CN103240995A - 液体排出记录头 - Google Patents

Abstract

一种液体排出记录头，其包括：元件基板，其包括被构造成排出液体的多个排出口和被构造成产生排出液体用的能量的多个能量产生元件；支撑构件，其被构造成支撑元件基板；第一构件，其被构造成支撑元件基板的在排出口所排列的排列方向上的端部，第一构件具有比支撑构件的热传导率小的热传导率；以及第二构件，其被构造成支撑元件基板的在与上述排列方向交叉的交叉方向上的端部，第二构件具有比支撑构件的热传导率小的热传导率并且第二构件具有比第一构件的热阻小的热阻。

Description

液体排出记录头

技术领域

本公开涉及排出液体的液体排出记录头。

背景技术

在通过排出诸如墨等液体进行记录的液体排出记录设备中，安装有液体排出记录头。液体排出记录头包括具有排出口的记录元件基板（元件基板）。液体排出记录设备通过将供给到记录元件基板的液体从排出口排出使得液体被附着到记录介质而进行图像记录。

近年来，通过增加设置在一个记录元件基板上的排出口列的长度和数量或者将多个记录元件基板沿着排出口列方向配置于液体排出记录头，已经提高了记录速度。

在日本特开2009-101578号公报中公开了这种液体排出记录头。图5A示出整行液体排出记录头，在该液体排出记录头中，均具有多个排出口列H1106的记录元件基板H1100（H1100a至H1100f）沿排出口列方向以交错方式配置于支撑板H1200，以形成与记录介质的宽度对应的排出口列。

图5B是沿着图5A的线VB-VB截取的液体排出记录头的局部截面图。从未示出的储液盒供给的液体流经设置于支撑板H1200的液体供给路径H1201a至H1201d，并且接着被供给到相应的记录元件基板H1100的液体供给口H1101a至H1101d。

当脉冲信号从液体排出记录设备主体发送到记录元件基板H1100上的加热器（记录元件）时，施加热能以从排出口排出液体，由此，进行图像记录。在记录过程中产生于记录元件基板H1100的热经由支撑板H1200散发到外部。

在日本特开2009-101578号公报中说明的液体排出记录头中，各记录元件基板H1100的外周部的温度趋向于比中央部的温度低，由此使记录元件基板H1100的面内温度分布不均匀。

产生上述现象的原因可以由记录元件基板H1100的中央部与外周部之间的热传递路径的不同来解释。

首先，将说明中央部的热传递。例如，由设置于记录元件基板H1100的加热器所产生的热在液体供给口H1101a和H1101b之间扩散，并且进一步地被传递到支撑板H1200的在液体供给口H1201a和H1201b之间的部分（图5B）。虽然液体供给路径H1201与液体接触，但是，由于液体的热传导率远比固体的热传导率低，因此，热几乎不传递到液体。热沿着排出口列方向在支撑板H1200中传递，并且最终经由长的传递路径扩散到支撑板H1200之外。

相反，在外周部，热从记录元件基板H1100的端部向支撑板H1200的外侧扩散而不会被液体供给路径H1201妨碍。为此，记录元件基板H1100的外周部的温度变得比记录元件基板H1100的中央部的温度低，这引起记录元件基板H1100的面内温度（temperature in the plane）不均匀。

通常，排出液体的量随着记录元件基板的温度的升高而增加。因此，如果记录元件基板的面内温度不均匀，则排出液体的量也变得不均匀。这引起记录图像的浓度不均匀，由此使图像品质劣化。特别地，当为了高速图像记录而增加每单位时间的输入热能时，记录元件基板的面内温度不均匀会进一步地增加。

相反，在日本特开2008-194940号公报中说明的液体排出记录头中，电阻器设置在支撑板的安装有记录元件基板的部分的周围。通过在监视设置于记录元件基板的温度传感器的同时从液体排出记录设备向相应的电阻器施加信号以在电阻器中适当地产生热，来控制各记录元件基板的温度。由于日本特开2008-194940号公报中的液体排出记录头采用了该结构，所以记录元件基板的外周部能够被加热。

然而，由于各记录元件基板的面内温度分布在与记录元件基板的排出口列方向交叉的方向上是不均匀的，所以即使记录元件基板的外周部被均匀地加热，记录元件基板的面内温度不均匀也未被降低。

具体地，记录元件基板在排出口列方向（与排出口列平行的方向）上的两端部（外周部）相对于中央部温度的温度下降值大于记录元件基板在与排出口列交叉的方向（与排出口列垂直的方向）上的两端部相对于中央部温度的温度下降值。为此，如果使排出口列方向上的温度分布均匀，则与排出口列交叉的方向上的两端部的温度过度地增加，结果，记录元件基板的面内温度不均匀未被降低。

上述两个方向上的这种温度分布的不同被认为是由于从最外记录元件到记录元件基板端部的距离在上述方向之间的不同和记录元件的配置的影响所产生的。然而，由于记录元件基板的电路的限制，难以调整上述距离和配置。

发明内容

本公开提供了一种液体排出记录头，其能够降低记录元件基板的面内温度不均匀并且能够记录浓度不均匀降低的高品质图像。

根据这里公开的方面的液体排出记录头包括：元件基板，其包括多个排出口和多个能量产生元件，所述多个排出口被构造成排出液体，所述多个能量产生元件被设置成与所述多个排出口对应以产生用于排出所述液体的能量；支撑构件，其被构造成支撑所述元件基板；第一构件，其被构造成支撑所述元件基板的在所述排出口所排列的排列方向上的端部，所述第一构件具有比所述支撑构件的热传导率小的热传导率；以及第二构件，其被构造成支撑所述元件基板的在与所述排列方向交叉的交叉方向上的端部，所述第二构件具有比所述支撑构件的热传导率小的热传导率并且所述第二构件具有比所述第一构件的热阻小的热阻。

通过下面参照附图对示例性实施方式的说明，本发明的其它特征将变得明显。

附图说明

图1A是根据第一实施方式的液体排出记录头的示意性立体图，图1B是从记录元件基板用的安装面观察的图1A中示出的液体排出记录头的示意性俯视图，图1C是沿着图1B的线IC-IC截取的液体排出记录头的示意性截面图，并且图1D是沿着图1B的线ID-ID截取的液体排出记录头的示意性截面图。

图2A是第一实施方式和比较例中的记录元件基板的L方向上的温度分布图，并且图2B是第一实施方式和比较例中的记录元件基板的W方向上的温度分布图。

图3A示出了根据第二实施方式的记录元件基板中的第一构件的热传导率与记录元件基板的L方向上的温度差之间的关系，并且图3B示出了第二实施方式的记录元件基板中的第二构件的热传导率与记录元件基板的W方向上的温度差之间的关系。

图4A是沿着图1B的线IC-IC截取的、根据第三实施方式的液体排出记录头的示意性截面图，并且图4B是沿着图1B的线ID-ID截取的、根据第三实施方式的液体排出记录头的示意性截面图。

图5A是日本特开2009-101578号公报中说明的液体排出记录头的示意性立体图，并且图5B是沿着图5A的线VB-VB截取的液体排出记录头的示意性截面图。

具体实施方式

第一实施方式

图1A是根据这里公开的第一实施方式的液体排出记录头100的示意性立体图。图1B是从记录元件基板1用的安装面观察的图1A的液体排出记录头100的示意性俯视图。图1C是沿着图1B的线IC-IC截取的液体排出记录头100的示意性截面图，并且图1D是沿着图1B的线ID-ID截取的液体排出记录头100的示意性截面图。为了说明第一实施方式，在图1B至图1D中，未示出下面说明的电配线基板30和树脂材料31。

根据第一实施方式的液体排出记录头100包括多个记录元件基板1、支撑板20（支撑构件）、电配线基板30以及液体供给构件40。

各记录元件基板1包括：记录元件13（图1D），其用作产生排出诸如墨等液体用的能量的能量产生元件；以及多个与记录元件13对应的排出口12。排列多个排出口12以形成排出口列12a，多个排出口列12a设置于一个记录元件基板1（图1B）。在第一实施方式中，诸如加热器等电热转换器被用作记录元件13。在第一实施方式的液体排出记录头100中，通过由电热转换器加热液体以形成气泡而从排出口12排出被供给的液体。

电配线基板30被设置成将外部电驱动信号施加到记录元件基板1。电配线基板30通过未示出的电连接构件被电连接到记录元件基板1。电连接构件涂覆有树脂材料31用于保护电连接构件不受外部冲击。

支撑板20包括液体供给路径21（图1C），经由液体供给路径21，液体被导入记录元件基板1，并且支撑板20支撑和固定记录元件基板1和电配线基板30。液体从未示出的记录设备主体经由管等被供给到液体供给构件40，并且经由支撑板20中的液体供给路径21被供给到记录元件基板1。

记录元件基板1沿排出口12的排列方向，即，沿排出口列12a的方向，以交错方式配置于支撑板20，由此形成了整行液体排出记录头100。在整行液体排出记录头100中，用于排出液体的排出口12与记录介质的整个宽度对应地配置。第一实施方式的液体排出记录头100包括9个记录元件基板1（1a至1i），并且具有大致为4英寸至6英寸的总记录宽度。通过增加记录元件基板1的数目，能够进一步地增加记录宽度。当通过未示出的传送单元沿图1A的W方向传送的记录介质通过液体排出记录头100的紧下方时，液滴从记录元件基板1a、1c、1e、1g和1i的排出口列12a排出，并且附着到记录介质。为了填充附着的液滴之间的间隙，接着从设置在记录元件基板1a、1c、1e、1g和1i之间的记录元件基板1b、1d、1f和1h的排出口列12a排出液滴，并且液滴附着到记录介质。重复这些操作以记录图像。

接着，将参照图1B至图1D更详细地说明第一实施方式。

如图1C和图1D所示，在各记录元件基板1中，例如，排出口板15设置于具有0.2mm至1.0mm的厚度的硅基板14。硅基板14包括由长的通槽形成的液体供给口11。硅基板14还包括排列有记录元件13的记录元件列，并且在各液体供给口11的每侧均设置有一个记录元件列。在排出口板15的排出口面15a中，排出口12设置在与相应记录元件13相对的位置处。在第一实施方式中，一个记录元件基板1包括四个液体供给口11、八个记录元件列和八个排出口列12a。

例如，支撑板20由碳化硅（SiC）形成，并且具有0.5mm至10mm的厚度。由于碳化硅的极好的机械性能和高的热传导率，碳化硅在散出记录元件13中所产生的热方面是有效的。支撑板20的材料不限于碳化硅，并且可以从其他材料中选择。根据所需性能，例如，可以使用便宜的氧化铝（Al₂O₃）。

支撑板20包括与记录元件基板1的液体供给口11对应的液体供给路径21。而且，支撑板20包括液体连接路径22，液体连接路径22在位于支撑板20的相邻位置的记录元件基板1之间连接液体供给路径21（图1B）。在记录元件基板1之中的设置于液体排出记录头100的两端部的记录元件基板1a和1i的外侧所设置的液体连接路径22被连接到液体供给构件40。冷却路径23设置于支撑板20。通过使冷却水等流经冷却路径23，改善了液体排出记录头100的散热性能。

现在将说明供给到液体排出记录头100的液体的流动。从液体排出记录设备主体供给的液体经由液体供给构件40被供给到设置于记录元件基板1a的图1B中的左侧的液体连接路径22。接着，液体按次序通过液体供给路径21和液体供给口11，供给到记录元件基板1a的记录元件13，并且从排出口12排出。供给到液体供给路径21的一部分液体流到记录元件基板1a的图1B中的右侧的液体连接路径22，并且类似地被供给到与记录元件基板1a相邻的记录元件基板1b。通过重复这些操作，液体被供给到记录元件基板1a至1i。

接着，将说明第一实施方式的特征部分。如图1B所示，在记录元件基板1被安装到支撑板20的状态下，其他构件被设置在记录元件基板1的外周部与支撑板20之间。第一构件51被设置在各记录元件基板1的外周部的在与排出口12的排列方向交叉的方向（在第一实施方式中是与排列方向垂直的方向）上，即，在图1B的W方向上延伸的边16的紧下方。第二构件52设置在记录元件基板1的在沿排出口12的排列方向的方向（在第一实施方式中是与排列方向平行的方向）上，即，在图1B的L方向上延伸的边17的紧下方。即，第一构件51支撑记录元件基板1在L方向上的两端部，第二构件52支撑记录元件基板1在W方向上的两端部。

第一构件51和第二构件52的热传导率低于支撑板20的热传导率。结果，记录元件基板1与支撑板20之间的热阻在记录元件基板1的外周部高于中央部。在第一实施方式中，第一构件51的厚度d1（垂直于排出口面15a的方向上的长度）是4mm，第二构件52的厚度d2是1mm（图1C和图1D）。

首先，将参照图1C说明第一实施方式中的记录元件基板1的L方向上的温度分布。第一构件51具有0.2W/mK的热传导率。相反，当支撑板20由碳化硅形成时，支撑板20的热传导率为160W/mK。

当使用第一实施方式的液体排出记录头100进行记录时，通过驱动被用作记录元件13的电热转换器所产生的热在各记录元件基板1的中央部被迅速地传递到具有高的热传导率的支撑板20。相反，在记录元件基板1的、设置有热传导率比支撑板20的热传导率低的第一构件51的外周部中热传递被抑制。

图2A示出了在设置有第一构件51的情况下和未设置第一构件51的情况（比较例）下，在记录之后，穿过记录元件基板1a的W方向上的中央部的记录元件基板1a的L方向上的温度分布。当未设置第一构件51时，记录元件基板1a在L方向上的两端部的温度降低，并且最高温度与最低温度之间的温度差ΔT是3.6°C。相反，当设置有第一构件51时，温度差ΔT是1.8°C。通过第一构件51，抑制了记录元件基板1a在L方向上的两端部的温度降低，由此改善了记录元件基板1a在L方向上的温度分布。

接着，将说明记录元件基板1在W方向上的温度分布。第二构件52具有50W/mK的热传导率，其高于第一构件51的热传导率。如上所述，支撑板20的热传导率是160W/mK。图2B示出了在设置有第二构件52的情况下和未设置第二构件52的情况（比较例）下，在记录之后，穿过记录元件基板1a的L方向上的中央部的记录元件基板1a的W方向上的温度分布。当未设置第二构件52时，最高温度与最低温度之间的温度差ΔT是1.5°C。相反，当设置有第二构件52时，温度差ΔT是1.4°C。通过第二构件52，抑制了记录元件基板1a在W方向上的两端部的温度降低，由此改善了记录元件基板1a在W方向上的温度分布。

当第二构件52由具有与第一构件51的热阻相同的热阻的材料形成时，记录元件基板1a在W方向上的两端部的温度升高，并且在W方向上的温度差ΔT是19.6°C，该温度差高于未设置第二构件52时的温度差。

如上所述，在第一实施方式中，第一构件51支撑记录元件基板1在L方向上的两端部。第二构件52支撑记录元件基板1在W方向上的两端部，并且具有比第一构件51的热传导率高的热传导率。这降低了在这些方向上在外周部与中央部之间的温度差的影响，由此改善了记录元件基板1的面内温度分布。结果，能够获得浓度不均匀降低的高品质图像。虽然在第一实施方式中第一构件51和第二构件52的热传导率是不同的，但只要第二构件52的热阻小于第一构件51的热阻就能够令人满意。

在第一实施方式中，记录元件基板1在边16和边17的交叉点处的四个顶点由第一构件51支撑。由于热易于在记录元件基板1的面内的顶点处散发，所以这些顶点不是由第二构件52支撑，而是由具有较低热传导率的第一构件51支撑。这能够进一步地改善记录元件基板1的面内温度分布。

在第一实施方式中，第一构件51由树脂材料形成。第二构件52由包含高热导性填料的树脂材料形成，并且能够通过填料的量来调整第二构件52的热传导率。具体地，聚亚苯醚（modified-Polyphenyleneether）或亚苯硫醚（polyphenylenesulfide）可以用作树脂材料。所述材料不限于此，可以选择具有合适的热传导率的材料。

在第一实施方式中，第一构件51的热传导率和第二构件52的热传导率仅是示例性的，并且可以根据支撑板20的材料和记录元件基板1的尺寸、结构及输入能量选择热传导率的最优组合。

虽然在第一实施方式中相对两边的热传导率被设定为相同，但它们也可以彼此不同。在这种情况下，取决于液体排出记录头100的结构，温度分布有时被进一步地改善。

虽然在第一实施方式中采用了整行液体排出记录头100，本公开也可以应用到通过以往复方式扫描液体排出记录头100而进行记录的头。

第二实施方式

接着，将说明根据本公开的第二实施方式的液体排出记录头100。

虽然第二实施方式的液体排出记录头100在结构上与图1中示出的第一实施方式的上述液体排出记录头100大致相同，但具有如下区别：记录元件基板1中的第一构件51的热传导率不同。

在第一实施方式中，与记录元件基板1a对应的第一构件51的热传导率和第二构件52的热传导率分别是0.2W/mK和50W/mK。相反，在第二实施方式中，第一构件51的热传导率在记录元件基板1a和记录元件基板1i（图1A）之间是不同的。在第二实施方式中，与记录元件基板1a对应的第一构件51的热传导率是0.2W/mK，并且与记录元件基板1i对应的第一构件51的热传导率是20W/mK。

图3A示出了记录元件基板1i中的第一构件51的热传导率与排出口12的排列方向（L方向）上的温度差ΔT之间的关系。第二构件52的热传导率是50W/mK。图3A示出了当记录元件基板1i中的热传导率是20W/mK时温度差ΔT最小。

将给出为何最优热传导率在记录元件基板1之间不同的原因的说明。如上所述，用于记录的液体首先被供给到记录元件基板1a，并且随后经由液体供给路径21和液体连接路径22被顺次供给到记录元件基板1b、1c、1d…。最终，液体被供给到记录元件基板1i。由记录元件13产生的热被部分地传递到液体。尽管热量少，但是热通过液体供给传播到位于液体流动方向上的下游侧的记录元件基板。因此，施加有由记录元件基板1a至1h产生的热的一部分的液体被供给到位于液体供给路径21的流动方向上的最下游侧的记录元件基板1i。因此，所产生的热的传递率在记录元件基板1a和1i之间是不同的，并且记录元件基板1中的温度分布在此二者之间也是不同的。因此，认为第一构件51的最优热传导率是变化的。

图3B示出了记录元件基板1i中的第二构件52的热传导率和在与排出口12的排列方向交叉的方向（W方向）上的温度差ΔT之间的关系。第一构件51的热传导率是0.2W/mK。与记录元件基板1a类似，当第二构件52的热传导率是50W/mK时，在W方向上的温度差ΔT最小，由此改善了记录元件基板1i的面内温度分布。

如上所述，与记录元件基板1a（第一元件基板）对应的第一构件51的热阻比与记录元件基板1i（第二元件基板）对应的第一构件51的热阻大，其中记录元件基板1i位于记录元件基板1a的通过液体供给路径21的流动的下游侧。由此，在液体从液体供给路径21顺次供给到多个记录元件基板1的液体排出记录头100中，能够消除各记录元件基板1的面内温度分布。

虽然在第二实施方式中仅说明了记录元件基板1a和1i，但是可以以类似方式设定用于记录元件基板1b至1h的最优热传导率。第一构件51和第二构件52双方的热传导率都可以改变，或者仅其中一方可以改变。

第三实施方式

接着，将参照图4A和图4B说明根据本公开的第三实施方式的液体排出记录头100。虽然第三实施方式的液体排出记录头100在结构上与第一实施方式大致相同，但具有如下区别：第一构件51的热传导率和第二构件52的热传导率被设定为相同，并且通过改变第一构件51的厚度和第二构件52的厚度来调整热阻。

图4A是沿着图1B的线IC-IC截取的第三实施方式的液体排出记录头100的示意性截面图，并且图4B是沿着图1B的线ID-ID截取的第三实施方式的液体排出记录头100的示意性截面图。图4A和图4B均示出了记录元件基板1a的截面图。

第一构件51具有与第一实施方式中采用的结构相同的结构，并且具有0.2W/mK的热传导率和4mm的厚度d1。然而，第二构件52的热传导率被设定为0.2W/mK，其等于第一构件51的热传导率。第二构件52的厚度d2被设定为第一实施方式的厚度的1/250，即4μm。

虽然记录元件基板1中的第二构件52的热传导率在第一实施方式中被设定为50W/mK，但是在第三实施方式中变为0.2W/mK。因此，第二构件52的厚度被调整到0.2/50=1/250。从而，在第三实施方式中第二构件52的热阻可以被设定为等于第一实施方式中第二构件52的热阻。

第二实施方式中的与记录元件基板1i对应的第一构件51的厚度能够以类似的方式被设定，并且与第二实施方式中设定的20W/mK对应，该厚度能够被调整到0.2/20=1/100，即10μm。在第三实施方式中厚度不同的第一构件51和第二构件52能够由例如树脂粘合材料或者树脂膜构件形成。

第三实施方式也能够降低在上述方向上外周部与中央部之间的温度差的影响由此改善记录元件基板1的面内温度分布。

而且，由于在第三实施方式中第一构件51和第二构件52能够由相同的材料形成，所以能够期待更简单的制造工艺。同样，由于能够通过厚度调整热阻，所以能够使用具有不同热传导率的各种材料，并且用于材料的选择范围扩大。

虽然已经参照示例性实施方式说明了本发明，但是应当理解，本发明不限于所公开的示例性实施方式。所附权利要求书的范围应符合最宽泛的解释，以包括所有这种变型、等同结构和功能。

Claims (7)

1.一种液体排出记录头，其包括：

元件基板，其包括多个排出口和多个能量产生元件，所述多个排出口被构造成排出液体，所述多个能量产生元件被设置成与所述多个排出口对应以产生用于排出所述液体的能量；

支撑构件，其被构造成支撑所述元件基板；

第一构件，其被构造成支撑所述元件基板的在所述排出口所排列的排列方向上的端部，所述第一构件具有比所述支撑构件的热传导率小的热传导率；以及

第二构件，其被构造成支撑所述元件基板的在与所述排列方向交叉的交叉方向上的端部，所述第二构件具有比所述支撑构件的热传导率小的热传导率并且所述第二构件具有比所述第一构件的热阻小的热阻。

2.根据权利要求1所述的液体排出记录头，其中，所述第一构件支撑所述元件基板的顶点，该顶点由所述元件基板的被所述第一构件支撑并沿着所述交叉方向延伸的边与所述元件基板的被所述第二构件支撑并沿着所述排列方向延伸的边交叉而形成。

3.根据权利要求1所述的液体排出记录头，其中，所述支撑构件支撑所述元件基板的除了所述元件基板的在所述排列方向上的端部和所述元件基板的在所述交叉方向上的端部以外的部分。

4.根据权利要求1所述的液体排出记录头，其中，所述支撑构件包括沿着所述排列方向配置的、用于将所述液体供给到所述元件基板的多个供给路径。

5.根据权利要求1所述的液体排出记录头，其中，多个所述元件基板沿着所述排列方向配置于所述支撑构件，

所述支撑构件包括被构造成将所述液体顺次地供给到多个所述元件基板的液体供给路径，

多个所述元件基板包括第一元件基板和第二元件基板，所述第二元件基板位于所述第一元件基板的在所述液体经过所述液体供给路径的流动方向上的下游侧，以及

被构造成支撑所述第一元件基板的在所述排列方向上的端部的所述第一构件的热阻比被构造成支撑所述第二元件基板的在所述排列方向上的端部的所述第一构件的热阻大。

6.根据权利要求1所述的液体排出记录头，其中，所述第二构件具有比所述第一构件的热传导率大的热传导率。

7.根据权利要求1所述的液体排出记录头，其中，所述第二构件在与所述元件基板的设置有所述排出口的排出口面垂直的方向上的长度比所述第一构件在该方向上的长度短。

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