JP2015157444A - 液体吐出ヘッド、記録装置、および液体吐出ヘッドの放熱方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の記録素子基板が列状に並べられた液体吐出ヘッドにおいて、液体吐出に伴う記録素子基板同士の温度差を低減することが可能な技術を提供する。
【解決手段】本発明の液体吐出ヘッドは、液体を吐出口から吐出させるための吐出エネルギーを発生するエネルギー発生素子を備えている複数の記録素子基板２と、複数の記録素子基板２を列状に並べられた形態で支持する第１の支持部材３と、第１の支持部材３を、複数の記録素子基板２が並べられた主面とは反対側の面で支持する第２の支持部材４と、有し、第１の支持部材３における記録素子基板２間領域Ｆの、主面に平行な面内方向に関する第１の熱抵抗Ｒｔｈ１が、第２の支持部材４において記録素子基板２と重なり合う投影領域Ｆの、第２の支持部材４の厚さ方向に関する第２の熱抵抗Ｒｔｈ２よりも大きい。
【選択図】 図６

Description

本発明は、液体を吐出する液体吐出ヘッド、該液体吐出ヘッドを備えた記録装置、および液体吐出ヘッドの放熱方法に関する。

液体吐出ヘッドの液体吐出方式として、液体を加熱して沸騰させ、その発泡の力で液体を吐出口から吐出する、いわゆるサーマル方式が知られている。サーマル方式の液体吐出ヘッドでは、近年、高速な画像記録の要求に応えるために、記録幅の長い液体吐出ヘッドの実現が望まれている。このような液体吐出ヘッドの一例が特許文献１（特許第４９９９６６３号公報）に開示されている。

特許文献１に記載の液体吐出ヘッドは、複数の吐出口が直線状に配列された吐出口列を備える記録素子基板と、複数の記録素子基板が吐出口の配列方向に沿って並べられた形態で支持する支持部材とを有する。この液体吐出ヘッドでは、複数の記録素子基板を吐出口の配列方向に沿って並べることによって多数の吐出口で構成された吐出口列が形成され、この吐出口列によって記録幅の長尺化を図っている。

特許第４９９９６６３号公報

特許文献１に記載の液体吐出ヘッドでは、複数の記録素子基板が支持部材に列状に配置されている。そのため、液体を吐出する際に記録素子基板で発生した熱の一部が、支持部材を介して当該記録素子基板に隣接する他の記録素子基板に伝わることが想定される。このとき、列の中央に近い記録素子基板ほど放熱しにくいため、高温状態に陥りやすい。そのため、特許文献１に記載の液体吐出ヘッドでは、液体吐出に伴って記録素子基板同士の温度差が大きくなることが想定される。記録素子基板同士の温度差が大きいと、各記録素子基板内に存在する液体の温度差も大きくなる。この液体の温度差が大きいと、液体の粘度差も大きくなる。その結果、液体の吐出量のばらつきも大きくなり、画質に影響を及ぼすことが懸念される。

そこで、本発明は、複数の記録素子基板が列状に並べられた液体吐出ヘッドにおいて、液体吐出に伴う記録素子基板同士の温度差を低減することが可能な技術を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の液体吐出ヘッドは、液体を吐出口から吐出させるための吐出エネルギーを発生するエネルギー発生素子を備えている複数の記録素子基板と、前記複数の記録素子基板を列状に並べられた形態で支持する第１の支持部材と、前記第１の支持部材を、前記複数の記録素子基板が並べられた主面とは反対側の面で支持する第２の支持部材と、有し、前記第１の支持部材における記録素子基板間領域の、前記主面に平行な面内方向に関する第１の熱抵抗が、前記第２の支持部材において前記記録素子基板と重なり合う投影領域の、前記第２の支持部材の厚さ方向に関する第２の熱抵抗よりも大きい。

また、上記目的を達成するために、本発明の液体吐出ヘッドの放熱方法は、液体を吐出口から吐出させるための吐出エネルギーを発生するエネルギー発生素子を備えている複数の記録素子基板で発生した熱を、前記複数の記録素子基板を列状に並べられた形態で支持する第１の支持部材と、前記第１の支持部材を前記複数の記録素子基板が並べられた主面とは反対側の面で支持する第２の支持部材と、を用いて放熱する液体吐出ヘッドの放熱方法であって、前記第１の支持部材における記録素子基板間領域の、前記主面に平行な面内方向に関する第１の熱抵抗を、前記第２の支持部材において前記記録素子基板と重なり合う投影領域の、前記第２の支持部材の厚さ方向に関する熱抵抗よりも大きくすることによって、前記熱を前記第１の支持部材から前記第２の支持部材へ伝導させる。

本発明では、第１の熱抵抗が第２の熱抵抗よりも大きいため、液体吐出に伴って各記録素子基板（エネルギー発生素子）で発生し、第１の支持部材に伝わった熱は、他の記録素子基板に伝わるよりも、直下の第２の支持部材へ伝えられる。そのため、記録素子基板間の熱伝導が抑制される。

本発明によれば、記録素子基板間の熱伝導が抑制されるので、液体吐出に伴う記録素子基板同士の温度差が低減する。これにより、各記録素子基板の吐出口から吐出される液体の吐出量のばらつきが抑制され、画質を向上させることが可能となる。

第１の実施形態の液体吐出ヘッドの斜視図である。 図１に示す液体吐出ヘッドの分解斜視図である。 図１に記載の切断線Ａ−Ａおよび切断線Ｂ−Ｂに沿った断面図である。 記録素子基板２の構造を示す図である。 第１の支持部材の上面図である。 第１の支持部材と第２の支持部材における熱抵抗の関係を示す図である。 ベース基板の上面図である。 液体供給機構を説明するための図である。 第１の支持部材の他の形態を示す上面図である。 支持部材のさらに他の形態を説明するための図である。 第２の実施形態の液体吐出ヘッドの要部の構成を示すブロック図である。 第２の実施形態の液体吐出ヘッドの変形例を示すブロック図である。 第３の実施形態の液体吐出ヘッドに設けられた第１の支持部材の上面図である。 図１３に示す第１の支持部材の変形例を示す上面図である。 第４の実施形態の液体吐出ヘッドに設けられた第１の支持部材の上面図である。 図１５に示す第１の支持部材の変形例を示す上面図である。 記録素子基板の温度分布を示すグラフである。 実施例２で記録した画像を示す。 中央記録素子基板と端部記録素子基板のそれぞれの温度分布を示す。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態について説明する。図１は、第１の実施形態の液体吐出ヘッドの斜視図である。図２は、図１に示す液体吐出ヘッドの分解斜視図である。図１、図２に示す本実施形態の液体吐出ヘッド１は、複数の記録素子基板２と、複数の記録素子基板２を支持する第１の支持部材３と、第１の支持部材３を支持する複数の第２の支持部材４と、複数の第２の支持部材４を支持するベース基板５と、を有する。

図３（ａ）は、図１に示す切断線Ａ−Ａに沿った断面図である。図３（ｂ）は、図１に示す切断線Ｂ−Ｂに沿った断面図である。なお、図３（ａ）、（ｂ）に記載されたフレキシブルプリント基板（以下、ＦＰＣと称する）６および封止材７は、図１、２ではその記載が省略されている。

複数の記録素子基板２は、第１の支持部材３に列状に並べられている。本実施形態では、図１に示すように、複数の記録素子基板２は千鳥状に配置されているが、記録素子基板２の配置形態は、千鳥状に限定されず、例えば一直線状であってもよい。第１の支持部材３には、ＦＰＣ６が各記録素子基板２とともに支持されている（図３参照）。ＦＰＣ６は、記録素子基板２の周囲に配置されている。ＦＰＣ６と記録素子基板のそれぞれの電極（不図示）は、ワイヤボンディングによって電気的に接続されている。このワイヤボンディングによって、液体吐出ヘッド１が設置された記録装置の本体から吐出信号や吐出動作用の電力が、ＦＰＣ６を介して各記録素子基板２に伝送される。このワイヤボンディングは、封止剤７によって封止されている。

図４（ａ）は、記録素子基板２の斜視図である。図４（ｂ）は、図４（ａ）に示す切断線Ｃ−Ｃに沿った断面図である。図４（ｃ）は、図４（ａ）に示す領域Ｄの拡大図である。本実施形態では、図４（ｂ）に示すように記録素子基板２は、吐出口形成部材１７と基板１８とを備えている。吐出口形成部材１７には、液体を吐出するための複数の吐出口１２と、液体を発泡させるための複数の発泡室１４と、が形成されている。本実施形態では、複数の吐出口１２が一つの吐出口列１２ａを構成する。さらに、２つの吐出口列１２ａが一つの吐出口群１３を構成する（図４（ｃ）参照）。基板１８は、吐出口１２に対向する位置に設けられたエネルギー発生素子１５と、基板１８を貫通した液体供給口１６とを備えている。エネルギー発生素子１５は、吐出口１２と同様に列状に並べられている。また、基板１８の内部には、電気配線（不図示）が形成されている。当該電気配線は、ＦＰＣ６の電極（不図示）と電気的に接続されている。ＦＰＣ６の電極を介して当該電気配線へパルス電圧が入力されると、エネルギー発生素子１５が発熱して発泡室１４内の液体が沸騰する。この沸騰による発泡の力で液体は吐出口１２から吐出される。

なお、本実施形態では記録素子基板２の外形は長方形であるが、本発明はこれに限られない。例えば、平行四辺形、台形等の記録素子基板を用いてもよい。

図５は、第１の支持部材３の平面図である。図５に示すように、第１の支持部材３は、複数の記録素子基板２が並べられる主面３０と、各記録素子基板２に液体を供給するための複数の貫通穴２１とを備えている。貫通穴２１を覆うように記録素子基板２は、主面３０に配置される。第１の支持部材３は、各記録素子基板２から第２の支持部材４への熱移動を促進しつつ記録素子基板間の熱移動を抑制する機能を有する。当該機能によって、液体吐出に伴う記録素子基板同士の温度差を低減することが可能となる。以下、当該機能について説明する。

本実施形態では、第１の支持部材３と第２の支持部材４は、下記の式（１）を満たしている。図６は、下記の式（１）の関係を説明するための図である。図６は、図３（ａ）に示す断面図において、液体の流路部分を省略した図である。

熱抵抗Ｒｔｈ１＞熱抵抗Ｒｔｈ２ （１）
上記の式（１）において、熱抵抗Ｒｔｈ１（第１の熱抵抗）は、第１の支持部材３における記録素子基板間領域Ｅ(図６参照)の、主面３０に平行な面内方向に関する熱抵抗である。一方、熱抵抗Ｒｔｈ２（第２の熱抵抗）は、第２の支持部材４において各記録素子基板２と重なり合う投影領域Ｆの、第２の支持部材４の厚さ方向に関する熱抵抗である。上記式（１）の関係を満たすことにより、各記録素子基板２から第１の支持部材３に伝わった熱の大部分は、記録素子基板間領域Ｅではなく、第２の支持部材４を経由してベース基板５へと放熱される。このため、互いに隣接する記録素子基板間の熱伝導が抑制されるので、記録素子基板同士の温度差が抑制される。特に、高画化のために体積が小さな液滴を吐出する場合、一般的に吐出効率（液滴の体積／消費電力９）が低くなり、液体吐出に寄与しない熱量が大きくなる。そのため、記録素子基板１から第１の支持部材３への伝熱量が大きくなる。しかし、上記の式（１）の関係を満たすことで、記録素子基板間の熱伝導を抑制し、記録素子基板同士の温度差を低減することができる。

また、本実施形態では、第１の支持部材３と第２の支持部材４は、下記の式（２）、（３）も満たしていることが望ましい。

熱抵抗Ｒｔｈ３＜熱抵抗Ｒｔｈ４ （２）
接触面積Ｓ１＞接触面積Ｓ２ （３）
上記の式（２）において、熱抵抗Ｒｔｈ３（第３の熱抵抗）は、第１の支持部材３における投影領域Ｆの面内方向に関する熱抵抗である(図６参照)。一方、熱抵抗Ｒｔｈ４（第４の熱抵抗）は、第２の支持部材４における投影領域Ｆの面内方向に関する熱抵抗である(図６参照)。また、上記の式（３）において、接触面積Ｓ１は、第１の支持部材３と、各第２の支持部材４との接触面積である。一方、接触面積Ｓ２は、第１の支持部材３と、各記録素子基板２との接触面積である。

上記の式（２）の関係を満たすことにより、各記録素子基板２で発生した熱は、主に第１の支持部材３で面内方向に拡散して第２の支持部材４へ伝わる。また、式（３）の関係を満たすことにより、第１の支持部材３と第２の支持部材４との伝熱面積が、記録素子基板２と第１の支持部材３との伝熱面積より増える。このため、第１の支持部材３がヒートスプレッダとして機能する。当該機能により、記録素子基板２から第１の支持部材３を経由して第２の支持部材４へ熱が伝わりやすくなる。このため、液体吐出に伴って発熱した記録素子基板２の温度を低下させることができる。

エネルギー発生素子１５が発熱した記録素子基板２の温度を低下させる別の手段として、第２の支持部材４の厚みや伝熱面積を変更して、記録素子基板２からベース基板５までの熱抵抗を調整することも考えられる。しかし、第２の支持部材は、図２および図３（ａ）、（ｂ）に示すように、個別液室１９を備えている。この個別液室１９は、ベース部材５から供給された液体を、各記録素子基板に分配するための液室である。そのため、第２の支持部材は、泡抜け性も考慮して形状を設計する必要がある。また、本実施形態の液体吐出ヘッド１は単色であるが、カラー記録対応の場合には、第２の支持部材４内に複数の複雑な分配経路を設ける必要があり、加工上の制約も受ける。このような観点から、第２の支持部材４の厚さや伝熱面積は放熱性のみを考えて設計することはできない。しかし、本実施形態の第１の支持部材３を用いることによって、第２の支持部材４の放熱性を高めることができるため、第２の支持部材４の設計制約を緩和できる。

第１の支持部材３の材料は、第２の支持部材４より高い弾性率（ヤング率）を有し、線膨張率が低く、かつ液体（例えば、インク）に対する耐腐食性を有することが好ましい。さらに、本実施形態の液体吐出ヘッド１では、ＦＰＣ６の熱応力が封止剤７を介して記録素子基板２に作用するので、当該熱応力が記録素子基板間の相対位置精度に影響を及ぼす可能性がある。この影響を抑えるために、第１の支持部材３の材料は、ＦＰＣ６よりも高い弾性率と低い線膨張係数を有することが好ましい。第１の支持部材３の材料には、具体的にチタン、アルミナ、ＳｉＣなどが好適である。

図７は、ベース基板５の上面図である。図７は、ベース基板５の内部を透過した状態で示している。図７に示すように、ベース基板５の内部には、共通流路８が形成されている。共通流路８には、流入口９と、流出口１０と、液室連通口１１が形成されている。流入口９には、後述する液体供給機構から液体が流入する。流入口９に流入した液体は、共通流路８を流れて流出口１０または液室連通口１１から流出する。流出口１０は、後述する液体供給機構に連通している。一方、液室連通口１１は、個別液室１９に連通している。また、ベース基板５の両端部には、補助プレート２３が配置されている（図１、２参照）。補助プレート２３の高さは、第２の支持部材４と同じである。補助プレート２３は、第２の支持部材４による第１の支持部材３の支持を補助している。

図８は、図７に示すベース基板に接続されている液体供給機構を説明するための図である。図８に示す液体供給機構２９は、循環ポンプ２４と、供給ポンプ２５と、フィルター２６と、タンク２７と、タンク２８と、を有する。ベース基板５の流入口９には、タンク２７が接続されている。一方、ベース基板５の流出口１０には、循環ポンプ２４が接続されている。循環ポンプ２４は、タンク２７とも接続されており、タンク２７と液体吐出ヘッド１との間で液体を循環させる。タンク２７は、熱交換機（不図示）と熱交換可能に連結されており、循環ポンプ２４を通って還流する液体の温度を一定に維持する。タンク２７は、供給ポンプ２５とも接続されている。供給ポンプ２５は、液体吐出ヘッド１から吐出される液体と同量の液体をタンク２８からタンク２７へ移送する。タンク２８と供給ポンプ２５との間にはフィルター２６が設けられている。フィルター２６によって液体から異物が除去される。液体供給機構２９では、液体吐出ヘッド１の駆動時に循環ポンプ２４が液体吐出ヘッド１とタンク２７との間で液体を循環させる。その結果、液体吐出ヘッド１に供給される液体の温度が一定に保たれる。

液体供給機構２９からベース基板５に供給された液体は、その後、第２の支持部材４の個別液室１９、第１の支持部材３の貫通孔２１を経由して各記録素子基板２に供給される。そして、エネルギー発生素子１５の発熱に伴って、液体が吐出口１２から吐出される。このとき、本実施形態の液体吐出ヘッド１では、第１の支持部材３における記録素子基板間領域Ｅの、面内方向に関する熱抵抗Ｒｔｈ１が、第２の支持部材４における投影領域Ｆの、厚さ方向に関する熱抵抗Ｒｔｈ２よりも大きい(式（１）参照)。そのため、液体吐出のためにエネルギー発生素子１５で発生した熱が第１の支持部材３に伝わると、その熱は、第２の支持部材４へ伝わるように促される。これにより、記録素子基板間の熱伝導が抑制されるので、液体吐出に伴う記録素子基板同士の温度差が低減する。

本実施形態の液体吐出ヘッド１では、上記の式（１）の関係を満たす（記録素子基板間領域Ｅの面内方向の熱抵抗を大きくする）ために、第１の支持部材３ａの厚さを極力薄くしている。しかし、本発明では、上記の式（１）の関係を満たすための手段は、これだけに限られない。

図９は、第１の支持部材３の他の形態を示す上面図である。本発明では、図９に示すように、記録素子基板領域Ｅに貫通穴である穴部２２が設けられた第１の支持部材３ａを用いてもよい。この構造では、記録素子基板２から第１の支持部材３ａに伝わった熱は、穴部２２近傍まで拡散した後、第２の支持部材４へと伝わる。このように、穴部２２によって、記録素子基板間の熱移動が抑制されるので、記録素子基板同士の温度差を低減することが可能となる。穴部２２を設けることによって記録素子基板間の熱移動がより一層抑制される。そのため、第１の支持部材の厚さを厚くして記録素子基板間領域Ｅにおける面内方向の熱抵抗を下げてヒートスプレッド効果を促進することが可能となる。

図１０は、支持部材のさらに他の形態を説明するための図である。図１０（ａ）は、液体吐出ヘッドの斜視図である。図１０（ｂ）は、図１０（ａ）に設けられた第１の支持部材の上面図の一部である。図１０（ｃ）は、図１０（ａ）に示す切断線Ｈ−Ｈに沿った断面図の一部である。図１０（ａ）に示す液体吐出ヘッドでは、複数の記録素子基板２が、一直線状に並べられた配列、いわゆるインライン型配列となっている。インライン型配列の場合、記録素子基板間の距離ｄ１（図１０（ｃ）参照）が図１に示す千鳥配列よりも短くなる。そのため、記録素子基板間の熱移動を抑制する対策が必要である。そこで、インライン型配列の場合には、複数の記録素子基板２を個別に載置するための複数の台座部３１が設けられた第１の支持部材３ｂを用いてもよい（図１０（ｂ）、（ｃ）参照）。本実施形態では、台座部間の距離ｄ２が、記録素子基板間の距離ｄ１よりも長くなるように各台座部３１が設けられている（図１０（ｃ）参照）。このような構造では、記録素子基板間隔を小さく配置しながらも、第１の支持部材３ｂにおける記録素子基板同士の間隔を大きくとれる。これにより、上記の式（１）の関係を満たすことができ、記録素子基板間の熱移動を抑制することが可能となる。なお、図１０（ａ）に示すインライン型配列の場合、第１の支持部材３ｂは、記録素子基板２の配列方向に直交する方向に熱拡散用の領域が広がっている。そのため、第１の支持部材３ｂはヒートスプレッダとして有効に機能する。

また、本実施形態の液体吐出ヘッド１では、上記の式（２）、（３）の関係を満たすことにより、第１の支持部材３が、ヒートスプレッダとして機能する。そのため、エネルギー発生素子１５が発熱した記録素子基板２の温度を効果的に下げることができる。なお、本実施形態では、第１の支持部材３と第２の支持部材４とが互いに重なり合う領域から投影領域Ｆを除いた領域Ｇ(図６参照)において、下記の式（４）を満たすことが更に好ましい。

熱抵抗Ｒｔｈ５＜熱抵抗Ｒｔｈ６ （４）
上記の式（４）において、熱抵抗Ｒｔｈ５（第５の熱抵抗）は、上記領域Ｇにおける第１の支持部材３の面内方向に関する熱抵抗である(図６参照)。一方、熱抵抗Ｒｔｈ６は、上記領域Ｇにおける第２の支持部材４の面内方向に関する熱抵抗である(図６参照)。上記の式（４）の関係を満たすことで、第１の支持部材３における記録素子基板間領域Ｅの一部分でもヒートスプレッダ効果が得られるため、記録素子基板２の温度をより低下させることができる。

また、本実施形態の液体吐出ヘッド１では、主面３０とは反対側の面で第１の支持部材３を支持する第２の支持部材４は、各記録素子基板２で発生した熱をベース基板５の共通流路８を流れる液体に伝わりにくくする断熱機能を有する。この断熱機能によって、共通流路８の上流側に位置する記録素子基板２と下流側に位置する記録素子基板２との間で液体の温度差が抑制される。さらに、第２の支持部材４の断熱機能によって、記録素子基板２で発生した熱が吐出される液体により伝わりやすくなる。このため、液体吐出時（記録時）に記録素子基板２の発熱量が大きくなっても、共通流路８を流れる液体への伝熱量が抑制されるので、液体を冷却するため冷却器の熱交換容量や消費電力を小さくすることができる。

第２の支持部材４の熱伝導率、厚さおよび個別液室１９の形状は、記録素子基板２から共通流路８内の液体への伝熱量に応じて決めることが好ましい。例えば、共通流路８と連通する記録素子基板２の数が比較的多い場合、より多くの熱が記録素子基板２から共通流路８の液体へ移動する。そのため、共通流路８では、下流側ほど液体の温度がより高くなって液体の温度差が生じてしまう。この温度差を抑制するため、第２の支持部材４の厚さを厚くしたり、或いは第２の支持部材４の内部に空洞部を設けたりすることが好ましい。第２の支持部材４の材料は、第１の支持部材３やベース基板５との線膨張率差が比較的小さい材料が好ましい。その理由は次の通りである。記録素子基板２が作動すると記録素子基板２から熱が発生する。記録素子基板２の熱が第１の支持部材３や第２の支持部材４へ伝わることによって、第１の支持部材３や第２の支持部材４が熱膨張する。特に本実施形態のように第１の支持部材３、第２の支持部材４、およびベース部材５の各々が長尺の場合、第１の支持部材３やベース基板５と、第２の支持部材４との間の線膨張率差が大きいと、第２の支持部材４の接合部が破損してしまうおそれがある。本実施形態では、第２の支持部材４に個別液室１９が形成されている。そのため、第２の支持部材４と他部材との接合部が破損すると、液体が漏洩するおそれがある。第１の支持部材３やベース基板５との線膨張率差が比較的小さい材料で第２の支持部材４を形成することによって、第２の支持部材４と他部材の間の接合部が破損しにくくなり、液体が漏洩しなくなる。第２の支持部材４の好適な材料には、樹脂材料を母材としてシリカ微粒子などの無機フィラーを添加した複合材料が挙げられる。樹脂材料には、特にポリフェニルサルファイド（以下、ＰＰＳ）やポリサルフォン（以下、ＰＳＦ）が好適である。

また本実施形態の液体吐出ヘッド１では、第１の支持部材３と第２の支持部材４の接合部の破損防止や小型化のために、１つの記録素子基板２に対し１つの第２の支持部材４が設けられている。第２の支持部材４が小型化することで、第２の支持部材４の熱膨張量が小さくなり、第１の支持部材３との接合部が破損しにくくなる。なお、第１の支持部材３と第２の支持部材４との線膨張率差が十分に小さい場合には、複数の記録素子基板２に対し１つの第２の支持部材４が設けられていてもよい。

なお、ベース基板５は、液体吐出ヘッド１が撓まないような剛性を備えることが好ましい。ベース基板５の材料は、液体（例えば、インク）に対して十分な耐腐食性を有し、線膨張率が低く、熱伝導率が高い特性を有していることが好ましい。ベース基板５の熱伝導率が高いと、共通流路８内の液体温度が均一になる。そのため、共通流路８の上流側と下流側で液体の温度差が小さくなる。このような特性を有する材料として、例えば、アルミナまたは樹脂材料を母材としてシリカ微粒子などの無機フィラーを添加した複合材料が好適である。樹脂材料には、ＰＰＳやＰＳＦが好適である。

(第２の実施形態)
本発明の第２の実施形態について説明する。以下、第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。図１１は、第２の実施形態の液体吐出ヘッドの要部の構成を示すブロック図である。本実施形態の液体吐出ヘッドは、記録素子基板２の温度を検出する温度センサー３３と、記録素子基板２を加熱する加熱部材３４を備えている。また、記録素子基板２と電気的に接続された記録装置本体側に、温度センサー３３からの出力値を基に加熱部材３４の動作を制御する制御部３５が備えられている。本実施形態では、温度センサー３３と、加熱部材３４は、各記録素子基板２の基板１８（図４（ｂ）参照）に設けられている。温度センサー３３と加熱部材３４は、基板１８における液体供給口１６間に設けられている。なお、温度センサー３３の数および加熱部材３４の数は、単数であっても複数であってもよい。

制御部３５は、液体を吐出口１２から吐出させない期間（非記録期間）の温度センサー３３の温度が、予め定められた許容範囲内になるように加熱部材３４の動作を制御する。この許容範囲の上限値は、記録素子基板２が最大Ｄｕｔy（１００％）で液体を吐出し続けた時に到達する記録素子基板２の平衡温度から、画質上問題とならなくなる温度差を差し引いた値とすることが好ましい。この上限値が高いと、待機時間が長くなった場合に、加熱部材３４の加熱によりヘッド内部の液体が昇温する。すると、液体吐出（記録）を再開したときに昇温した液体が記録素子基板に供給されるので一時的に平衡温度以上に記録素子基板２の温度が上昇し、吐出液滴体積が大きくなるために画像ムラを生じたり、あるいは液体吐出動作に不具合が生じたりするおそれがある。

第１の実施形態の液体吐出ヘッド１では、記録素子基板間の熱移動を抑制するために記録素子基板間領域Ｅに高い熱抵抗を有する第１の支持部材３を用いる。そのため、液体吐出動作中の記録素子基板２（以下、駆動記録素子基板）は高温状態になる。一方、液体吐出動作を行っていない記録素子基板２（以下、非駆動記録素子基板）は、低温状態を保持する。そのため、駆動記録素子基板と非駆動記録素子基板との温度差が大きくなってしまう。そこで、本実施形態の液体吐出ヘッドでは、制御部３５が温度センサー３３の検出温度に基づいて加熱部材３４の加熱動作を制御することによって駆動記録素子基板と非駆動記録素子基板との温度差を一定の範囲内に保持することができる。

なお、本実施形態の液体吐出ヘッドは、図１２に示すように、加熱部材３４を備えていない構成であってもよい。この構成の場合、制御部３５は、非駆動記録素子基板のエネルギー発生素子１５に、液体が吐出されない程度の電力を供給することによって、駆動記録素子基板との温度差を一定の範囲内に保持することができる。

（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態について説明する。以下、第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。図１３は、第３の実施形態の液体吐出ヘッドに設けられた第１の支持部材の上面図である。図１３（ａ）は、第３の実施形態の第１の支持部材３ｃの全体を示す上面図である。図１３（ｂ）は、図１３（ａ）に示す第１の支持部材３ｃにおける貫通穴２１周辺の拡大図である。

図１３に示すように、本実施形態の第１の支持部材３ｃは、貫通穴２１を跨ぐように延びた梁部３６を備えている。本実施形態では、３本の梁部３６が設けられているが、梁部３６の数は特に限定されない。

梁部３６は、液体吐出に伴う記録素子基板２内部の温度差を低減するための部材である。
例えば、記録素子基板２の吐出口列１２（図４（ｃ）参照）のうち、特定の吐出口列１２だけが液体を吐出する吐出モードの場合、記録素子基板２内で、発熱し続けるエネルギー発生素子１５と、全く発熱しないエネルギー発生素子１５が存在する。これにより、記録素子基板２内部で温度差が生じる可能性がある。しかし、本実施形態では、梁部３６が、記録素子基板２内部における高温部の熱を低温部へ移動させる均熱部材として機能するので、記録素子基板２内部の温度差を低減することができる。

なお、本実施形態では、下記の式（５）の関係を満たすことができればよく、梁部３６を用いる構成に限定されない。

熱抵抗Ｒｔｈ３＜熱抵抗Ｒｔｈ１ （５）
また、本実施形態では、図１４に示す第１の支持部材３ｄのように、上述した梁部３６に加えて、第１の実施形態で説明した穴部２２が設けられていてもよい。

（第４の実施形態）
本発明の第４の実施形態について説明する。以下、第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。図１５は、第４の実施形態の液体吐出ヘッドに設けられた第１の支持部材の上面図である。

図１５に示す第１の支持部材３ｅでは、列の端に位置する記録素子基板２が配置される領域の端部から第１の支持部材３ｅの端部までの距離ｄ３が、記録素子基板間の距離ｄ４の１／２以下になっている。

上述した第１の支持部材３〜３ｄでは、列の端に位置する端部記録素子基板で発生した熱の放熱領域は、他の記録素子基板に比べて広い。その結果、端部記録素子基板と他の記録素子基板との温度差が大きくなることが想定される。一方、本実施形態の第１の支持部材３ｅでは、端部記録素子基板の放熱領域を、他の記録素子基板と同様の広さになるように狭めているので、端部記録素子基板と他の記録素子基板との間で生じる温度差を低減することができる。

なお、本実施形態では、図１６に示す第１の支持部材３ｆのように、第３の実施形態で説明した梁部３６が設けられていてもよい。また、本実施形態の第１の支持部材を用いる場合、補助プレート２３の高さを支持部材３ｆの厚さ分だけ増やして、ＦＰＣ６が第１の支持部３と補助プレート２３に渡って同一高さ平面内に配置できるようにすることが好ましい。

（実施例）
以下、本発明の実施例について説明する。本実施例では、液体吐出ヘッドを液体供給機構２９（図８参照）に接続し、各記録素子基板２を用いて画像を記録したときの、各記録素子基板２の温度分布を数値解析により算出した。記録速度や画像解像度などの条件は、下記の表１に示す通りである。

（実施例１）
実施例１では、図１５に示す第１の支持部材３ｅを用いた。本実施例では、第１の支持部材３ｅは、その厚みが１．５ｍｍであり、アルミナ製（熱伝導率：２４Ｗ/ｍ/Ｋ）である。第２の支持部材４は、その厚みが８ｍｍであり、ＰＰＳ製（熱伝導率：０．８Ｗ/ｍ/Ｋ）である。ベース基板５は、アルミナ製である。

（比較例１、２）
比較例１では、第１の支持部材３ｅがガラス製（熱伝導率：１Ｗ/ｍ/Ｋ）である。また、比較例２では、第１の支持部材３ｅがＳｉＣ（熱伝導率：１６０Ｗ/ｍ/Ｋ）である。比較例１、２では、記録素子基板２、第２の支持部材４、ベース基板５の寸法や形状、記録条件等は、実施例１と同じである。

実施例１および比較例１、２について、第１、第２の支持部材の各所の熱抵抗と、上記の式（１）、（２）の適合とを表２に示す。なお、実施例１、比較例１、２では、共に上記の式（３）の関係は満たされている。

（実施例１、比較例１及び２の数値解析結果）
図１７は、共通流路８内の液体の流れ方向（図７参照）に関して最上流側と最下流側にそれぞれ位置する記録素子基板２の温度分布を示すグラフである。図１７に示すグラフにおいて、横軸の正方向は、上述した流れ方向に対応している。一方、縦軸の温度は、次のように算出される。記録素子基板２において、流れ方向（記録素子基板２の配列方向）の座標が等しい４つの吐出口列群１３の温度を平均した値を、その座標位置における温度としている。

図１７に示された温度分布に基づいて、記録素子基板の最高温度と、最上流側及び最下流側にそれぞれ位置する各記録素子基板における最高温度と最低温度との差（以下、ヘッド内温度差と称す）を、表３に示す。

表２、３に示すように、関係式（１）、（２）を共に満たす実施例１では、比較例１、２よりも最高温度が低減され、比較例２よりもヘッド内温度差が低減されていた。実施例１と比較例１、２の差は数℃程度ではあるが、この温度差は、吐出口１２から吐出される液体の体積に換算すると数％もの差を生じさせ、記録画像の画質に影響を与える。このため実施例１の液体吐出ヘッドは、高画質な画像を記録することができる。

（実施例２）
実施例２は、図１６に示す第１の支持部材３ｆを使用した点を除いて全て実施例１と同じである。表１に示した条件で数値解析を行い、実施例１と比較した。実施例１と実施例２の違いは、梁部３６の有無である。この梁部３６は、第３の実施形態で説明したように、記録素子基板内の温度差、特に記録素子基板２の配列方向の温度差を低減する機能を有する。

図１８は、実施例２で記録素子基板内の温度差を数値解析するために記録した画像を示す。実施例２では、まず、黒く塗りつぶされている帯状画像３７が記録される。この帯状画像３７は、記録素子基板２内の一部のエネルギー発生素子１５のみを連続的に駆動させることによって形成される。次に、記録装置に設けられた搬送手段（不図示）で記録媒体を搬送しながらエネルギー発生素子１５を均一に駆動させることによって画像３８を記録する。このような吐出モードでは、帯状画像３７の記録後に記録素子基板内において、エネルギー発生素子１５が駆動（発熱）していた箇所と駆動していない箇所との間で温度差が生じやすい状態となる。そのため、第１の支持部材３が、記録素子基板２を均熱する能力を十分に備えていない場合、画像３８のように均一な濃度の画像を記録しようとしても、記録素子基板内の温度差により濃度のムラが生じてしまう。

実施例１と実施例２について、記録素子基板内温度差の最大値を、第１の支持部材における各所の熱抵抗とともに表４に示す。

表４に示すように、実施例１、２の第１の支持部材では、ともに、記録素子基板間領域Ｅの面内方向の熱抵抗Ｒｔｈ１が、投影領域Ｆの面内方向の熱抵抗Ｒｔｈ３よりも高い。しかし、梁部３６が設けられていることによって、熱抵抗Ｒｔｈ３がより低い実施例２の方が、実施例１よりも記録素子基板内の温度差の最大値が低減されている。

（実施例３）
実施例３は、図５に示す第１の支持部材３を使用した点を除いて全て実施例１と同じである。表１に示した条件で数値解析を行い、実施例１と比較した。実施例１と実施例３との違いは、第４の実施形態で説明した距離ｄ３（図１６参照）が、距離ｄ４（図１６参照）の１／２以下である関係を満たすか否かである。

実施例１と実施例３について、列の中央に位置する中央記録素子基板内の温度差と、列の端に位置する端部記録素子基板内の温度差を表５に示す。

表５に示すように、上述した関係式を満たしている実施例１は、端部記録素子基板内の温度差を、実施例３に比べてほぼ１／２に低減することできる。

図１９は、実施例１と実施例３について、中央記録素子基板と端部記録素子基板のそれぞれの温度分布を示す。図１９では、中央記録素子基板と端部記録素子基板それぞれの一端を位置の基準としている。また、実施例１と実施例３では中央記録素子基板の温度分布は一致していたので、図１９では実施例３の中央記録素子基板の温度分布の記載を省略している。なお、図１９において、「中央チップ」は、中央記録素子基板を意味し、「端部チップ」は端部記録素子基板を意味する。

図１９に示すように、実施例１では、実施例３に比べて端部記録素子基板の放熱が抑えられているため、端部記録素子基板内の温度差と、中央記録素子基板の温度差が、ほぼ同等の値になっている。すなわち、実施例１は、端部記録素子基板と中央記録素子基板との温度差を、実施例３に比べて低減することができる。

以上、本発明の実施形態および実施例について説明したが、本発明は、上述した内容に限定されない。上述した実施形態および実施例では、ライン型ヘッドの液体吐出ヘッドについて説明したが、本発明は走査しながら画像を記録するいわゆるシリアル型の液体吐出ヘッドに適用してもよい。

また、上述した実施形態および実施例では、サーマル方式の液体吐出ヘッドについて説明したが、ピエゾ方式の液体吐出ヘッドに本発明を適用してもよい。ピエゾ方式の場合には、吐出動作による記録素子基板の温度変動はサーマル方式に比べて小さく画像品質への影響は比較的小さい。しかし、ピエゾ方式の中でも、圧電素子のせん断変形を用いて液体を吐出するシェアモード方式は、一般的に、吐出時のエネルギー効率が低い（吐出に寄与しない熱量が多い）。そのため、記録素子基板から第１の支持部材への伝熱量が大きくなり、記録素子基板同士の温度差が大きくなる可能性がある。したがって、本発明を適用することにより、記録素子基板間の熱移動が抑制され、サーマル方式の液体吐出ヘッドと同様の効果を得ることができる。

２ 記録素子基板
３ 第１の支持部材
４ 第２の支持部材

Claims (12)

1. 液体を吐出口から吐出させるための吐出エネルギーを発生するエネルギー発生素子を備えている複数の記録素子基板と、
   前記複数の記録素子基板を列状に並べられた形態で支持する第１の支持部材と、
   前記第１の支持部材を、前記複数の記録素子基板が並べられた主面とは反対側の面で支持する第２の支持部材と、有し、
   前記第１の支持部材における記録素子基板間領域の、前記主面に平行な面内方向に関する第１の熱抵抗が、前記第２の支持部材において前記記録素子基板と重なり合う投影領域の、前記第２の支持部材の厚さ方向に関する第２の熱抵抗よりも大きい、液体吐出ヘッド。
2. 前記記録素子基板間領域に、前記第１の支持部材を貫通する穴部が設けられている、請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
3. 前記第１の支持部材に、前記複数の記録素子基板が個別に載置された複数の台座部が設けられ、
   台座部間の距離が、記録素子基板間の距離よりも長い、請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
4. 各記録素子基板は、前記記録素子基板の温度を検出する温度センサーと、前記記録素子基板を加熱する加熱部材とを備え、前記液体を前記吐出口から吐出させない期間の前記温度センサーの検出温度が予め定められた許容範囲内になるように前記加熱部材の動作が制御される、請求項１から３のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
5. 各記録素子基板が、前記記録素子基板の温度を検出する温度センサーを備え、前記液体を前記吐出口から吐出させない期間の前記温度センサーの検出温度が、予め定められた許容範囲内になるように前記エネルギー発生素子の動作が制御される、請求項１から３のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
6. 前記第１の支持部材において、列の端に位置する記録素子基板が配置される領域から前記第１の支持部材の端部までの距離が、記録素子基板間の距離の１／２以下である、請求項１から５のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
7. 前記第１の支持部材において、前記投影領域における前記面内方向に関する第３の熱抵抗が、前記第１の熱抵抗よりも小さい、請求項１から６のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
8. 前記第１の支持部材が、前記記録素子基板に覆われ、前記記録素子基板に前記液体を供給するための貫通穴と、該貫通穴を跨ぐように延びた梁部と、を備えている、請求項７に記載の液体吐出ヘッド。
9. 前記第３の熱抵抗が、前記第２の支持部材における前記投影領域の前記面内方向に関する第４の熱抵抗よりも低く、かつ、前記第１の支持部材と前記第２の支持部材との接触面積が前記第１の支持部材と前記記録素子基板との接触面積よりも広い、請求項７または８に記載の液体吐出ヘッド。
10. 前記第１の支持部材と前記第２の支持部材とが互いに重なり合う領域から前記投影領域を除いた領域において、前記第１の支持部材の前記面内方向に関する第５の熱抵抗が、前記第２の支持部材の前記面内方向に関する第６の熱抵抗よりも小さい、請求項９に記載の液体吐出ヘッド。
11. 請求項１から１０までのいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドを備えた記録装置。
12. 液体を吐出口から吐出させるための吐出エネルギーを発生するエネルギー発生素子を備えている複数の記録素子基板で発生した熱を、前記複数の記録素子基板を列状に並べられた形態で支持する第１の支持部材と、前記第１の支持部材を前記複数の記録素子基板が並べられた主面とは反対側の面で支持する第２の支持部材と、を用いて放熱する液体吐出ヘッドの放熱方法であって、
    前記第１の支持部材における記録素子基板間領域の、前記主面に平行な面内方向に関する第１の熱抵抗を、前記第２の支持部材において前記記録素子基板と重なり合う投影領域の、前記第２の支持部材の厚さ方向に関する第２の熱抵抗よりも大きくすることによって、前記熱を前記第１の支持部材から前記第２の支持部材へ伝導させる、液体吐出ヘッドの放熱方法。

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