JP5279243B2 - Inkjet recording head - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、インクを吐出して記録動作を行うインクジェット記録ヘッドに関する。 The present invention relates to an ink jet recording head that performs a recording operation by discharging ink.
インクジェット記録装置は、インクジェット記録ヘッドの吐出口からインクを吐出し、記録媒体に付着させて画像記録を行うものであり、高精細な画像を高速で記録することができる。 The ink jet recording apparatus ejects ink from an ejection port of an ink jet recording head and deposits the ink on a recording medium to perform image recording, and can record a high-definition image at high speed.
近年、1つの記録素子基板に形成される吐出口列の長尺化、多列化によって、より低コストかつ省スペースでのカラー画像記録が可能になってきている。 In recent years, it has become possible to record color images at a lower cost and in a smaller space by increasing the length and the number of rows of ejection port arrays formed on one recording element substrate.
このようなインクジェット記録へッドを図4に示す。この記録ヘッドは、多数の吐出口列を備えた記録素子基板の複数を、1つの支持板に千鳥状に列状に配列し、さらにこの列を複数配列することで、記録媒体の全幅に相当する吐出口列を形成した、フルライン型インクジェット記録ヘッドである。 Such an ink jet recording head is shown in FIG. In this recording head, a plurality of recording element substrates having a large number of ejection port arrays are arranged in a staggered pattern on a single support plate, and a plurality of these arrays are arranged to correspond to the entire width of the recording medium. This is a full line type ink jet recording head in which a discharge port array is formed.
図5のインクジェット記録へッドは、2列の吐出口列5を備えた6枚の記録素子基板21〜26が支持板10の固定面11に千鳥配列で接着固定されている。記録の実行に伴って記録素子基板21〜26に発生する熱は、支持板10を介して外部へ放熱される。
In the ink jet recording head of FIG. 5, six
記録媒体は、図5の左側から右に向かって不図示の搬送手段によって、固定面11に対して対面しつつ、記録素子基板21〜26の吐出口列5に対して直交する方向に搬送される。記録媒体が記録ヘッド直下を通過する際に、まず奇数列の記録素子基板21,23,25の各吐出口列からインク滴が吐出されて記録媒体上にドットを形成する。次いで、その隙間を補完するように偶数列の記録素子基板22,24,26の各吐出口列からインク滴が吐出されて記録媒体上にドットを形成する。このような同動作を繰り返すことにより、画記録が実行されていく。奇数列の記録素子基板と、偶数列の記録素子基板は互いにある一定量オーバーラップしており、そのオーバーラップ部分の画像は補完処理が行なわれ、画像品位を保つようになっている。
The recording medium is conveyed in a direction orthogonal to the ejection port array 5 of the
図6は、図5の支持板10を記録素子基板が配された面とは反対側の面から見た図である。インク供給路111、121、131、141、151、161を経て、それぞれ対応する記録素子基板21〜26へ、不図示のインクタンクからインクが供給される。2列の吐出口列は、1つのインク供給口の両側に1列ずつ配置され、1つの記録素子基板に1つのインク供給路が設けられている。
FIG. 6 is a view of the
図7は、記録素子基板21を説明する模式図である。図7(a)は吐出口列が配された側を見た平面図であり、図7(b)は図7(a)のA−A断面図であり、図7(c)は図7(a)のB−B断面図である。
FIG. 7 is a schematic diagram illustrating the
記録素子基板21には2列の吐出口列51、52が形成され、対を成してインク供給口41を共有し、支持板10に設けられたインク供給路111を通じてインクが供給される。吐出口列51、52に供給されたインクは、ヒータ61、62に印加されるパルス信号によって発する熱エネルギーを受けて、吐出口から吐出される。
Two rows of
不図示の記録媒体は吐出口列52側から搬送され、記録媒体上に吐出口列52、51の順にインク滴を重ね打ちして記録画像が形成される。
他の記録素子基板22〜26に関しても同様である。
The same applies to the other
このような構造のインクジェット記録ヘッドの場合、吐出口列中央部には熱がこもり易く、記録素子基板内の均熱の妨げになる恐れがある。 In the case of an ink jet recording head having such a structure, heat is likely to be trapped in the central portion of the ejection port array, and there is a risk of preventing soaking in the recording element substrate.
ヒータ61、62によって発生した熱は、インク供給口41を避けて拡散して支持板10に伝わる。したがって、吐出口列51、52のヒータによって発生した熱は、記録素子基板の長辺側両端から支持板10に伝わる。
The heat generated by the
一方、吐出口列51、52端部付近のヒータによって発生した熱は、記録素子基板の長辺側両端から支持板10に伝わるのに加えて、記録素子基板の短辺側端部からも支持板10に伝わる。そのため、吐出口列端部は中央に比べて昇温が抑えられ、吐出口列内において、その位置における温度格差が発生する。
On the other hand, the heat generated by the heaters near the ends of the
一般に記録素子基板が高温になるほどインク吐出量は増大するため、吐出口のある位置間で温度格差が生じると、インク吐出量にも差が生じてしまう。従って、上述したような吐出口列内の温度格差が発生すると画像の濃度ムラの原因となり、画像品位に悪影響を及ぼしてしまうという問題があった。 In general, the higher the temperature of the recording element substrate, the greater the amount of ink discharged. Therefore, if there is a temperature difference between the positions of the discharge ports, the ink discharge amount also varies. Therefore, when the temperature difference in the ejection port array as described above occurs, there is a problem that the density of the image is uneven and the image quality is adversely affected.
そこで本発明の目的は、記録素子基板の均熱特性を改善して、吐出口列内の温度格差に起因する画像の濃度ムラを低減するインクジェット記録ヘッドを提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide an ink jet recording head that improves the soaking characteristic of a recording element substrate and reduces the density unevenness of an image due to the temperature difference in the ejection port array.
上述の目的を達成する本発明は、インクを吐出するための吐出口列を有する記録素子基板と、前記記録素子基板を支持する支持板と、を有するインクジェット記録ヘッドにおいて、前記記録素子基板と前記支持板との接触面において、前記吐出口列の方向における前記記録素子基板の端部に対応する部分には、前記端部以外に対応する部分よりも熱伝導率の低い材料で構成された熱抵抗層が形成され、前記支持板は、前記記録素子基板を支持する第1の部位と、前記第1の部位の外周に、前記熱抵抗層と接する位置に設けられ、前記第1の部位よりも熱伝導率の低い材料で構成された第2の部位と、を備えることを特徴とする。 The present invention to achieve the above object, a recording element substrate having a discharge opening array for discharging ink, and a support plate for supporting the recording element substrate, an ink jet recording head having, and the recording element substrate In the contact surface with the support plate, the portion corresponding to the end portion of the recording element substrate in the direction of the discharge port array is made of a material having a lower thermal conductivity than the portion corresponding to the portion other than the end portion. A resistance layer is formed, and the support plate is provided at a position in contact with the thermal resistance layer on the outer periphery of the first portion that supports the recording element substrate and on the first portion, and from the first portion. And a second portion made of a material having low thermal conductivity .
本発明によれば、記録素子基板の均熱特性を改善して、吐出口列内の温度格差に起因する画像の濃度ムラを低減するインクジェット記録ヘッドを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an ink jet recording head that improves the soaking characteristic of the recording element substrate and reduces the density unevenness of the image due to the temperature difference in the ejection port array.
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの支持板10に接着固定された記録素子基板21を説明する図である。図1(a)は吐出口列が配された側を見た平面図であり、図1(b)は図1(a)のA−A断面図であり、図1(c)は図1(a)のB−B断面図である。インクジェット記録ヘッドの基本的な外願構成は、図5及び図6に示したものと同様である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram illustrating a
図1において、記録素子基板21には吐出口列51、52がインク供給側と反対の面に形成されている。吐出口列51、52は対を成してインク供給口41を共有し、支持板10に設けられたインク供給路111を通じてインクが供給される。吐出口列51、52に供給されたインクはヒータ61、62に印加されるパルス信号によって発する熱エネルギーにより、吐出口から吐出される。
In FIG. 1,
支持板10のインク供給路41両側の部分101、102は、支持板10の他の部分よりも熱伝導率の高い材料で構成される。例えば、支持板10をアルミナ(Al2O3、熱伝導率:32W/mK)で形成する。そして、支持板10のインク供給路41の両側の部分101、102を窒化アルミ(AlN、熱伝導率:170W/mK)やシリコンカーバイト(SiC、熱伝導率:220W/mK)などの高熱伝導性のセラミック材料で形成する。
The
一方、記録素子基板21の支持板10との固定面(接着面)11において、吐出口列の配列方向両端部には、吐出口列の配列方向中央部を含む他の部分よりも熱伝導率の低い材料で高熱抵抗層81〜84が形成されている。この高熱抵抗層81〜84は、記録素子基板21と支持板10との接触する面(固定面)において、少なくとも記録素子基板21側か支持板10側かの一方に形成されていればよい。このようにして、固定面11における、記録素子基板21または支持板10の少なくとも一方側の、吐出口列の配列方向端部に、配列方向中央部から配列方向端部に向かって熱伝導率の低い材料を配している。同時に、吐出口列の配列方向中央部の熱伝導率を吐出口列の配列方向端部の熱伝導率よりも高くしている。高熱抵抗層81〜84の形成方法として、例えばシリコン(Si、熱伝導率:148W/mK)で形成された記録素子基板21の接着面に酸化シリコン層81(SiO2、熱伝導率:3W/mK)を、酸素イオンの打ち込みによる表面改質処理により形成する。その他には、真空蒸着処理で形成することもできる。高熱抵抗層は、81〜84と段階的に熱伝導率を変化させてあり、高熱抵抗層81が一番熱伝導率が低い。高熱抵抗層81〜84はまた、吐出口列51、52の両端部を取り囲むように形成されている。
On the other hand, in the fixed surface (adhesive surface) 11 of the
本実施形態の記録素子基板21を用いて記録を実行すると、ヒータ61、62によって発生した熱は記録素子基板長辺方向の接着部を介して支持板10の高熱伝導率部101及び102に伝わる。このように、中心部のヒータによって発生した熱は同じ経路を通して拡散するので、吐出口列方向の中心部における温度格差はほとんど発生しない。
When recording is performed using the
一方、吐出口列両端部においては、記録素子基板長辺方向に中心部と同様に熱拡散が起こるのに加えて、記録素子基板短辺方向においても熱拡散が生じる。本実施形態においては、この短辺方向の熱拡散を、高熱抵抗層81によって抑制する。さらに、吐出口列最短部より少し内側のヒータから発生した熱においては、記録素子基板長辺部に拡散する拡散量を高熱抵抗層82〜84によって段階的に抑制する。
On the other hand, at both ends of the ejection port array, thermal diffusion occurs in the recording element substrate long side direction as well as in the central part, and thermal diffusion also occurs in the recording element substrate short side direction. In the present embodiment, the thermal diffusion in the short side direction is suppressed by the high
図2は、吐出口列方向の温度分布をグラフ化した図で、ライン91は従来例を示しており、ライン92は、本実施形態の実施後の状態を示している。2つを比べると明らかなように、両端部の温度低下が、改善されている。
FIG. 2 is a graph showing the temperature distribution in the discharge port array direction. A
以上、本実施形態で示したような構成にすることで、吐出口列51、52の温度を吐出口列端部まで含めて均一にすることができ、記録素子基板における画像の濃度ムラを解消して画像品位を向上させることができる。
As described above, with the configuration shown in the present embodiment, the temperature of the
なお、支持板10の一部に高伝導率材料を用いて構成されているが、すべてに同一材料を用いてもかまわない。その場合においても、吐出口列の温度分布を均一にすることは、高抵抗層81〜84の熱伝導率を調整することで可能である。しかしながら、支持板10の熱伝導率が低いと、記録素子基板全体の排熱効率が低下して、記録素子基板の温度が上がってしまうことに注意する必要がある。
Although a part of the
また、記録素子基板21の長辺および短辺を短縮して高熱抵抗層81〜84の支持板10との接着部面積を減らすことによって接着部の熱抵抗を高めることも可能である。しかしながら、支持板10に対する記録素子基板21の位置決め誤差の許容限界と接着強度限界の関係上、接着部面積の縮小にはリスクが伴うため、接着部の熱抵抗を高めるには高熱抵抗層81の厚みを増すことで対処するのが望ましい。
It is also possible to increase the thermal resistance of the bonded portion by shortening the long side and the short side of the
(第2の実施形態)
図3は、本発明の第2の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの支持板10に接着固定された記録素子基板21を説明する図である。図3(a)は吐出口列が配された側を見た平面図であり、図3(b)は図3(a)のA−A断面図であり、図3(c)は図3(a)のB−B断面図である。インクジェット記録ヘッドの基本的な外願構成は、図5及び図6に示したものと同様である。
(Second Embodiment)
FIG. 3 is a diagram for explaining the
また本実施形態では、記録素子基板21の接着面(固定面)に高熱抵抗層の代わりに溝85〜88を設け、それ以外の構成は、支持板10一部を他の部分と同じ材料で構成したのを除いて第1の実施形態と同様である。
Further, in this embodiment,
本実施形態の記録ヘッドは、固定面11における、記録素子基板21または支持板10の少なくとも一方の側の、複数の吐出口列の配列方向中心部以外の部位に、固定面に対して記録素子基板21から離間する方向に溝85〜88を形成している。そして、記録素子基板21を固定面11へ固定する際に、溝85〜88に接着剤を充填するものである。
The recording head of the present embodiment has a recording element with respect to the fixed surface at a portion other than the central portion in the arrangement direction of the plurality of ejection port arrays on at least one side of the
図3において、記録素子基板21の支持板10との固定面11における、両端部には、他の部分よりも一段下がった溝85〜88が段階的に形成されている。溝85〜88は、例えば、フォトリソグラフィによるマスキングを施したエッチング処理等によって形成される。
In FIG. 3,
溝85〜88には、記録素子基板21を支持板10に接着固定する際に、接着剤が流れ込む。溝85〜88に流れ込んだ接着剤がインク供給路内部や記録素子基板周辺にはみ出さない様、溝85〜88の縁は全て記録素子基板の接着面と同一高さとなっている。硬化後の接着剤は、シリコン(Si、熱伝導率:148W/mK)等で形成された記録素子基板21に対して、熱伝導率が例えば1.0W/mKと極めて低い。そのため、溝85〜88に溜まった接着剤は、高熱抵抗層として機能する。
The adhesive flows into the
上述のように構成された記録素子基板21において記録を実行すると、ヒータ61,62によって発生した熱は記録素子基板21の長辺方向の接着部を介して支持板10に伝わる。
When recording is performed on the
これに対して、吐出口列両端部においては、記録素子基板21の長辺方向に中心部と同様に熱拡散が起こるのに加えて、記録素子基板21の短辺方向においても熱拡散が生じる。第2の実施形態においては、この短辺方向の熱拡散を、主に高熱抵抗層85によって抑制する。さらに、吐出口列最短部より少し内側のヒータから発生した熱においては、記録素子基板長辺部に拡散する拡散量を高熱抵抗層86〜88によって段階的に抑制する。
On the other hand, at both ends of the ejection port array, thermal diffusion occurs in the short side direction of the
以上、本実施形態で示したような構成にすることで、吐出口列51、52の温度を吐出口列端部まで含めて均一にすることができ、複数の吐出口列を備えた記録素子基板における画像の濃度ムラを解消して画像品位を向上させることができる。
As described above, with the configuration shown in the present embodiment, the temperature of the
なお、本実施形態では溝85〜88は記録素子基板の接着面に設けたが、同等のものを支持板10の接着面に設けても構わない。この溝は、少なくとも、記録素子基板の接着面と支持板との一方に設けられていればよい。その場合に、この溝は、切削加工の他に、放電加工や型成型によっても形成することができる。
In this embodiment, the
(第3の実施形態)
本実施形態では、さらに、図4に示すように、記録素子基板21、23、25の配列方向の両側、及び記録素子基板22、24、26の配列方向の両側に沿ってヒートパイプが位置するように、支持板10の内部にヒートパイプ31、32、33が配されている。つまり、各記録素子基板のそれぞれの吐出口列配列方向に沿って、その列の側方の支持板にヒートパイプを配した構成である。
(Third embodiment)
In the present embodiment, as shown in FIG. 4, the heat pipes are located along both sides of the
本実施形態によると、吐出口列の配列方向に沿って側方にヒートパイプが延在しているので、吐出口列両端部と吐出口列中央部温度差を僅少化することができる。 According to the present embodiment, since the heat pipes extend laterally along the arrangement direction of the discharge port arrays, the temperature difference between both ends of the discharge port arrays and the central portion of the discharge port arrays can be reduced.
なお、上述の第1及び第2の実施形態のインクジェット記録ヘッドの支持板に、本実施形態のヒートパイプの配置構成を適用することで、さらに第1及び第2の実施形態の効果を大きくことができる。 The effects of the first and second embodiments can be further increased by applying the heat pipe arrangement configuration of the present embodiment to the support plate of the ink jet recording head of the first and second embodiments described above. Can do.
10 支持板
21〜26 記録素子基板
31〜33 ヒートパイプ
41 インク供給口
51、52 吐出口列
61、62 ヒータ
81〜84 高熱抵抗層
85〜88 溝
111 インク供給路
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記記録素子基板を支持する支持板と、
を有するインクジェット記録ヘッドにおいて、
前記記録素子基板と前記支持板との接触面において、前記吐出口列の方向における前記記録素子基板の端部に対応する部分には、前記端部以外に対応する部分よりも熱伝導率の低い材料で構成された熱抵抗層が形成され、
前記支持板は、前記記録素子基板を支持する第1の部位と、前記第1の部位の外周に、前記熱抵抗層と接する位置に設けられ、前記第1の部位よりも熱伝導率の低い材料で構成された第2の部位と、を備えることを特徴とするインクジェット記録ヘッド。 A recording element substrate having an ejection port array for ejecting ink;
A support plate for supporting the recording element substrate;
In an inkjet recording head having
In the contact surface between the recording element substrate and the support plate, the portion corresponding to the end portion of the recording element substrate in the direction of the ejection port array has lower thermal conductivity than the portion corresponding to the portion other than the end portion. A heat resistance layer made of material is formed,
The support plate is provided at a position in contact with the thermal resistance layer on a first portion that supports the recording element substrate and on an outer periphery of the first portion, and has a lower thermal conductivity than the first portion. An ink jet recording head comprising: a second portion made of a material .
前記溝の深さは、前記吐出口列の方向における前記記録素子基板の外側の方が、前記記録素子基板の内側よりも深いことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッド。 The thermal resistance layer is formed by filling an adhesive into a groove formed in at least one of the recording element substrate and the support plate,
4. The inkjet according to claim 1 , wherein a depth of the groove is deeper outside the recording element substrate in a direction of the ejection port array than inside the recording element substrate. 5. Recording head.
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