CN104334355B - 液体喷出头和液体喷出设备 - Google Patents

Abstract

一种液体喷出头，其包括：第一支撑构件，其包括供给液体用的流路和与流路连通的开口；至少一个第二支撑构件，其包括与开口连通的独立液室，至少一个第二支撑构件沿着流路配置于第一支撑构件；以及记录元件基板，其包括能量产生元件和供给口，能量产生元件用于产生待用于喷出液体的能量，供给口用于将液体供给至能量产生元件，供给口与独立液室连通，记录元件基板由第二支撑构件的面向第一支撑构件的对向面的背面支撑。当能量产生元件的待输入单位喷出液滴体积的能量被定义成单位为μJ/pL的P时，第二支撑构件的位于记录元件基板和第一支撑构件之间的最短热传递路径的单位为K/W的热阻R满足以下表达式：R≥1.4/ln{0.525e^1.004P-0.372}^-1。

Description

液体喷出头和液体喷出设备

技术领域

本发明涉及优选地用于喷墨记录等领域的液体喷出头和使用该液体喷出头的液体喷出设备。

背景技术

近年来，喷墨打印机不仅用于家用打印用途，还用于办公和零售照片用的商业打印用途或诸如电路绘制和平板显示器制造等的工业用途，因此，喷墨打印机的用途广泛。当然，商用喷墨打印机的头需要具有高速打印性能，并且为了满足需求要以较高的频率进行喷墨。可选择地，为了实现高速打印，使用全幅头(full-linehead)，其中，记录头的宽度与记录介质的宽度相匹配并且设置有数量比传统喷出口的数量多的喷出口。通常，以在支撑构件上配置多个记录元件基板的方式构造全幅头。

通常，作为用于液体喷出头的喷墨方法，存在热方式和压电方式。热方式涉及通过施加热来使墨沸腾，以便利用由此引起的起泡力，而压电方式使用压电元件的变形力。在热方式的情况下，温度由于在喷出期间产生的热而改变，这会影响图像品质。其原因如下。当头的温度上升时，墨的温度也上升。墨的喷出量随着墨的温度的上升而改变，结果，在打印的初始阶段的打印浓度与在后面阶段的打印浓度不同。另一方面，在压电方式的情况下，由喷出操作产生的墨的温度变化小。所以，图像品质受到墨的温度变化的影响相对少。然而，在压电方式的情况下，特别地，在涉及通过使用压电元件的剪切变形(剪切模式)进行喷墨的方式中，在喷出过程中的能量效率低，因此，记录元件基板的发热量(calorificvalue)大。从而，墨的温度可能上升，这容易影响图像品质。

另一方面，为了利用高速打印性能，全幅头基本上需要进行连续操作。因此，在头被过度加热的情况下，与传统的串行头不同，不能通过暂停打印操作来提供冷却时间。在用使用热方式或剪切模式的压电方式形成的全幅头来进行高速打印的情况下，由于记录元件基板的发热量大，所以全幅头可能被过度加热。结果，墨的温度容易上升。

鉴于以上内容，至今已提出了在全幅头内通过使用强制对流设置冷却单元。图13A和图13B是分别示出传统的全幅头结构的示例的示意图。图13A是全幅头的立体图，图13B是沿着图13A的线13B-13B截取的局部截面图。如图13B所示，在支撑构件102内形成用于供给墨的流路103。流路103连接至墨盒和泵(未图示)。在头驱动期间，墨循环流过由墨盒、泵和流路103形成的循环路径。分布在流路103内的部分墨被供给各记录元件基板101，其余的墨循环而被再次供给至流路103。在各记录元件基板101内产生的热通过支撑构件102排至墨。因此，具有高热传导率的诸如氧化铝等的材料被用于支撑构件102。

但是，在图13A和图13B所示的允许墨循环以便冷却的构造中，存在如下问题：在支撑构件102内位于下游侧的墨的温度上升更多。其原因如下：墨从记录元件基板101接收的热随着墨被分配至支撑构件102内的下游侧而积聚，并且墨从记录元件基板101接收的热的总量在下游侧增加得更多。因此，在全幅头中，出现如下的另一个问题：在打印品中发生在记录介质的宽度方向上的浓度不均。在墨不循环的全幅头内也会发生同样的问题。其原因如下。即使在支撑构件内的流路具有尽头的情况下，在全幅头驱动期间，墨也被供给至位于下游侧的记录元件基板，因此，在支撑构件内形成如下的墨流：在该墨流从上游侧流向下游侧的同时，温度上升。

专利文献1提出一种允许制冷剂流体与墨分开地在头内流动以冷却各记录元件基板的头阵列单元(全幅头)。制冷剂流体和各记录元件基板之间的热传导效率被设为从制冷剂流体的上游侧至下游侧增大。因此，抑制了在制冷剂流体的下游侧的记录元件基板的温度上升，结果，也抑制下游侧的墨的温度上升。

专利文献2提出一种在头中的循环流路和用于记录元件基板的支撑板之间设置有绝热构件的全幅头。多个记录元件基板安装于支撑板的下表面，由板状构件制成的绝热构件粘接于支撑板的上表面。绝热构件的后表面固定于具有循环流路的头内的罐。用于将墨从循环流路供给记录元件基板的连通口设置为穿过绝热构件和支撑板。由于绝热构件的存在，防止了热从记录元件基板传递至墨，结果，也抑制了位于下游侧的墨的温度上升。

在专利文献1说明的头中，随着打印速度变得更快，位于制冷剂流体的下游侧的记录元件基板的温度上升，并且记录元件基板之间的温度差增大。此外，同时地，排至头外部的放热量增大，并且用于冷却制冷剂的热交换器大型化。因此，冷却用电力和头驱动用电力增加。

在专利文献2说明的头中，由于在支撑板中的热传导和小的热扩散阻力，所以热在记录元件基板之间传导，因此，在头的中央附近的记录元件基板的温度上升并且记录元件基板之间的温度差不能充分地减小。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2009-045905号公报

专利文献2：日本特开2009-137023号公报

发明内容

发明要解决的问题

本发明的一个目的在于提供一种液体喷出头，该液体喷出头即使在高速打印时也能够通过抑制记录元件基板之间的温度差保持高图像品质，并且能够抑制从头排出热。本发明的另一个目的在于提供一种液体喷出设备，该液体喷出设备在允许头中的墨循环的构造中，抑制头随着打印速度的增大而排出热。

用于解决问题的方案

根据本发明的示例性实施方式，提供一种液体喷出头，其包括：

第一支撑构件，其包括供给液体用的流路和与所述流路连通的开口；

至少一个第二支撑构件，其包括与所述开口连通的独立液室，所述至少一个第二支撑构件沿着所述流路配置于所述第一支撑构件；以及

记录元件基板，其包括能量产生元件和供给口，所述能量产生元件用于产生待用于喷出所述液体的能量，所述供给口用于将所述液体供给至所述能量产生元件，所述供给口与所述独立液室连通，所述记录元件基板由所述至少一个第二支撑构件的面向所述第一支撑构件的对向面的背面支撑，

其中，当所述能量产生元件的待输入单位喷出液滴体积的能量被定义成单位为μJ/pL的P时，所述至少一个第二支撑构件的位于所述记录元件基板和所述第一支撑构件之间的最短热传递路径的单位为K/W的热阻R满足以下表达式：

R≥1.4/ln{0.525e^1.004P-0.372}^-1。

从以下参照附图对示例性实施方式的描述，本发明的其他特征将变得明显。

附图说明

图1是根据本发明的第一实施方式的液体喷出头的示意性立体图。

图2是图1的液体喷出头的分解立体图。

图3A和图3B是图1的液体喷出头的截面图。

图4是示出支撑构件的内部结构的示意图。

图5A是记录元件基板的示意性立体图，图5B是记录元件基板的截面图。

图6是在增大每喷出口列的驱动频率的情况下供给到位于最下游侧的记录元件基板的液体的温度差ΔT_Ink的等高线图。

图7是液体喷出设备的供给系统的示意图。

图8是根据本发明的第二实施方式的液体喷出头的分解立体图。

图9是根据本发明的第三实施方式的液体喷出头的示意性截面图。

图10A、图10B、图10C、图10D和图10E是分别示出根据本发明的第四实施方式的绝热构件的示意图。

图11是示出各记录元件基板在流路的流向上的温度分布的图。

图12是示出在本发明的实施例1和实施例9中，记录元件基板的温度随时间的变化。

图13A是示出传统的液体喷出头的结构的示意图，图13B是示出传统的液体喷出头的结构的截面图。

具体实施方式

下面，参照附图详细说明本发明的示例性实施方式。注意，本发明的范围不限于下述的各种形状和配置等。同样地，尽管这些实施方式应用于使用热方式的液体喷出头，但是这些实施方式也可以应用于使用剪切模式的压电方式的液体喷出头。

第一实施方式的液体喷出头结构

图1示出了根据本发明的第一实施方式的、用于喷出诸如墨等的液体的液体喷出头5。图1示出的液体喷出头5是全幅头的示例性构造，其包括以交错的形状配置的记录元件基板1并且具有与记录介质的宽度对应的宽度(长度)。图2是图1的全幅头的分解立体图。图3A是沿着图1的线3A-3A截取的局部截面图，图3B是沿着图1的线3B-3B截取的截面图。

如从图中可知的，液体喷出头5包括支撑构件2(第一支撑构件)、多个绝热构件4(第二支撑构件)和多个记录元件基板1。绝热构件4以与各记录元件基板1对应的方式独立地配置，各绝热构件4配置于支撑构件2。绝热构件4分别通过在绝热构件4的两个表面4a和4b上引入粘合剂(未图示)与记录元件基板1以及支撑构件2接合，记录元件基板1由绝热构件4的表面4b支撑，表面4b与面向支撑构件2的对向面4a相对。

多个记录元件基板1在头的长边方向上以交错的形状配置于支撑构件2，在头的短边方向上也交替地彼此错开。记录元件基板1的配置不限于交错的配置。例如，记录元件基板1可以呈直线地配置或者可以配置成在头的长边方向上以预定的角度倾斜。

如图4所示，用于供给诸如墨等的液体的流路3在支撑构件2内设置成在支撑构件2的长边方向上曲折延伸(meander)。流入口7和流出口8设置在流路3的端部处。支撑构件2设置有与在绝热构件4内的独立液室6连通的分配口24。

优选地，支撑构件2由具有低热膨胀系数和高热传导率的材料制成。还期望支撑构件2具有防止全幅头弯曲的刚性和足以抵抗墨的耐腐蚀性。作为用于支撑构件2的材料，优选地，可以使用例如氧化铝、碳化硅或石墨。尽管支撑构件2可以由一个板状构件形成，但是由于能够在支撑构件2内形成三维的流路3，所以，支撑构件2优选地如图1所示由多层薄氧化铝层的层叠件制成。

图5A是记录元件基板1的示意性立体图，图5B是沿着图5A的线5B-5B截取的截面图。此处使用的术语“短边方向”和“长边方向”分别指的是图5A所示的方向。记录元件基板1采用热方式并且由形成有喷出口11的构件15和加热器板16形成。构件15包括发泡室12和用于喷出记录液滴的喷出口11。加热器板16包括四列供给口14和在与喷出口11对应的位置处独立地形成的八列发热体13。发热体13是如下的能量产生元件：其用于产生将记录液体从喷出口11喷出的喷出能量并且用于将喷出能量施加于记录液体。

电气配线(未图示)形成在加热器板16内。电气配线经由记录元件基板1的信号输入电极28电连接于独立地配置于头的FPC29的引线电极30。在此实施方式中，引线电极30由绝热构件4的安装有记录元件基板1的表面4b的、位于记录元件基板1的周围的空余部分(marginportion)支撑。引线电极30和记录元件基板1的信号输入电极28通过引线接合(wirebonding)31彼此电连接。当通过信号输入电极28从外部控制回路(未图示)向加热器板16输入脉冲电压时，发热体13被加热并且发泡室12内的墨沸腾，从而从喷出口11喷出墨液滴。在本实施方式中，如图3B所示，在各个记录元件基板1的长边方向上形成八个喷出口列(喷出口11的列)。

绝热构件4具有如下功能：防止从各个记录元件基板1产生的热传递至支撑构件2和在支撑构件2中流动的墨，并且抑制记录元件基板1之间的热传导。可以在支撑构件2上例如呈矩形形状地设置一个或两个绝热构件4，并且在各个绝热构件4上安装多个记录元件基板1。在上述构造中，可以容易地确保在安装于同一绝热构件4的记录元件基板1之间的位置间隔的精度，并且绝热构件4的数量变少，这会导致成本降低。可选择地，如图1所示，绝热构件4可以以支撑对应的记录元件基板1的方式独立地设置于支撑构件2。绝热构件4沿着流路3间隔配置，记录元件基板1设置于对应的绝热构件4。因此，可以大幅度地抑制记录元件基板1之间的热传导，从而可以抑制记录元件基板1之间的温度差(即，头内的温度差)。

参照图3A和图3B，绝热构件4包含允许流路3与喷出口11连通的至少一个独立的液室6。独立的液室6设置在与分配口24连通的位置并且通过狭缝孔(slithole)9与记录元件基板1的供给口14连通。因此，墨通过分配口24、独立的液室6和供给口14从流路3供给至喷出口11。

优选地，用于绝热构件4的材料具有低的热传导率并且具有相对于支撑构件2和记录元件基板1的小的线性膨胀系数差。具体地，用于绝热构件4的材料优选为树脂材料，特别地，通过将诸如二氧化硅微粒等的无机填料添加至作为基材的聚苯硫醚(PPS)或聚砜(PSF)来获得复合材料。当绝热构件4的相对于支撑构件2和记录元件基板1的线性膨胀系数差大时，存在如下的风险：在头驱动期间温度上升的情况下，在绝热构件4和记录元件基板1之间的界面4b处或者在绝热构件4和支撑构件2之间的界面4a处可能发生剥离。因此，在本实施方式中，通过在一个绝热构件4上仅安装一个记录元件基板1来减小绝热构件4的尺寸。但是，在线性膨胀系数差足够小的情况下，可以接合多个绝热构件4，并且将多个记录元件基板1安装在一个绝热构件4上。因此，可以在绝热构件4上安装至少一个记录元件基板1。

绝热构件4的热阻

绝热构件4的热阻R由表达式1确定。

$R=\{\frac{L1}{K1\·S1}+\frac{L2}{K2\·S2}+\frac{L3}{K3\·S3}\}$ …(表达式1)

其中：

K1：绝热构件4的热传导率

L1：绝热构件4的Z方向上的厚度

S1：绝热构件4和支撑构件2之间的粘合部(粘合剂)的粘合面积

K2：记录元件基板1和绝热构件4之间的粘合部(粘合剂)的热传导率

L2：记录元件基板1和绝热构件4之间的粘合部(粘合剂)的Z方向上的厚度

S2：记录元件基板1和绝热构件4之间的粘合部的粘合面积

K3：支撑构件2和绝热构件4之间的粘合部(粘合剂)的热传导率

L3：支撑构件2和绝热构件4之间的粘合部(粘合剂)的Z方向上的厚度

S3：支撑构件2和绝热构件4之间的粘合部(粘合剂)的粘合面积，并且

Z方向指的是绝热构件4在厚度方向上的尺寸(参见图3B)。

表达式1的前提是假设利用粘合剂使绝热构件4和记录元件基板1彼此直接粘接。在一些构件处于绝热构件4和记录元件基板1之间的情况下，将一些构件的热阻项添加至表达式1的左侧也是合适的。

在记录元件基板1和支撑构件2之间的绝热构件4的最短热传递路径的热阻R(K/W)被设为至少是通过以下表达式2获得的值。

R≥1.4/ln{0.525e^1.004P-0.372}^-1…(表达式2)

在表达式2中，P代表能量产生元件中的待输入单位喷出滴体积的能量(μJ/pL)。

以下将解释表达式2。在表1的条件下驱动图1所示的头并且将每喷出口列的驱动频率设为6.75kHz和1.80kHz的情况下，通过数值分析确定位于最下游侧的记录元件基板1的供给温度差ΔT_Ink。之后，当由等高线表示ΔT_Ink、由竖轴表示热阻R并且由水平轴表示能量P时，获得图6所示的图。从图6可知，当热阻R相对于能量P增大至预定值或者更大时，存在满足ΔT_Ink≤0的区域(即，尽管打印速度增大从而发热量增大，但是头的放热量不增大)。在图6中满足ΔT_Ink＝0的等高线与表达式2对应。以热阻R至少达到该值的方式确定热传导率、绝热构件4的厚度和独立液室6的形状。尽管图6示出了驱动频率达到6.75kHz的情况，但是在更高驱动频率的情况下也能够获得ΔT_Ink≤0。

如表达式2所表示的，为了确定热阻R，能量产生元件的待输入单位喷出滴体积的能量P是最重要的。能量P的倒数是单位能量能够喷出的液滴体积。换句话说，能量P的倒数意味着一次喷出操作的能量效率。在具有高能量效率的记录元件基板中，即使在以高速进行打印时，发热量也小，并且头内的温度差小。但是，在具有低能量效率的记录元件基板中，随着打印速度增大，发热量的增加越来越大，结果，头内的温度差变得更大。因而，热阻R的优选范围主要受能量P的影响。尽管提高记录元件基板的能量效率以减小高速打印期间头内的温度差的方法是有效的，但是当热阻R的值保持为小于表达式2时，在更高速的打印期间头内的温度差趋于增大。相反地，因为可以从根本上打破打印速度和头内的温度差之间的正相关性，所以将热阻R设为等于或大于本实施方式中的表达式2的值是有益的。

如上所述，在本实施方式的液体喷出头5中，与低速驱动期间相比，在高速驱动期间，使通过墨循环的方式排至位于记录设备主体侧的热交换器(冷却器)的热的量减小。其原因在于：与低速驱动期间相比，当以高速进行打印时，喷出的墨量增大，记录元件基板1和喷出的墨之间的热传递率增大，并且记录元件基板1和支撑构件2之间的绝热性增强。在传统的具有冷却机构的全幅头中，通常，当发热量随着打印速度增大而增大时，在记录设备主体侧所需要的冷却热值也增大。但是，在本实施方式的头中，能够获得如下的优良效果：当发热量随着打印速度增大而增大时，用于冷却记录设备主体的能量消耗以自控的方式减小。此外，能够简化液体喷出设备的主体的散热系统并且能够降低成本。

此外，通过将热阻R设为至少由表达式2计算出的值，可以减小记录元件基板1之间的温度差(头内的温度差)。绝热构件4还作为用于记录元件基板1的支撑基板，因此，记录元件基板1中产生的热在用于支撑记录元件基板1的绝热构件4的表面4b附近被隔绝，因而不太可能被传递至支撑构件2。这还能够抑制在分配口24附近的支撑构件2中的温度上升，并防止墨在分配口24附近被加热。因此，抑制了流路3的上游侧和下游侧之间的温度差。这减小了供给至各记录元件基板1的墨的温度差，即使在高速打印等期间记录元件基板1的发热量大的情况下，也能够减小头内的温度差。因此，即使是长的全幅头，在高速打印期间也能够获得很少有不均匀的图像品质。

记录元件基板1和支撑构件2之间的绝热构件4的最短热传递路径的热阻R优选地为2.5(K/W)或更大，更优选地为12.4(K/W)或更大。这样，即使在每次喷出所需要的能量(以下有时称为“喷出能量”)高的情况下，也能够减小头内的墨的温度差，而不会增大排至头外部的热的量。因此，可以以高速打印诸如照片等的尤其要求高的图像品质的打印图像。

还优选地，绝热构件4的热阻R以在头的长边方向的两端部比中央部大的方式在头内分布。因为头的两个端部排至周围环境的热比其它部分排至周围环境的热大，所以头的两个端部的温度容易变低。因此，通过将两个端部的热阻R设为比其它部分的热阻R高，可以进一步抑制记录元件基板1之间的温度差。

当在1.8kHz或更低的驱动频率下驱动喷出口11时，待从发热体(能量产生元件)13施加于墨的单位时间喷出能量被定义为Q，从作为产生源的发热体13传递至支撑构件2的单位时间排热量被定义为Q’。以使得喷出能量Q和排热量Q’之间的比率Q/Q’为5.1或更大的方式来确定绝热构件4的热传导率和厚度以及独立液室6的形状。

当比率Q/Q’被设为5.1或更大时，各记录元件基板1的大部分发热量被传递至待喷出的墨，并且从记录元件基板1传递至支撑构件2中的墨的热的量显著减小。因此，在流路3的上游侧接收了热而被加热的墨被供给至在下游侧的记录元件基板1的现象变得不太可能发生，能够减小头内的墨的温度差。因此，即使在最大载荷下，也不容易发生不均匀。

比率Q/Q’根据记录元件基板1的每喷出口列的驱动频率而变化，并且在驱动频率增大时增大。其原因如下：记录元件基板1中的喷墨流速由于驱动频率的增大而增大，从而记录元件基板1和喷墨之间的热传递率增大。因此，在每喷出口的驱动频率低至1.8kHz或更低的情况下，当比率Q/Q’为5.1或更大时，即使在比1.8kHz高的高速驱动频率下喷出能量Q增大，比率Q/Q’也会增大，从而抑制了排热量Q’的增大。因此，能够抑制头内的墨的温度差的增大。

优选地，比率Q/Q’被设为13.6或更大。能够进一步减小头内的墨的温度差，能够在高速下打印诸如照片等尤其要求高的图像品质的打印图像，同时抑制肉眼可辨的不均匀。

独立液室6的形状影响绝热构件4和支撑构件2之间的接触面积以及在喷出驱动期间独立液室6内的墨的流动，从而影响热阻R和排热量Q’的值。但是，只要热阻R满足表达式2且比率Q/Q’为5.1或更大，则对独立液室6的形状没有限制。注意，当头填充有墨时，独立液室6内会产生气泡，因此，图3A所示的独立液室6的形状为从容易移除气泡的观点出发的优选形状中的一种。在图3A中，在图中的向下方向与铅垂向上的方向对应，并且独立液室6为锥形。因此，借助于浮力容易使独立液室6中积聚的气泡排至流路3。

与所有记录元件基板1均相关的，通过将在最大载荷下的驱动期间的、传递至支撑构件2的排热量Q’设为由表达式3确定的值，头内的墨的温度差能够被充分地减小至不会发生肉眼可辨的不均匀的程度。被传递至支撑构件2的排热量可以比排热量Q’小。

$Q^{,}=\frac{(\mathrm{\ΔVd}/\mathrm{Vd})\·\mathrm{Cp}}{(C/100)\·\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{(F+f(N-n+1))}^{-1}}$ …(表达式3)

Vd：从一个喷出口喷出的每次喷出操作的喷出量(ng)

C：Vd的温度系数(％/K)

ΔVd：引起肉眼可辨的不均匀的Vd的偏差(ng)

Cp：墨的比热(W/g/K)

F：流路的出口处的墨的流速(g/s)

(*在墨在头内不循环的情况下，F＝0)

f：在最大载荷下的驱动期间每记录元件基板的喷出量(g/s)

N：记录元件基板的总数

如下地获得该表达式。如图4所示，在流路3中的墨流向上与第(n-1)个记录元件基板1对应的绝热构件4被定义为绝热构件A_n-1，与第n个记录元件基板1对应的绝热构件4被定义为绝热构件A_n。绝热构件A_n-1与支撑构件2接触的表面被定义为墨区域I_n-1，绝热构件A_n与支撑构件2接触的表面被定义为墨区域I_n，在墨区域I_n-1中的墨的平均温度被定义为T_n-1，在墨区域I_n中的墨的平均温度被定义为T_n。当排热量Q’通过绝热构件A_n-1从第n-1个记录元件基板1传递至支撑构件2时，T_n和T_n-1之间的温度差由以下表达式表示：

T_n-T_n-1＝Q’/(Cp·f_n)…(表达式⁴)。

在表达式4中，f_n代表墨区域I_n中的墨流速。在最大载荷下的驱动期间，头内的墨的温度差变得最大，流路3的墨的流速通过从各记录元件基板1喷出的墨量朝向下游侧减小，因此，墨区域I_n中的墨流速f_n由以下表达式表示：

f_n＝F+f·(N-n+1)…(表达式5)。

当将表达式5代入表达式4中，并且n被从1开始连续代入时，获得以下内容：

T₁-T₀＝Q’/Cp/(F+f·N)

T₂-T₁＝Q’/Cp/(F+f·(N-1))

T₃-T₂＝Q’/Cp/(F+f·(N-2))

T₄-T₃＝…

当以上表达式被求和至n＝N时，获得表达式6。

$T_N-T_0=Q^{,}/\mathrm{Cp}\·\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\{F+f(N-n+1)\}}^{-1}$ …(表达式6)

另一方面，引起肉眼可辨的不均匀的温度差能够通过以下表达式表达：

ΔT＝ΔVd/Vd/(C/100)…(表达式7)。

当表达式6的左侧比表达式7的左侧大时，在图像中产生肉眼可辨的不均匀。因此，从表达式6和表达式7可知，即使在最大载荷下的驱动期间也不会引起肉眼可辨的不均匀的排热量Q’的最大值由以下表达式确定。

$Q^{,}=\frac{(\mathrm{\ΔVd}/\mathrm{Vd})\·\mathrm{Cp}}{(C/100)\·\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{(F+f(N-n+1))}^{-1}}$ …(表达式3)

获得以上表达式3。

记录驱动操作的说明

然后，说明在驱动如上所述的液体喷出头5的情况下的具体操作。首先，参照图7，说明包括液体喷出头5的液体喷出设备32的构造。

与温度调节罐20连通的树脂管26与液体喷出头5的流入口7连接，与循环泵17连通的管27与液体喷出头5的流出口8连接。管26和27形成设置在液体喷出头5的外部的墨循环路径26和27，循环泵17形成设置在液体喷出头5的外部的墨循环单元17。温度调节罐20与热交换器33连接，以便换热。温度调节罐20用于将墨供给至液体喷出头5并且将通过循环泵17回流的墨保持在预定的温度。温度调节罐20包括外部气体连通孔(未图示)并且能够将墨中的气泡排至外部。

供给泵18能够将从墨盒21供给的并且通过过滤器19移除了异物的墨传递至温度调节罐20。此外，供给泵18能够将与通过打印从液体喷出头5喷出的墨量相同的墨量供给至温度调节罐20。墨盒21还与冷却器22连接，以便换热。当冷却器22被驱动时，墨盒21中的墨被冷却，以降低液体喷出头5的流入口7处的墨供给温度，并且能够将墨供给至流路3。优选地，墨的头输入温度比常温(例如，25℃)低。

在本实施方式中，大部分热从喷出的墨排出，因此，记录元件基板1和喷出的墨的温度变高。当墨的温度变高时，存在如下的风险：取决于墨的种类，可能会发生诸如墨组合物的劣化和在喷出口附近的墨的粘着等的不期望的现象。通过使墨冷却，防止从液体喷出头5喷出的墨的温度过度上升，能够抑制诸如墨组合物的劣化和在喷出口附近的墨的粘着等的不期望的现象。

FPC29安装于液体喷出头5并且与各记录元件基板1的信号输入电极28电连接。通过根据图像数据将喷出信号从外部控制电路(未图示)经由FPC29输送至各记录元件基板1的发热体13，使墨从喷出口11喷出并进行打印操作。

当墨从记录元件基板1喷出时，发热体13产生的大多数热被传递至待要喷出的墨。剩余的热被传递至记录元件基板1，然后传递至绝热构件4，并传递至支撑构件2和流路3中的墨。因此，不能完全阻止整个液体喷出头5的温度上升。

在头驱动期间记录元件基板1所产生的所有发热量中，通过去除传递至喷出的墨的喷出能量Q而得到的剩余排热量Q’经由绝热构件4和密封剂(未图示)被传递至支撑构件2，然后被传递至流路3中的墨。在这种情况下，密封剂用于密封各记录元件基板1的信号输入电极28和FPC29的引线端子30之间的线接合部31，并且被配置为连接FPC29和绝热构件4。

具有从位于流路3的最上游侧的记录元件基板1吸收的热的墨流过流路3，同时墨的温度上升，并且进一步吸收随后的记录元件基板1的分配口24内的热。因此，墨从各记录元件基板1吸收热并且墨的温度在流路3中上升，因而，被供给至记录元件基板1的墨的温度朝向下游侧越来越高，这引起上游侧和下游侧之间的记录元件基板1的温度差(即，头内的温度差)。

在本实施方式的液体喷出头5中，从记录元件基板1至喷出的墨的喷出能量Q被设为从记录元件基板1至支撑构件2的排热量Q’的10倍或更大，因而，传递至支撑构件2中的流路3的热量为总发热量的1/11或更小。因此，能够抑制流路3中的墨的温度上升。因此，能够减小头内的墨的温度差，并且能够将头内的墨的温度上升抑制在不会发生不均匀的范围内。

当在头驱动期间允许流路3中的墨通过图7的循环泵17的操作而循环时，积聚在流路3中的墨被排出并且新的墨通过流入口7被供给至头内。因此，能够降低头的温度。

第二实施方式

图8是本发明的第二实施方式的液体喷出头5的分解图。从图8可知，端子支撑体25设置于支撑构件2并且设置在与支撑构件2相邻的绝热构件4之间。端子支撑体25被配置为对与记录元件基板1的信号输入电极28电连接的FPC29的引线端子30进行支撑。端子支撑体25的弹性模量被设为比绝热构件4的弹性模量高。在第一实施方式中，引线端子支撑部设置在用于支撑记录元件基板1的绝热构件4的表面4b的空余部分。因此，在绝热构件4具有低弹性模量的情况下，绝热构件4在引线接合连接(wirebondingconnection)期间变形，并且引线连接可能会不充分。相反地，在第二实施方式中，具有比绝热构件4的弹性模量大的弹性模量的端子支撑体25支撑引线端子30，因此，能够增大引线接合连接的可靠性。

第三实施方式

如图9所示，从独立液室6分隔出的空间部10设置在绝热构件4内。在这种情况下，能够增强绝热构件4的绝热并且能够增大热阻R以及比率Q/Q’。在全幅头进行传统冷却的情况下，根据技术常识，设置空间部10会成为阻碍冷却的因素。但是，在第三实施方式的全幅头中，反而获得了有益的效果。因此，在第三实施方式中，能够进一步减小头内的墨的温度差。

第四实施方式

在本发明的第四实施方式的液体喷出头中，记录元件基板1根据绝热构件4的热阻R而与其它构件绝热，因此，取决于待输入单位喷出液滴体积的能量P的值(μJ/pL)，第四实施方式的液体喷出头以比通常的液体喷出头的温度高的温度被驱动。在这种情况下，为了保持打印待机期间的温度和驱动期间的温度之间的小温度差，有必要通过设置于记录元件基板1的副加热器控制打印待机期间的记录元件基板1的温度。但是，在调温待机期间，独立液室6内的墨积聚并且墨的温度通过接收记录元件基板1的副加热器产生的热而上升。因此，当打印恢复时，温度已经上升了的墨接收从记录元件基板1产生的热，从而墨的温度进一步上升，并且记录元件基板1的温度上升。在这种情况下，当继续喷出时，独立液室中的热墨的量减少，记录元件基板1的温度最终下降。但是，当记录元件基板1的温度极过度地上升时，尽管这只是瞬态的，也可能会扰乱墨的喷出状态，或者可能会使记录元件基板1的驱动器IC电路操作异常。即使在温度上升的量不是那样大的情况下，假设用于诸如重复地打印相同的多个图像等的商业用打印时，需要减小打印图像之间的温度差，以保持图像的品质均衡。

为了解决上述问题，如图10A至图10E所示，在纸张输送方向上或喷出口列方向上的绝热构件4中的独立液室6的宽度被设为3mm或更大。图10A和图10B均图示了在绝热构件4中仅设置有一个独立液室6的构造，图10C和图10D图示了在绝热构件4中设置有两个独立液室6的构造。

在使用上述绝热构件4的情况下，如图10E所示，一个独立液室6被配置为跨过记录元件基板1的多个供给口14。这样，使得在打印待机期间独立液室6内容易发生自然对流，能够抑制独立液室6内的墨的温度上升。因此，当打印恢复时，能够抑制记录元件基板1的瞬态升温。当在纸张输送方向上或喷出口列方向上的绝热构件4中的独立液室6的宽度为3mm或更小时，独立液室6内的对流速度减小，因此，不能有效地抑制瞬态升温。

实施例1

如实施例1，在将图1的液体喷出头5与图7所示的墨循环路径26、27连接并且在表1所示的条件下驱动液体喷出头5的情况下，进行数值分析。如图5A和图5B所示，记录元件基板1设置有八个喷出口列，使得这八个列相对于记录图像被均等地分散驱动，从而驱动喷出。

在实施例1中，通过将二氧化硅填料添加至PPS获得的材料(热传导率：0.8(W/m/K))被用作绝热构件4，绝热构件4的热阻R被设为31.0(K/W)。

在数值分析中，九个记录元件基板1安装于液体喷出头5，氧化铝被用作支撑构件2的材料。考虑了在各记录元件基板1和绝热构件4之间的与厚度45μm的树脂粘合剂(热传导率0.2(W/m/K))对应的热阻。考虑了在各绝热构件4和支撑构件2之间的与厚度75μm的粘合剂对应的热阻。忽略了辐射到空气中的热。

比较例1

除了将实施例1中的绝热构件4的热传导率设为48(W/m/K)并且将实施例1中的热阻R设为0.5(K/W)之外，在与实施例1的尺寸和条件相同的尺寸和条件下进行驱动的情况下，进行数值分析。忽略了各绝热构件4和支撑构件2之间的热阻。

比较例2

除了将实施例1中的由氧化铝制成的绝热构件4与支撑构件2形成为一体并且将实施例1中的热阻R设为1.0(K/W)之外，在与实施例1的尺寸和条件相同的尺寸和条件下进行驱动的情况下，进行数值分析。考虑了在各记录元件基板1和绝热构件4之间的与厚度5μm的树脂粘合剂对应的热阻。

实施例2

除了将实施例1中的绝热构件4的热传导率设为10(W/m/K)并且将实施例1中的热阻R设为2.5(K/W)之外，在与实施例1的尺寸和条件相同的尺寸和条件下进行驱动的情况下，进行数值分析。

实施例3

除了将实施例1中的绝热构件4的热传导率设为5(W/m/K)并且将实施例1中的热阻R设为5.0(K/W)之外，在与实施例1的尺寸和条件相同的尺寸和条件下进行驱动的情况下，进行数值分析。

实施例4

除了将实施例1中的绝热构件4的热传导率设为2(W/m/K)并且将实施例1中的热阻R设为12.4(K/W)之外，在与实施例1的尺寸和条件相同的尺寸和条件下进行驱动的情况下，进行数值分析。

实施例5

除了将绝热构件4的重力方向上的厚度设为实施例1中的绝热构件4的重力方向上的厚度的3/5并且将热阻R设为18.6(K/W)之外，在与实施例1的尺寸和条件相同的尺寸和条件下进行驱动的情况下，进行数值分析。

实施例6

除了将绝热构件4的重力方向上的厚度设为实施例1中的绝热构件4的重力方向上的厚度的4/5并且将热阻R设为24.8(K/W)之外，在与实施例1的尺寸和条件相同的尺寸和条件下进行驱动的情况下，进行数值分析。

实施例7

除了提供如图9所示在绝热构件4中的空间部并且将实施例1中的热阻R设为65.5(K/W)之外，在与实施例1的尺寸和条件相同的尺寸和条件下进行驱动的情况下，进行数值分析。

实施例8

除了将实施例1中的绝热构件4的热传导率设为0.2(W/m/K)并且将实施例1中的热阻R设为124.0(K/W)之外，在与实施例1的尺寸和条件相同的尺寸和条件下进行驱动的情况下，进行数值分析。

图11示出了实施例1和比较例1中的记录元件基板11的长边方向上的表面温度分布的数值分析的结果。通过对图5A和图5B的记录元件基板1的四列分配口24的长边方向上的温度分布进行平均，计算各记录元件基板1的温度分布。在图11中，左侧与流入口7对应，墨朝向右侧流动通过流路3。从图11可知，在比较例1中，尽管在流路3的上游侧的记录元件基板1的温度低，但是越靠近下游侧的记录元件基板1的温度上升得越多，头内的墨的温度差达到约13.5℃。相反地，在实施例1中，由于绝热构件4的功能，抑制了传递至支撑构件2的热量。因此，记录元件基板1之间的温度差小，头内的墨的温度差大幅度地减小至约4.1℃或更小。在实施例4中，尽管墨上游侧的记录元件基板1的温度比比较例1的墨上游侧的记录元件基板1的温度高，但是例如通过驱动图7的冷却器22降低墨供给温度，能够降低墨上游侧的记录元件基板1的温度。

表2和表3示出了比率Q/Q’、通过对九个记录元件基板1的排热量Q’求和获得的值(总量Q’)、头内的温度差和由头内的温度差引起的喷出量的改变(ΔVd/Vd)。表2示出每喷出口列的驱动频率为1.8(kHz)的情况，表3示出每喷出口列的驱动频率为6.75(kHz)的情况。Vd的温度系数C的值被设为0.92(％/K)。通过流路3的流出口8和流入口7之间的墨温度差计算确定从记录元件基板1排至支撑构件2的总排热量Q’。

基于不会引起待被记录的图像的肉眼可辨的不均匀的喷出液滴的体积改变(ΔVd/Vd)能够确定头内的墨的可容许的温度差。表2和表3示出了在图像品质的判定基准为ΔVd/Vd<10％的情况下，基于是否能够肉眼辨别打印出的图像的不均匀来确定图像品质的结果。在表2和表3中，在ΔVd/Vd≤5％的情况下，获得了与照片图像品质对应的高图像品质，因此，在图像品质栏中的说明为“优”。

因为当每喷出口列的驱动频率为6.75kHz时，头内的墨的温度差大，所以比较例1和2不能满足图像品质的判定基准，反之，在实施例1至8中获得满足图像品质的判定基准的高品质的图像。特别地，在热阻R为12.4以上的实施例1和实施例4至8的情况下，获得高图像品质。因此，在具有本实施方式的构造的液体喷出头5中，即使在高速驱动期间也能够减小头内的温度偏差，因此，能够获得高品质的记录图像。

在实施例1至8和比较例1和2中，喷出能量被设为0.5(μJ/bit)，因此，即使在高速打印期间只要在表达式2的基础上热阻R满足R≥2.0(K/W)，排至头的外部的排热量也不增加。实际上，当在表2和表3中关注总排热量Q’、即排至记录设备主体侧的排热量时，可以理解的是，与在满足R≥2.0的实施例1至8中低速驱动期间的排热量相比，在发热量较大的高速驱动期间排热量较小。在传统的、具有冷却机构的全幅头中，通常，当发热量随着打印速度的增大而增大时，记录设备主体侧所需的冷却热量也增大。相反地，在本实施方式的液体喷出头5中，能够获得以下良好效果：与发热量随着打印速度增大而增大相伴地，记录设备主体侧所需要的冷却热量以自控的方式减小。因此，在本实施方式的喷墨全幅头中，能够减小头内的墨的温度差，此外，也能够减小用于冷却记录设备主体的能量消耗。

由实施例1和7之间的比较可知，在实施例7中更能够抑制排至记录设备主体侧的排热量，其中，在绝热构件4中设置有空间部。

[表1]

图像尺寸	L-尺寸
		打印速度(PPM)横向进给	80，300
每喷出口列的驱动频率(kHz)	1.8，6.75
		打印载荷(％)	130％
图像分辨率(dpi)	1,200
		液滴体积(pL)	2.8
喷出能量(μJ/bit)	0.5
		墨循环量(mL/min)	25
墨供给温度(℃)	26.85
		墨比重	1.08

[表2]

[表3]

实施例9

除了绝热构件4的形状被设为图10A和图10B所示的形状之外，以与实施例1的尺寸和构造相同的尺寸和构造生产液体喷出头。在打印待机期间通过副加热器将各记录元件基板的温度控制为55℃、并且将各记录元件基板1保持300秒再恢复打印之后在表1所示的条件下对头进行驱动的情况下，测量记录元件基板1的温度随着时间的变化。图12示出了温度与数值分析计算值的变化。在数值分析中，分析条件如下设定：在考虑了重力和密度随着温度的变化的情况下，重新产生自然对流。实施例1和9的测量值均呈现出温度以预定周期迅速下降的轮廓。其原因在于：在测量期间，反复打印4"×6"的相同图像并且在图像之间的空白部分暂停打印。在数值分析中，在不设置暂停时间地连续打印的条件下进行计算。因此，严格来说，条件与在测量期间的条件不同。但是，从图12可知，通过数值分析获得的计算值与测量值匹配得很好。

在实施例9中，独立液室6的宽度被设为比实施例1的宽度大，因此，在调温待机期间独立液室6内发生对流，并抑制了墨的温度上升。另一方面，在实施例1中，独立液室6的宽度小，不容易发生对流，因此，在独立液室6中墨的温度上升。因此，在实施例1中，在打印恢复期间发生瞬态升温。相反地，在实施例9中，可以理解的是，大幅度地抑制了温度上升的量。因此，多个打印图像之间的温度差小，并且图像的品质保持得更一致。

尽管已经参照示例性实施方式描述了本发明，但是应理解，本发明不限于所公开的示例性实施方式。权利要求书的范围应符合最宽泛的阐释，以包含所有这样的变型、等同结构和功能。

本申请要求2012年6月18日提交的日本专利申请No.2012-136866和2013年4月5日提交的日本专利申请No.2013-079508的优先权，其全部内容通过引用合并于此。

Claims (16)

1.一种液体喷出头，其包括：

第一支撑构件，其包括供给液体用的流路和与所述流路连通的开口；

至少一个第二支撑构件，其包括与所述开口连通的独立液室，所述至少一个第二支撑构件沿着所述流路配置于所述第一支撑构件；以及

记录元件基板，其包括能量产生元件和供给口，所述能量产生元件用于产生待用于喷出所述液体的能量，所述供给口用于将所述液体供给至所述能量产生元件，所述供给口与所述独立液室连通，所述记录元件基板由所述至少一个第二支撑构件的面向所述第一支撑构件的对向面的背面支撑，

所述液体喷出头其特征在于，

其中，当所述能量产生元件的待输入单位喷出液滴体积的能量被定义成单位为μJ/pL的P时，所述至少一个第二支撑构件的位于所述记录元件基板和所述第一支撑构件之间的最短热传递路径的单位为K/W的热阻R满足以下表达式：

R≥1.4/ln{0.525e^1.004P-0.372}^-1。

2.根据权利要求1所述的液体喷出头，其中，所述第一支撑构件包括流入口和流出口，所述流入口用于允许所述液体流入所述流路，所述流出口用于允许所述液体从所述流路流出，从所述流出口流出的所述液体通过设置在所述液体喷出头的外部的循环路径流入所述流入口。

3.根据权利要求1所述的液体喷出头，其中，多个所述第二支撑构件沿所述第一支撑构件的长边方向配置。

4.根据权利要求1所述的液体喷出头，其中，所述流路在所述第一支撑构件的长边方向上曲折延伸。

5.根据权利要求1所述的液体喷出头，其中，当在1.8kHz或更低的驱动频率下驱动所述能量产生元件时，待从所述能量产生元件施加于所述液体的、单位时间的喷出能量Q与待从作为产生源的所述能量产生元件传递至所述第一支撑构件的、单位时间的排热量Q’之间的比率Q/Q’为5.1或更大。

6.根据权利要求2所述的液体喷出头，其中，在对所有所述记录元件基板的最大负载下的驱动期间，待从作为产生源的所述能量产生元件传递至所述第一支撑构件的、单位时间的排热量Q’由以下表达式确定：

$Q^{,}=\frac{(\mathrm{\&Delta;}Vd/Vd)\&CenterDot;Cp}{(C/100)\&CenterDot;\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{(F+f(N-n+1\left)\right)}^{-1}}$

其中，Vd表示从一个喷出口喷出的每次喷出操作的喷出量，其单位为ng；

C代表Vd的温度系数，其单位为％/K；

ΔVd代表引起肉眼可辨的不均匀的Vd的偏差，其单位为ng；

Cp代表所述液体的比热，其单位为W/g/K；

F代表所述流路的出口处的所述液体的流速，其单位为g/s；

f代表在最大载荷下的驱动期间每记录元件基板的喷出量，其单位为g/s；以及

N代表所述记录元件基板的总数。

7.根据权利要求1所述的液体喷出头，其中，位于所述液体喷出头的沿所述液体喷出头的长边方向的两个端部的、所述至少一个第二支撑构件的热阻R比位于所述液体喷出头的沿所述液体喷出头的长边方向上的中央部的、所述至少一个第二支撑构件的热阻R大。

8.根据权利要求1所述的液体喷出头，其中，所述至少一个第二支撑构件包括从所述独立液室分隔出的空间部。

9.根据权利要求1所述的液体喷出头，其中，设置于所述至少一个第二支撑构件的所述独立液室在配置有喷出所述液体用的喷出口的列方向上具有3mm或更大的宽度。

10.根据权利要求1所述的液体喷出头，其中，设置于所述至少一个第二支撑构件的所述独立液室在纸张输送方向上具有3mm或更大的宽度。

11.根据权利要求1所述的液体喷出头，其中，该液体喷出头还包括在所述第一支撑构件上的、位于与所述至少一个第二支撑构件相邻的位置的端子支撑体，所述端子支撑体支撑与所述记录元件基板的信号输入电极电连接的引线端子并且具有比所述至少一个第二支撑构件的弹性模量大的弹性模量。

12.一种液体喷出设备，包括：

根据权利要求1所述的液体喷出头；以及

用于冷却供给至所述流路的所述液体的冷却器。

13.一种液体喷出头，其包括：

第一支撑构件，其包括供给液体用的流路和与所述流路连通的多个开口；

至少一个第二支撑构件，其配置于所述第一支撑构件；以及

多个记录元件基板，其均包括能量产生元件，所述能量产生元件用于产生待用于喷出所述液体的能量，所述多个记录元件基板配置在所述至少一个第二支撑构件的配置有所述第一支撑构件的表面的背面上，

所述液体喷出头其特征在于，

其中，当所述能量产生元件的待输入单位喷出液滴体积的能量被定义成单位为μJ/pL的P时，所述至少一个第二支撑构件的位于各个所述记录元件基板和所述第一支撑构件之间的最短热传递路径的单位为K/W的热阻R满足以下表达式：

R≥1.4/ln{0.525e^1.004P-0.372}^-1。

14.根据权利要求13所述的液体喷出头，其中，所述第一支撑构件包括流入口和流出口，所述流入口用于允许所述液体流入所述流路，所述流出口用于允许所述液体从所述流路流出，从所述流出口流出的所述液体通过设置在所述液体喷出头的外部的循环路径流入所述流入口。

15.根据权利要求13所述的液体喷出头，其中，当在1.8kHz或更低的驱动频率下驱动所述能量产生元件时，待从所述能量产生元件施加于所述液体的、单位时间的喷出能量Q与待从作为产生源的所述能量产生元件传递至所述第一支撑构件的、单位时间的排热量Q’之间的比率Q/Q’为5.1或更大。

16.根据权利要求13所述的液体喷出头，其中，位于所述液体喷出头的沿所述液体喷出头的长边方向的两个端部的、所述至少一个第二支撑构件的热阻R比位于所述液体喷出头的沿所述液体喷出头的长边方向上的中央部的、所述至少一个第二支撑构件的热阻R大。