、かつ供給口中間部５ａと接している。
【選択図】図１

Description

本発明は、インク滴を吐出して記録媒体に記録を行うインクジェット記録ヘッド及びこれを搭載した記録装置に関する。より詳細には、記録ヘッドを支持する部材の放熱機能を向上させる構成に関する。

従来、紙、ＯＨＰ用シートなどの記録媒体に対して記録を行う記録装置は、種々の記録方式による記録ヘッドを搭載した形態で提案されている。この記録ヘッドには、ワイヤードット方式、感熱方式、熱転写方式、インクジェット方式によるものなどがある。特に、インクジェット方式は、記録用紙に直接インクを噴射するものであるので、ランニングコストが安く、静かな記録方法として注目されている。インクジェット方式のうち、膜沸騰を利用した熱エネルギー記録方式は、圧電素子を利用したものに比較して、高速性、高密度等の点で優れたものとして実用化されている。しかしながら、市場からは画像品位の向上と並んで記録速度のより一層の高速化を求められている。

一般的に膜沸騰を利用した熱エネルギー記録方式を採用したインクジェット記録装置は主にシリアル型記録方法とフルライン型記録方法がある。シリアル型記録方法は記録ヘッドを往復走査しながら記録するもので、後述するフルライン型記録方法と比較し、安価であるなどの特徴がある。一方、フルライン型記録方法は記録媒体の全幅分をカバーする記録ヘッド幅をもって印字記録するため、シリアル型記録方法に比べより高速記録が可能である。

いずれの記録方法においても、記録ヘッドのインク滴を吐出する周波数を上げることができれば記録速度が向上するが、インク滴を吐出する周波数には限界がある。従って、記録速度を向上させる手法としては、インク滴を吐出する吐出口の数を増やすことが有効となる。吐出口数増加の具体的手法としては、シリアル型記録方法では紙送り方向の記録ヘッド印字幅に対応して複数の吐出口が並ぶ吐出口列長さの拡大が挙げられる。ただし、記録ヘッドの印字幅拡大（吐出口列長さの拡大）には、記録装置の記録領域の平面性確保上ある程度限界がある。また、フルライン型記録方法は印字幅が固定されている為、吐出口列の紙送り方向への増加が記録速度向上に最も有効な手段となる。

従って、大幅な印字速度向上には、印字幅（吐出口列長さ）を限界まで長くすることと同時に、吐出口列数を増やすことが最も有効な手段となる。その為、吐出口列を複数設けて、同じ種類のインクを吐出する構成が提案されている。また、吐出口列までインクを供給する構成を考えると、その吐出口列は隣り合っていることがコスト的にも好ましい。

ところで、インクジェット記録方式は電気エネルギーを電気抵抗素子に印加して電気抵抗素子を急激に温度上昇させ、電気抵抗素子上のインクを発泡させ、オリフィスよりインクを吐出させるものである。しかし、印加した電気エネルギーは、吐出したインクの運動エネルギーなどの外部へ放出されるエネルギーに比べ大きい。従って、その差分の余剰エネルギーは記録ヘッドに熱として蓄積されていき、記録ヘッド自身の温度を上昇させる。

インクジェット記録装置にて連続で印字動作を行った場合、記録ヘッドは蓄積した熱を外部に放出する前に次々と加熱されることになるため、その温度が上昇していく。ある温度領域を超えるとインク吐出状態が不安定となり、記録画像に欠陥が生じることがある。よって、ある温度領域を超える前に、印字速度を低下させる制御を行っている。

従って、電気抵抗素子が設けられた記録素子基板に蓄積される熱をいかに放熱するかが、記録画像の信頼性を確保しつつ記録速度を向上させる上で、重要な要件となる。放熱する手段としては記録素子基板に密着する部材あるいはインクに放熱することになるが、インク成分のほとんどは水で構成されている。水の比熱は高いが、熱伝導率は低い特性を持っており、放熱性を向上させる上で、熱伝導率の比較的高い材料にて密着させることが好ましい。

特許文献１では、記録素子基板の、吐出エネルギー発生素子が設けられた箇所近傍の底部に支持部材を接着接合させ、支持部材に放熱させる構成が開示されている。

図１９は、特許文献１の記録素子基板を支持部材上に搭載した状態を示す図である。

図１９に示すように、第１の記録素子基板１０３の表面に位置する吐出口プレート１０４に２列にわたって吐出口１０４ａが開口され、２列で１組を成す吐出口列が複数組構成されている。

各組の吐出口列に対して記録液を供給する複数の記録液供給口１０６が、第１の記録素子基板１０３に形成されている。第１の記録素子基板１０３を支持する支持部材１０１には、それぞれの記録液供給口１０６に記録液を供給する供給流路１０１ａが形成されている。記録液供給流路１０１ａは記録液供給口１０６の入口部の開口幅とほぼ同等の流路幅を有している。また、互いに隣接する記録液供給流路１０１ａを隔てる隔壁１０１ｂの厚みは、互いに隣接する記録液供給口１０６の入口部同士の間隔によって決定される。

このような複数組の吐出口列を備えた記録素子基板１０３においては、１枚のシリコンウエハから切り出す記録素子基板の数を増やしてコストダウンを図る場合がある。あるいは、記録素子基板を大型化することなく吐出口列１０３ａの数を増やそうとする場合がある。そのような場合、記録液供給口１０６の互いのピッチを小さくして高密度に配列する必要がある。そして、高速印字化の為には吐出口列の長さを長くすることが大変有効である。

記録液供給口１０６同士のピッチを小さくした場合、それに合わせて支持部材１０１の隔壁１０１ｂの厚さを薄くする必要があるが、セラミックからなる支持部材１０１に、ある厚み以下の薄い隔壁を形成することは製造上困難である。同様に、吐出口列長を長くしていくと、隔壁を形成することは製造上困難になる。

図２０はこの隔壁が無い支持部材を用いた記録ヘッドを示している。１つの記録液供給流路１０１ａから、２つの記録液供給口１０６に対し記録液を供給している。
特開２００２−１５４２０９号公報

しかしながら、記録素子基板の２つの記録液供給口間部に支持部材の前記隔壁がないと放熱効果が低下し、記録画像品位の低下を招くことになる。そうなった場合、吐出周波数を下げざるを得なくなり、印字速度が下がることになる。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたもので、記録ヘッドの吐出口数増加に対応した複数の隣接した吐出口列を備えた記録ヘッドの放熱を促進することによって、高品位で、かつ高速なインクジェット記録装置を提供することを目的とする。

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記録素子基板と支持部材とを備える。記録素子基板は、同種の液体を吐出する複数の隣接した吐出口列と、各吐出口列に対応して形成された、前記同種の液体を供給する複数の液体供給口と、前記吐出口列から前記液体を吐出するための熱エネルギーを発生する電気抵抗素子とを有する。支持部材は、前記記録素子基板を支持し、前記記録素子基板の前記複数の液体供給口に液体を供給する供給流路が設けられたものである。そして、特徴とするところは、支持部材の供給流路内に、吐出口列と直交する方向にて供給流路内の内壁同士を結ぶ形で梁が形成されていることである。しかも、その梁は、記録素子基板の隣接する液体供給口同士の間の部分と接していることである。

本発明によれば、記録ヘッドの支持部材の供給流路内に設けられた梁により、記録素子基板に蓄積された熱を速やかに放熱することが可能となる。従って、インクジェット記録装置は連続印字等でも、記録素子基板の隣接する液体供給口の間の温度が上昇しにくくなり、従来に比べ印字品位を低下させることなく、印字速度を向上させることが可能となる。

また、前記梁は１つの前記供給流路内に複数ある構成とすることにより、より放熱効果が向上する。さらに、吐出口列がさらに長くなった場合でも、梁を設ける箇所を複数設けることにより、前述した効果と同等の効果が得られる。

さらに、前記梁の前記記録素子基板側の、それぞれの前記液体供給口に対応する部分に凹形状部を有することにより、供給流路から液体供給口に液体が流れる際に、より流抵抗が少なくなる。この構成は、より一層の放熱効果を得る為に梁の幅を広くした際に、液体の供給量を低下させることなく印字速度の向上が可能である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

（第１の実施形態）
図２から図１５は、本発明が実施もしくは適用される好適なインクジェット記録装置、そしてその構成要素である記録ヘッド、インクタンクのそれぞれ及びそれぞれの関係を説明するための説明図である。以下、これらの図面を参照して各構成要素の説明を行う。

図２は本実施形態におけるインクジェット記録装置の概略の構成を示す斜視図であり、以下に、その動作について説明する。

図２に示すインクジェット記録装置は、記録ヘッドＨ１００１の往復移動（主走査）と、一般記録紙、特殊紙、ＯＨＰフィルム等の記録媒体Ｓの所定ピッチごとの搬送（副走査）とを繰り返している。これらの動きと同期させながら記録ヘッドＨ１００１から選択的にインク滴を吐出させ、記録媒体Ｓに付着させることで、文字や記号、画像等を形成するシリアル型の記録装置である。

このインクジェット記録装置は、インクタンクＨ１９００と、インクタンクＨ１９００から供給されるインクを記録情報に応じてノズルから吐出する記録ヘッドＨ１００１とを有している。記録ヘッドＨ１００１は、ガイドレール２０４に摺動自在に支持され、不図示のモータ等の駆動手段によりガイドレール２０４に沿って往復移動されるキャリッジ２０２に着脱可能に搭載されている。記録媒体Ｓは、搬送ローラ２０３により、記録ヘッドＨ１００１のインク吐出面に対面する。そして、インク吐出面との距離を一定に維持するように、キャリッジ２０２の移動方向と交差する方向（例えば、直交する方向である矢印Ａ方向）に搬送される。記録ヘッドＨ１００１は、いわゆるカートリッジ方式を採るものであり、前述したキャリッジ２０２に対して着脱可能に搭載される。

記録ヘッドＨ１００１は、それぞれ異なる色のインクを吐出するためにブラック、シアン、マゼンタ、イエローの４種類のノズル列を有する。記録ヘッドＨ１００１から吐出されるインクの色に対応して、ブラック、シアン、マゼンタ、イエローの４種類のインクタンクＨ１９００が、記録ヘッドＨ１００１に対し独立して着脱可能に装着される。

記録ヘッドＨ１００１の往復移動範囲内で、かつ、記録媒体Ｓの通過範囲外の領域である非記録領域には、回復ユニット２０７が、記録ヘッドＨ１００１のインク吐出面と対面するように配置されている。また、記録ヘッドは、ブラック、シアン、マゼンタ、イエローの４種類の吐出部にそれぞれ対応したキャップユニット２０８から吸引回復が行われる。

図３は、記録ヘッドＨ１００１と、記録ヘッドＨ１００１に着脱自在に設けられたインクタンクＨ１９００とが結合された状態を示す図である。また、図４は、記録ヘッドＨ１００１と記録ヘッドＨ１００１に着脱自在に設けられたインクタンクＨ１９００とが結合される前の状態を示す図である。図３において、記録ヘッドＨ１００１から吐出されるインクの色に対応して、ブラック、シアン、マゼンタ、イエローの４種類のインクタンク（Ｈ１９０１，Ｈ１９０２，Ｈ１９０３，Ｈ１９０４）が、記録ヘッドＨ１００１に対し独立して着脱可能に装着される。次に記録ヘッドＨ１００１に関してさらに詳しく、記録ヘッドを構成しているそれぞれの構成要素毎に順を追って説明する。

＜１＞記録ヘッド
記録ヘッドＨ１００１は、電気信号に応じて膜沸騰をインクに対して生じせしめるための熱エネルギーを生成する電気熱変換体を用いて記録を行うバブルジェット（登録商標）方式のサイドシュータ型とされる記録ヘッドである。

記録ヘッドＨ１００１は、図５の分解斜視図に示すように、記録素子ユニットＨ１００２と、インク供給ユニットＨ１００３と、タンクホルダーＨ２０００とから構成される。

さらに、図６の分解斜視図は、記録素子ユニットＨ１００２の構成要素を説明するものである。構成要素は、第１の記録素子基板Ｈ１１００、第２の記録素子基板Ｈ１１０１、第１のプレートＨ１２００、電気配線テープＨ１３００、電気コンタクト基板Ｈ２２００、第２のプレートＨ１４００である。また、インク供給ユニットＨ１００３は、インク供給部材Ｈ１５００、流路形成部材Ｈ１６００、ジョイントゴムＨ２３００、フィルターＨ１７００、シールゴムＨ１８００から構成されている。

＜１−１＞記録素子ユニット
図７は、図６における記録ヘッドＨ１００１の第１の記録素子基板Ｈ１１００と第２の記録素子基板Ｈ１１０１に設けられた吐出口列を記録媒体側から観た模式図である。図７において、第１の記録素子基板Ｈ１１００に設けられた吐出口列Ｈ１１０８ａは、モノクロ画像を高速出力する為にブラックインク滴を吐出する吐出口を、イエロー・マゼンタ・シアン色のインク滴を吐出する吐出口に比べ多く備えている。実際には、吐出口列長さで約１．５倍、吐出口列数で２倍で、両方を加味すると約３倍の数を備えている。従って、ブラック単色印字の場合、イエロー・マゼンタ・シアン色に比べ、吐出口からインクを吐出する周波数が同じでも、３倍の速度で記録することが可能である。

図８は、図７におけるブラックインクを吐出する第１の記録素子基板Ｈ１１００の構成を一部分解した状態で示す斜視図である。

第１の記録素子基板Ｈ１１００には、例えば、厚さ０．５〜１ｍｍの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Ｈ１１０２がＳｉの結晶方位を利用した異方性エッチングやサンドブラストなどの方法で２列並行に形成されている。

それぞれのインク供給口Ｈ１１０２を挟んだ両側に記録素子である電気熱変換素子Ｈ１１０３がそれぞれ１列ずつ千鳥状に配列されている。また、前記電気熱変換素子Ｈ１１０３と、電気熱変換素子Ｈ１１０３に電力を供給するＡｌ等の電気配線は、成膜技術により形成されている。さらに、前記電気配線に電力を供給するための電極部Ｈ１１０４が電気熱変換素子Ｈ１１０３の両外側に配列されており、電極部Ｈ１１０４にはＡｕ等のバンプＨ１１０５が形成されている。そして、第一の記録素子基板Ｈ１１００上には、電気熱変換素子Ｈ１１０３に対応したインク流路を形成するためのインク流路壁Ｈ１１０６と吐出口Ｈ１１０７が樹脂材料でフォトリソ技術によりに形成され、吐出口列Ｈ１１０８を形成している。したがって、電気熱変換素子Ｈ１１０３に対向して吐出口Ｈ１１０７が設けられているため、インク流路Ｈ１１０２から供給されたインクは電気熱変換素子Ｈ１１０３により発生した気泡により吐出される。

次に、図９は、第２の記録素子基板Ｈ１１０１を一部分解した状態で示す斜視図である。

第２の記録素子基板Ｈ１１０１はイエロー・マゼンタ・シアンの３色のインクを吐出させるための記録素子基板であり、３個のインク供給口Ｈ１１０２が並列して形成されている。また、第２の記録素子基板Ｈ１１０１にはそれぞれのインク供給口を挟んだ両側に電気熱変換素子Ｈ１１０３とインク吐出口Ｈ１１０７が形成されている。もちろん第１の記録素子基板Ｈ１１００と同じようにＳｉ基板にインク供給口や電気熱変換素子、電気配線、電極部などが形成されており、その上に樹脂材料でフォトリソ技術によりインク流路やインク吐出口が形成されている。

そして第一の記録素子基板と同様に電気配線に電力を供給するための電極部Ｈ１１０４にはＡｕ等のバンプＨ１１０５が形成されている。

次に、図６において、第１のプレートＨ１２００は、例えば、厚さ０．５〜１０ｍｍのアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）材料で形成されている。なお、第１のプレートの素材は、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の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。第１のプレート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）のうちいずれであってもよい。第１のプレートＨ１２００には、第１の記録素子基板Ｈ１１００にブラックのインクを供給するためのインク供給口Ｈ１２０１と、第２の記録素子基板Ｈ１１０１にシアン、マゼンタ、イエローのインクを供給するためのインク供給口Ｈ１２０１が形成されている。また、第１の記録素子基板Ｈ１１００と第２の記録素子基板Ｈ１１０１はそれぞれ第１のプレートＨ１２００に対して接着固定される。

次に、電気配線テープＨ１３００は、第１の記録素子基板Ｈ１１００と第２の記録素子基板Ｈ１１０１に対してインクを吐出するための電気信号を印加するものである。そして、電気配線テープＨ１３００は、それぞれの記録素子基板を組み込むための複数の開口部位と、それぞれの記録素子基板の電極部Ｈ１１０４に対応する電極端子Ｈ１３０２とを有する。

また、電気配線テープＨ１３００は、電気コンタクト基板Ｈ２２００と電気的接続をおこなうための電極端子部Ｈ１３０３を有しており、電極端子Ｈ１３０２と電極端子１３０３は連続した銅箔の配線パターンでつながっている。電気配線テープＨ１３００と第１の記録素子基板１１００と第２の記録素子基板Ｈ１１０１は、それぞれ電気的に接続されている。

第２のプレートＨ１４００は、例えば、厚さ０．５〜１ｍｍの一枚の板状部材であり、例えばアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）等のセラミックや、Ａｌ、ＳＵＳなどの金属材料で形成されている。また、第１の記録素子基板Ｈ１１００および第２の記録素子基板Ｈ１１０１と電気配線テープＨ１３００を平面的に電気接続できるように、第２のプレートＨ１４００を第１のプレートＨ１２００に接着されている。また電気配線テープＨ１３００の裏面が、第２のプレートＨ１４００に接着固定される。

第１の記録素子基板Ｈ１１００および第２の記録素子基板Ｈ１１０１と電気配線テープＨ１３００は電気接続され、電気配線テープの端部に外部信号入力端子Ｈ１３０１を有した電気コンタクト基板Ｈ２２００と電気的に接続される。そして電気配線テープＨ１３００は、第１のプレートＨ１２００の一側面で折り曲げられ、第１のプレートＨ１２００の側面に第３の接着剤Ｈ１３０６で接着される。

次に図１、図１０、図１１にて、第１の記録素子基板Ｈ１１００と第１のプレートＨ１２００との詳細形状について説明する。なお、図１、図１０、図１１において、記録素子基板１は第一の記録素子基板Ｈ１１００に対応し、支持部材２は第一のプレートＨ１２００に対応するものである。

まず、図１０（ａ）は従来の支持部材を、記録素子基板搭載面とは反対側から観た形状を表している。図１０（ｂ）は図１０（ａ）における矢印方向の断面での従来の支持部材と記録素子基板の関係を表す図である。この場合、供給口５間のピッチＰ１がある程度確保されていることにより、それに対応した隔壁２ｂの厚みが十分に確保できるので、支持部材２の隔壁２ｂの厚みが部品製造上可能な寸法となっている。記録素子基板の供給口３ａ同士の間に蓄積する熱は、隔壁２ｂを通じて放熱される。

次に、図１１（ａ）は、コストダウンの為、供給口５間のピッチを狭めた支持部材の形状を、記録素子基板搭載面とは反対側から観た状態の図を表している。図１１（ｂ）は図１１（ａ）における矢印方向の断面での支持部材と記録素子基板の関係を表す図である。この場合、Ｐ２寸法が小さい為、それに対応した隔壁２ｂの厚みが部品製造上困難な寸法となっている。従って、図１１中に一点鎖線で示すような隔壁２ｂを形成することが出来ず、連続した記録動作中に供給口中間部５ａに蓄積する熱を拡散することが難しい。

図１（ａ）は、本実施形態の支持部材の形状を、記録素子基板搭載面とは反対側から観た状態の図を表している。図１（ｂ）は図１（ａ）におけるＢ−Ｂ線の断面での支持部材２と記録素子基板１の関係を表す図である。この場合、Ｐ２寸法が小さい為、それに対応した隔壁の厚みが部品製造上困難な寸法となっている。従って、隔壁を形成することが出来ない。次に、図１（ｃ）は図１（ａ）におけるＣ−Ｃ線の断面での支持部材と記録素子基板の関係を表す図である。この断面においては、吐出口列と直交する方向にて供給流路２ａを横断する形で梁６が形成され、かつ供給口中間部５ａと接している。この梁６によって、連続記録動作中に供給口中間部５ａに蓄積する熱を、図中に点線で示した矢印の様に支持部材２を通じて拡散させていくことが可能である。

＜１−２＞インク供給ユニット
図１２はインクタンクＨ１９００が記録ヘッドＨ１００１に結合された状態の断面形状を示す図である。図１２に示すように、インク供給部材Ｈ１５００は、インクタンクＨ１９００から記録素子ユニットＨ１００２（図６）にインクを導くためのインク供給ユニットＨ１００３（図６）の一構成部品である。また、流路形成部材Ｈ１６００を超音波溶着することによりインク流路Ｈ１５０１を形成している。また、インクタンクＨ１９００と係合するジョイントＨ１５１７には、フィルターＨ１７００が溶着により接合されており、さらに、シールゴムＨ１８００が装着されている。

またインク供給部材Ｈ１５００は、着脱自在のインクタンクＨ１９００を保持する機能も一部有しており、インクタンクＨ１９００の第２の爪Ｈ１９１０を係合する第１の穴Ｈ１５０３を有している。

＜１−３＞記録ヘッドユニットとインク供給ユニットの結合
図５に示した通り、記録ヘッドＨ１００１は、記録素子ユニットＨ１００２をインク供給ユニットＨ１００３に結合しさらにタンクホルダーＨ２０００と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。

記録素子ユニットＨ１００２のインク供給口とインク供給ユニットＨ１００３のインク供給口をインクがリークしないように連通させるため、ジョイントゴムＨ２３００を介してビスＨ２４００で固定する。

そして、記録素子ユニットＨ１００２の電気コンタクト基板Ｈ２２００はインク供給部材Ｈ１５００の一側面に、端子位置決めピンＨ１５１５（２ヶ所）と端子位置決め穴Ｈ１３０９（２ヶ所）により位置決めされ、図１３の様に固定される。

さらに、インク供給部材Ｈ１５００のタンクホルダーとの結合穴及び結合部をタンクホルダーＨ２０００に嵌合させ結合することにより、図１４の様に記録ヘッドＨ１００１が完成する。

＜２＞記録ヘッド
図３および図４は、記録ヘッドＨ１００１とインクタンクＨ１９０１、Ｈ１９０２、Ｈ１９０３、Ｈ１９０４の装着を説明する図であり、インクタンクＨ１９０１、Ｈ１９０２、Ｈ１９０３、Ｈ１９０４の内部には、対応する色のインクが収納されている。また、図１２に示すようにそれぞれのインクタンクには、インクタンク内のインクを記録ヘッドＨ１００１に供給するためのインク供給口Ｈ１９０７が形成されている。例えばインクタンク１９０１Ｈが記録ヘッドＨ１００１に装着されると、インクタンクＨ１９０１のインク供給口Ｈ１９０７が記録ヘッドＨ１００１のジョイント部Ｈ１５２０に設けられたフィルターＨ１７００と圧接される。そして、インクタンクＨ１９０１内のブラックインクがインク供給口Ｈ１９０７から記録ヘッドＨ１００１のインク流路Ｈ１５０１を介して第１のプレートＨ１２００を通り第１の記録素子基板に供給される。

そして、電気熱変換素子Ｈ１１０３と吐出口Ｈ１１０７のある発泡室にインクが供給され、電気熱変換素子Ｈ１１０３に与えられる熱エネルギーによって被記録媒体である記録用紙に向けて吐出される。

次に、本実施形態のインクジェット記録装置にて印字記録を行った際の記録ヘッドの温度特性について、図１５を用いて説明する。なお、図１５に示す支持部材２は第一のプレートＨ１２００に対応するものであり、この点は他の実施形態も同じである。

図１５（ａ）は、図１で示した本発明の記録ヘッドの第一の記録素子基板Ｈ１１００と該第一の記録素子基板Ｈ１１００を支持する支持部材２で構成された記録ヘッドの温度測定ポイントを示す図である。また、図１５（ｂ）は、図１１で示した従来の記録ヘッドの第一の記録素子基板Ｈ１１００と該第一の記録素子基板Ｈ１１００を支持する支持部材２で構成された記録ヘッドの温度測定ポイントを示す図である。さらに、図１５（ｃ）は、図１５（ａ）、（ｂ）で示された測定ポイントで測定された温度を表したグラフである。

図１５（ａ）において測定ポイントＨ１は第一の記録素子基板内部の温度センサが設けられた箇所である。また、測定ポイントＨ３は２列ある吐出口列Ｈ１１０８ａのちょうど中間に位置し、かつ、梁６の中心位置でもある箇所である。さらに、測定ポイントＨ２は吐出口列Ｈ１１０８ａを挟んで、Ｈ３ポイントと反対側に位置する箇所である。次に、図１５（ｂ）において測定ポイントＫ１は、第一の記録素子基板内部の温度センサが設けられた箇所であり、ポイントＨ１と同じ位置である。また、測定ポイントＫ３は前述したＨ３ポイントと同じ位置である。さらに、測定ポイントＫ２は前述したＨ３ポイントと同じ位置である。

図１５（ｃ）は、図１５（ａ）、（ｂ）で説明した記録ヘッドを用いて連続吐出を行い、前述した６つの測定ポイントＨ１、Ｈ２、Ｈ３、Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３での温度を測定したものである。印字した条件は全ての吐出口から液滴を３ｋＨzの周波数にて、連続吐出させたものであり、実際は記録媒体に対し印字せずに、図２で示したキャップユニット２０８に直接吐出したものである。また、ポイントＨ１とポイントＫ１はほとんど同じ温度あった為、ポイントＫ１の値は省略している。同様にポイントＨ２とポイントＫ２もほとんど同じ温度あった為、ポイントＫ２の値も省略している。

さて、ポイントＫ３の値は、放熱する支持部材がない為ポイントＨ１の値に対し、１０℃から１５℃程高い値になっている。それに対し、ポイントＨ３では梁６の放熱により、ポイントＫ３よりも１０℃ほど低い値になっており、記録素子基板の熱が支持部材に放熱していることが確認できる。また、ポイントＨ２は吐出口列に片側のみ接していることと、十分な面積の支持部材に接していることから、ポイントＨ３よりも若干低い温度になっている。

ここで、図１６（ａ）、（ｂ）にて、記録ヘッドの温度の吐出状態への影響を説明する。

図１６（ａ）は、電気抵抗素子に電気エネルギーを加えた際の、常温における発泡を示す模式図である。また、図１６（ｂ）は、同様に高温時における発泡を示す模式図である。

図１６（ａ）において、最大発泡３８１Ａはインク流路３３２の途中まで達し、その後消泡していく。一方、図１６（ｂ）において、高温時の最大発泡３８１Ｂのサイズは常温での最大発泡３８１Ａのサイズに対し、極端に大きさが大きくなり、泡が共通液室３３３まで大きくはみ出す。すると、泡が収縮する時間が長くなり、インクが発泡室３３１に充填されるまでの時間が長くなる。インクが発泡室３３１に充填される前に電気抵抗素子３０４に再度電気エネルギーが印加されると、発泡不良となり、正常にインクの吐出が行われず、吐出口から吐出されたインク滴の大きさが不均一なものになったりする。さらに、１つのインク滴ではなく、分裂した複数のインク滴になって吐出されたり、または、吐出自体が行われなくなったりすることもある。

その結果、記録された画像においては、記録された領域によって濃度がばらついたり、かすれた画像や、ヨレによるスジ等が現れ、使用に耐えられない画像となったりする場合が生じる。そのため、記録ヘッドがその限界温度に対し超えた場合、吐出周波数を下げたり、印字動作間に休止時間を設けたり、場合によっては、印字動作を中断して、記録ヘッドの温度を低下させている。本実施形態では吐出が正常でなくなる限界温度は７０℃である。

従って、本実施形態では、支持部材２の供給流路２ａ内に記録素子基板の供給口中間部５ａに接する梁６を設けることにより、単位時間当たり同じインク滴を吐出した場合でも、従来に比べ、温度上昇を抑えることが可能となる。記録ヘッドの吐出周波数を下げたり、印字動作間に休止時間を設けたりする頻度が低下し、印字速度の向上が可能となった。

（第２の実施形態）
第１の実施形態では、支持部材２に梁６が１箇所設けられた構成の記録ヘッドの構成説明を行ったが、第２の実施形態は、梁６が複数設けられた構成の記録ヘッドの説明を図１７を用いて説明する。

図１７（ａ）は、本発明の第２の実施形態である記録ヘッドの第一の記録素子基板Ｈ１１００と該第一の記録素子基板Ｈ１１００を支持する支持部材２で構成された記録ヘッドの温度測定ポイントを示す図である。また、図１７（ｂ）は、本発明の第１の実施形態の記録ヘッドの第一の記録素子基板Ｈ１１００と該第一の記録素子基板Ｈ１１００を支持する支持部材２で構成された記録ヘッドの温度測定ポイントを示す図である。さらに、図１７（ｃ）は、図１７（ａ）、（ｂ）で示された測定ポイントで測定された温度を表したグラフである。

図１７（ｂ）において測定ポイントＨ１は第一の記録素子基板内部の温度センサが設けられた箇所である。また、測定ポイントＨ３は２列ある吐出口列Ｈ１１０８ａのちょうど中間に位置し、かつ、梁６の中心位置でもある箇所である。さらに、測定ポイントＨ４は、ポイントＨ１とポイントＨ３の間にあり、図１（ｃ）における供給口中間部５ａの吐出口列方向において、支持部材２及び梁６から最も遠いポイントである。また、測定ポイントＭ４は前述したＨ４ポイントと同じ位置で、真下に梁６がある。

図１７（ｃ）は、図１７（ａ）、（ｂ）で説明した記録ヘッドを用いて連続吐出を行い、前述した４つの測定ポイントＨ１、Ｈ３、Ｈ４、Ｍ４での温度を測定したものである。印字した条件は全ての吐出口から液滴を３ｋＨzの周波数にて、連続吐出させたものであり、実際は記録媒体に対し印字せずに、図２で示したキャップユニットに直接吐出したものである。

さて、第１の実施形態でも説明した通り、ポイントＨ３の値は、梁６の放熱により、梁が無い場合に比べ低い値になっており、記録素子基板Ｈ１１００の熱が支持部材に放熱していることが確認できる。一方、ポイントＨ４の温度は、梁６が比較的近くにあるとはいえ、真下に梁が無い為、第一の実施形態でのポイントＫ３より低い温度ではあるが、ポイントＨ３に比べ３〜４℃程高くなっている。

それに対し、ポイントＭ４では梁６の放熱により、ポイントＨ４よりも３〜４℃程低い値になっており、記録素子基板の熱が梁によってより早く支持部材に対し、放熱していることが確認できる。

よって、第２の実施形態では支持部材２に梁６を複数設けることにより、より温度上昇を抑えることが可能となり、単位時間当たり同じインク滴を吐出した場合でも、従来に比べ記録素子基板の昇温を抑制することが出来る。従って、記録ヘッドの吐出周波数を下げたり、印字動作間に休止時間を設けたりする頻度が低下し、印字速度のさらなる向上が可能となった。

（第３の実施形態）
第１の実施形態では、支持部材に設けられた梁により、昇温を抑える効果が確認できた。第３の実施形態は、より一層の効果を得る為に梁の幅を広くした構成について、説明を行う。

図１８（ａ）は、より放熱効果を高める為に支持部材の梁の幅を広くした、本発明の第３の実施形態である記録ヘッドの支持部材を、記録素子基板搭載面とは反対側から観た状態の図を表している。図１８（ｂ）は図１８（ａ）におけるＢ−Ｂ断面での支持部材と記録素子基板の関係を表す図である。また、図１８（ｃ）は図１８（ａ）におけるＣ−Ｃ断面での支持部材と記録素子基板の関係を表す図である。

図１８（ａ）で示されているＬは、支持部材の梁６ａの幅を示している。支持部材２の梁６の幅Ｌを広くすることにより放熱効果が高まり、図１５（ｃ）で示したポイントＨ３の温度がポイントＨ２の温度にさらに近づくようになり、より大きな効果を得ることが出来る。しかしながら、吐出されるインクの粘度等が高い場合や、極めて早い印字速度を実現する際は、梁６ａの部分に対応する、吐出口へのインクの供給に支障が起きる場合がある。本実施形態では、その弊害を排除する為に、梁６ａの記録素子基板１側の面の、供給口５に対応する部位に凹状の溝７を、梁６で分けられた供給流路２ａを連通させるように設けた。これにより、梁６の幅Ｌを広くした際の流抵抗の増加を防ぎ、インクの供給能力を向上させることが可能となった。

図１８（ｂ）に示すように溝７は、供給口５の真下に設けられており、記録素子基板１と支持部材２が接する部分には梁６ａが存在する為、溝形状が設けられても放熱を妨げることはない。図１８（ｃ）の矢印の様に、インクは供給流路２ａから溝７と供給口５を通って、梁６ａ上の電気熱変換素子４上まで供給される。この溝７があることにより、短時間当たりのインク供給量を増すことが出来る。

従って、より高い放熱効果を維持しつつ、インクの供給を妨げることなく、インクジェット記録装置の印字速度を高めることが実現できる。

また、本実施形態では、溝形状は断面が円弧状の形としているが、本発明はそれに限定されるものではない。たとえば、断面が四角でも、吐出口列方向に断面積が変化する形状でも構わない。インクの供給が向上する形状であるならば、どのような形状でも適用可能である。

以上の各実施形態において、記録方式として熱エネルギーを生成する電気熱変換体を用いたバブルジェット方式の特にサイドシュータ型（電気熱変換体の形成面に対し垂直に吐出するタイプ）について説明を行ってきた。しかし、本願発明はそれに限定されるものではない。たとえば、エッジシュータ型ヘッドといったタイプ（電気熱変換体の形成面に対し略平行に吐出するタイプ）のインクジェット記録ヘッドについても適用可能である。

本発明の第１の実施形態に係る記録ヘッドの記録素子基板と支持部材の状態を示した図である。本発明のインクジェット記録装置の構成の一例を示す模式斜視図である。本発明の実施形態である、記録ヘッドとインクタンクとが組み合わされた状態を示す斜視図である。本発明の実施形態である、記録ヘッドとインクタンクとが組み合わされる前の状態を示す斜視図である。図４に示した記録ヘッドの分解斜視図である。図５に示したインク供給ユニットおよび記録素子ユニットの分解斜視図である。図６に示した記録ヘッドの記録素子基板と吐出口列の配置を、記録媒体側からみた模式図である。図７に示した第１の記録素子基板を一部を破断して示した斜視図である。図７に示した第２の記録素子基板を一部を破断して示した斜視図である。従来の記録ヘッドの記録素子基板と支持部材の状態を示した図である。従来の記録ヘッドの記録素子基板と支持部材の状態を示した図である。図３に示した記録ヘッドとインクタンクの結合状態の断面図である。図３等に示した記録ヘッドにおける記録素子ユニットとインク供給ユニットとの結合体を示す斜視図である。図３等に示した記録ヘッドとインクタンクの結合した状態の底面を示す斜視図である。本発明の第１の実施形態に係る記録ヘッドの温度特性を示す図である。常温時と高温時における最大発泡の概念図である。本発明の第２の実施形態に係る記録ヘッドの温度特性を示す図である。本発明の第３の実施形態に係る記録ヘッドの支持部材の構造を示す図である。本願の背景技術となる、従来例の記録素子基板を支持部材上に搭載した状態で示す図である。本願の背景技術となる、従来例の隔壁が無い支持部材を用いた記録ヘッドを示す図である。

符号の説明

１記録素子基板
２支持部材
２ａ供給流路
２ｂ隔壁
３吐出口プレート
３ａ、３０３吐出口
４、３０４電気熱変換素子
５供給口
６、６ａ梁
７溝

Claims

同種の液体を吐出する複数の隣接した吐出口列と、各吐出口列に対応して形成された、前記同種の液体を供給する複数の液体供給口と、前記吐出口列から前記液体を吐出するための熱エネルギーを発生する電気抵抗素子とを有する記録素子基板と、
前記記録素子基板を支持する部材であって前記記録素子基板の前記複数の液体供給口に液体を供給する供給流路が設けられた支持部材と、を備えた液体吐出ヘッドを用いたインクジェット記録ヘッドにおいて、
前記支持部材の前記供給流路内に、前記吐出口列と直交する方向にて前記供給流路内の内壁同士を結ぶ形で形成された、前記記録素子基板における隣接する液体供給口同士の間の部分と接する梁を有することを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
前記供給流路内に前記梁が複数有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。
前記梁の前記記録素子基板側の、それぞれの前記液体供給口に対応する部分に凹形状部を有す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１から３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、該インクジェット記録ヘッドから記録液滴を記録媒体に吐出することにより記録を行うインクジェット記録装置。