JP2008200987A - 液体吐出ヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】素子基板の熱拡散を好適に行うことが可能な液体吐出ヘッドを提供する。
【解決手段】液体吐出ヘッドは、複数の発熱抵抗素子（不図示）が配列されてなる少なくとも一列の発熱抵抗素子列と、発熱抵抗素子に液体を供給するために形成された液体供給口（不図示）とを有する素子基板１４と、液体供給口に連通される開口部３５が形成され、素子基板１４を支持するプレート１８とを備えている。開口部３５の素子基板１４側からの深さは、発熱抵抗素子列の配列方向の中央領域における深さよりも、該配列方向の端部領域における深さの方が深くなっている。
【選択図】図２

Description

本発明は、吐出口から液体を吐出する液体吐出ヘッドに関する。

本発明の液体吐出ヘッドは紙、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックス等の被記録媒体に対し記録を行うプリンタ、複写機、通信システムを有するファクシミリ、プリンタ部を有するワードプロセッサ等の装置に適用可能である。本発明の液体吐出ヘッドは、さらには各種処理装置と複合的に組み合わせた産業用記録装置に適用可能である。

なお、本発明における「記録」とは、文字や図形等の意味を持つ画像を被記録媒体に対して付与することだけでなく、パターン等の意味を持たない画像を付与することをも意味するものである。

従来から、電気熱変換素子が配列された素子基板の主面に対して垂直にインクを吐出させるサイドシュータ方式のインク吐出方式が知られている。サイドシュータ方式の液体吐出ヘッドは、例えば図７に示すように、電気熱変換素子（不図示）が設けられた素子基板１０１と、液体吐出口１０４が形成されたオリフィス形成部材１０２と、素子基板１０１を支持するプレート１０３とを備えている。この従来の液体吐出ヘッドにおいては、素子基板１０１の主面上にオリフィス形成部材１０２が形成されており、このオリフィス形成部材１０２の液体吐出口１０４に対応する位置に電気熱変換素子が設けられている。また、素子基板１０１には、液体流路を介して電気熱変換素子側に液体を供給するための液体供給口１０５が設けられている。また、プレート１０３に、素子基板１０１の液体供給口１０５に対応する位置に、液体供給口１０５に液体を供給するための開口部１０６が設けられている。素子基板１０１とプレート１０３は接着剤等で接合されており、液体供給口１０５と開口部１０６は連通している。

図８は、３列の吐出口列を有する従来の液体吐出ヘッドを示す模式図である。図８（ｄ）は液体吐出ヘッドの素子基板側の平面図であり、図８（ａ），（ｂ），（ｃ）はそれぞれ図８（ｄ）中のＡ−Ａ線、Ｂ−Ｂ線、Ｃ−Ｃ線に沿った断面図である。図８（ａ）の断面図は図７の断面図に対応している。なお、図８では、図７に示したオリフィス形成部材１０２と液体供給口１０５の図示は省略している。また、図８では液体吐出口１０４も概略的に描かれている。

図８に示す液体吐出ヘッドは、３列のそれぞれの吐出口列に対応した開口部１０６がプレート１０３に形成されており、各々の開口部１０６から各列の吐出口列に液体が供給される構成となっている。図８（ｂ）は液体吐出ヘッドの吐出口列の配列方向における中央部の断面図であり、図８（ｃ）は液体吐出ヘッドの吐出口列の配列方向における端部付近の断面図である。図７及び図８に示すように、プレート１０３に形成された開口部１０６の素子基板１０１側からの深さは、吐出口列の配列方向における中央部付近が最も深く、吐出口列の配列方向における両端部に向かうにつれて次第に浅くなっている。

上述した従来の液体吐出ヘッドは、特許文献１に開示されている。
特開平１０−４４４３８号公報

近年、液体吐出ヘッドは、より多数の液体吐出口を設けるために、吐出口列の配列方向における素子基板の長さが１インチ（約２．５４ｃｍ）まで長尺化され、今後はそれ以上に長尺化されつつある。このような液体吐出ヘッドは発熱量が多く、素子基板及びその周辺の温度上昇が大きくなる。さらに、素子基板の吐出口列の中央部と端部との温度差が大きくなるため、吐出口列の中央部と端部とでは液体の吐出状態に差が生じてしまうという問題があった。

そこで本発明は、素子基板の熱拡散を好適に行うことが可能な液体吐出ヘッドを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の液体吐出ヘッドは、液滴を吐出させるためのエネルギを発生する複数の吐出エネルギ発生素子が配列されてなる少なくとも一列の吐出エネルギ発生素子列と、該吐出エネルギ発生素子に液体を供給するために形成された供給口とを有する素子基板と、前記供給口に連通される開口部が形成され、前記素子基板を支持する支持部材と、を備えた液体吐出ヘッドにおいて、前記開口部の前記素子基板側からの深さは、前記吐出エネルギ発生素子列の配列方向の中央領域における深さよりも、前記配列方向の端部領域における深さの方が深くなっていることを特徴とする。

本発明によれば、素子基板の熱拡散を好適に行うことが可能な液体吐出ヘッドを提供することができる。

次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

本実施形態に係る液体吐出ヘッドは、インクジェット方式の中でも特に、液体を吐出するために利用されるエネルギとして熱エネルギを発生する手段を備え、その熱エネルギによって液体の状態変化を生起させる方式が採用された液体吐出ヘッドである。この方式が用いられることにより、記録される文字や画像等の高記録密度化および高精細化を達成している。特に本実施形態では、熱エネルギを発生する手段として発熱抵抗素子（吐出エネルギ発生素子）を用い、この発熱抵抗素子により液体を加熱して膜沸騰させたときに発生する気泡による圧力を利用してインク滴を吐出する液体吐出ヘッドとして構成されている。

図１は本発明の一実施形態に係る液体吐出ヘッドの素子基板を部分的に破断した状態で示す斜視図である。本実施形態では３組の吐出口列を有する構成について説明する。

素子基板１４は、厚さ０．２ｍｍ〜１ｍｍ程度のＳｉによって形成されている。素子基板１４には、素子基板１４を貫通した長溝状の３つの液体供給口２５が形成されている。それらの液体供給口２５は、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等の加工処理によって形成されており、互いに並列に配置されている。さらに素子基板１４には、複数の発熱抵抗素子２６が、各液体供給口２５を間に挟んだ両側にそれぞれ配設されている。複数の発熱抵抗素子２６によって各液体供給口２５の両側に構成された２列の発熱抵抗素子列（吐出エネルギ発生素子列）は、互いにピッチをずらした千鳥状に配列されている。素子基板１４には、上述した複数の発熱抵抗素子２６と、これらの発熱抵抗素子２６に電力を供給するＡｌ等からなる接続配線（不図示）とが、成膜加工によって形成されている。さらに、素子基板１４の長手方向の両端部における主面上には、接続配線に電力を供給するための電極部２８がそれぞれ設けられている。これら電極部２８には、Ａｕ等からなる複数のバンプ接点２９が形成されている。これらの接点２９は、不図示の配線部材に接続され、不図示の制御回路との間で信号のやり取りを行う。

また、素子基板１４の主面上には、各発熱抵抗素子２６に対応する液体流路を形成する複数のインク流路壁３１と各液体流路に連通する複数の吐出口３３とが形成されたオリフィス形成部材１７が設けられている。オリフィス形成部材１７は、樹脂材料をフォトリソグラフィ技術で加工することによって形成されている。オリフィス形成部材１７に形成された複数の吐出口３３は、３組の吐出口列２４を形成している。

このように、素子基板１４には、各発熱抵抗素子２６に対向する位置に吐出口３３がそれぞれ設けられているため、各供給口２５から液体流路を介して供給された液体が、各発熱抵抗素子２６によって発生された気泡により各吐出口３３から液滴として吐出される。

図２は本発明の一実施形態に係る液体吐出ヘッドを示す模式図である。図２（ｄ）は液体吐出ヘッドの素子基板側の平面図であり、図２（ａ），（ｂ），（ｃ）はそれぞれ図２（ｄ）中のＡ−Ａ線、Ｂ−Ｂ線、Ｃ−Ｃ線に沿った断面図である。なお、図２では、図１に示したオリフィス形成部材１７と液体供給口２５の図示は省略している。

本実施形態の液体吐出ヘッドは、オリフィス形成部材１７（図１参照）を備えた素子基板１４と、素子基板１４を支持する支持部材であるプレート１８とを備えている。プレート１８はアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）によって平板状に形成されている。プレート１８には、素子基板１４の各液体供給口２５（図１参照）に連通されて液体を供給する独立した３つの開口部３５が形成されている。図２（ｂ）は液体吐出ヘッドの吐出口列の配列方向における中央部の断面図であり、図２（ｃ）は液体吐出ヘッドの吐出口列の配列方向における端部付近の断面図である。図２から理解できるように、プレート１８に形成された開口部３５の素子基板１４側からの深さは、吐出口列の配列方向における中央部付近が最も浅く、吐出口列の配列方向における両端部に向かうにつれて次第に深くなっている。

図３は、図２に示した液体吐出ヘッドの一変形例を示す図である。図３に示した変形例では、開口部３５の素子基板１４側からの深さは、吐出口列の配列方向における中央部付近が比較的浅い一定の深さになっており、吐出口列の配列方向における両端部付近で深くなっている。

このように、本実施形態の液体吐出ヘッドは吐出口列の配列方向における中央領域でのプレート１８の開口部３５の深さが、端部領域の深さに対して浅くなっているので、その領域での熱の拡散が良好になる。その結果、素子基板１４の温度分布を均一化したり、素子基板１４のピーク温度を低下させることができる。このような効果は、本実施形態のように複数列の発熱抵抗素子列を有する構成の場合に、より顕著に得ることができる。

図４は、図２に示した液体吐出ヘッドの他の変形例を示す図である。図４に示す変形例では、熱移動手段としてヒートパイプ４０がプレート１８内（支持部材内）に設置されている。ヒートパイプ４０は、プレート１８の開口部３５を浅くした中央部分、言い換えれば吐出口列の配列方向における中央の部位の内部に埋め込まれている。ヒートパイプ４０は、プレート１８の内部を複数の吐出口列を横切る方向に延びている。本変形例ではヒートパイプ４０の端部がプレート１８の側面から外部に露出しているが、ヒートパイプ４０はプレート１８の内部に完全に埋め込まれていてもよい。また、ヒートパイプ４０は図示しないヒートシンクや他の熱伝達手段に連結されていてもよい。

図５は図４に示した液体吐出ヘッドの変形例を示す図である。図５に示す変形例では、プレート１８の開口部３５を浅くした中央部分の裏面側に溝１８ａを形成し、その溝１８ａ内にヒートパイプ４０が設けられている。ヒートパイプ４０は溝１８ａ内に接着等の手段によって固定されている。図４に示した例と同様に、図５に示す変形例においてもヒートパイプ４０はプレート１８の内部に完全に埋め込まれていてもよく、また、図示しないヒートシンクや他の熱伝達手段に連結されていてもよい。

図４や図５に示すように、本実施形態ではプレート１８の吐出口列の配列方向における中央部に、配列方向に交差する方向に延びたヒートパイプ４０が設けられているため、その領域に生じた熱をそのヒートパイプ４０を介して放熱することができる。そのため、素子基板１４の温度分布を均一化したり、素子基板１４のピーク温度を低下させる効果を、より一層高めることができる。

図６は、図２に示した液体吐出ヘッドのさらに他の変形例を示す図である。図５に示す変形例では、熱移動手段として、液冷手段である液流路４１がプレート１８の内部に設置されている。液流路４１は、プレート１８の開口部３５を浅くした中央部分の内部に埋め込まれている。液流路４１は、プレート１８の内部を複数の吐出口列を横切る方向に延びている。

液流路４１には水等の冷却液が流される。例えば、液流路４１の両端がポンプなどの循環手段を備えた循環流路（不図示）に接続され、その循環手段によって冷却液が循環させられる構成を備えていてもよい。さらに、その循環流路にはヒートシンクが備えられていてもよい。

図６に示す変形例によっても、プレート１８の吐出口列の配列方向における中央部に生じた熱を液流路４１を介して放熱することができる。そのため、素子基板１４の温度分布を均一化したり、素子基板１４のピーク温度を低下させる効果を、より一層高めることができる。

なお、本実施形態の液体吐出ヘッドが備えることができる熱移動手段は図４〜図６の各変形例に示したものに限られず、それらの他にも熱伝効率の良い材料からなる熱移動手段を用いることができる。また、液体吐出ヘッドの構成も図１等に示したものに限られず、複数の素子基板を組み合わせた構成や、少なくとも一列以上の任意の数の吐出口列（発熱抵抗素子列）を備えた構成であってもよい。

以上説明したように、本実施形態の液体吐出ヘッドによれば、液体吐出動作によって素子基板が発熱しても素子基板に熱が蓄積されるのを抑えることができる。そのため、液体の吐出状態を良好に保ち、ひいては液体吐出ヘッドによる記録画像の品位を向上させることができる。

本発明の一実施形態に係る液体吐出ヘッドの素子基板を部分的に破断した状態で示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係る液体吐出ヘッドを示す模式図である。 図２に示した液体吐出ヘッドの一変形例を示す図である。 図２に示した液体吐出ヘッドの他の変形例を示す図である。 図４に示した液体吐出ヘッドの変形例を示す図である。 図２に示した液体吐出ヘッドのさらに他の変形例を示す図である。 従来の液体吐出ヘッドを示す断面図である。 ３列の吐出口列を有する従来の液体吐出ヘッドを示す模式図である。

符号の説明

１４ 素子基板
１８ プレート
２４ 吐出口列
２５ 液体供給口
２６ 発熱抵抗素子
３３ 吐出口
３５ 開口部

Claims (5)

1. 液滴を吐出させるためのエネルギを発生する複数の吐出エネルギ発生素子が配列されてなる少なくとも一列の吐出エネルギ発生素子列と、該吐出エネルギ発生素子に液体を供給するために形成された供給口とを有する素子基板と、
   前記供給口に連通される開口部が形成され、前記素子基板を支持する支持部材と、
   を備えた液体吐出ヘッドにおいて、
   前記開口部の前記素子基板側からの深さは、前記吐出エネルギ発生素子列の配列方向の中央領域における深さよりも、前記配列方向の端部領域における深さの方が深くなっていることを特徴とする液体吐出ヘッド。
2. 前記開口部の前記素子基板側からの深さは、前記配列方向の中央領域から端部領域に向かうにつれて次第に深くなっている、請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
3. 前記支持部材内の前記配列方向の中央領域に、前記配列方向と交差する方向に延びた熱移動手段が設けられている、請求項１または２に記載の液体吐出ヘッド。
4. 前記熱移動手段はヒートパイプである、請求項３に記載の液体吐出ヘッド。
5. 前記熱移動手段は液冷手段である、請求項３に記載の液体吐出ヘッド。

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