JP5328296B2 - Inkjet recording head and inkjet recording apparatus - Google Patents

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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装置および記録装置に用いられるインクジェット記録ヘッドに関するものである。   The present invention relates to an ink jet recording apparatus that performs a recording operation by discharging ink and an ink jet recording head used in the recording apparatus.

従来、インクジェット記録装置は、カラー画像のランニングコストが安く、装置の小型化も可能であることから、コンピュータ関係の出力機器等に幅広く利用され、商品化されている。   2. Description of the Related Art Conventionally, ink jet recording apparatuses are widely used and commercialized for computer-related output devices and the like because the running cost of color images is low and the apparatus can be miniaturized.

近年では、より高速に高精細の画像の記録を実現するため、より記録幅(吐出口列長)が長い記録ヘッドの実現も望まれている。具体的には、記録ヘッドの長さが4インチ〜13インチなどの長さのものも要求されている。   In recent years, in order to realize high-definition image recording at higher speed, it is also desired to realize a recording head having a longer recording width (discharge port array length). Specifically, a recording head having a length of 4 inches to 13 inches is also required.

このように記録ヘッドが長尺化、高速化していくと記録ヘッドへの投入エネルギが増大し、記録中の記録ヘッド温度上昇が大きくなる。これによりページ毎の吐出量変動、高温における吐出の不安定等、連続記録性の低下等、記録信頼性への対応が必要になる。   As the recording head becomes longer and faster in this way, the input energy to the recording head increases and the temperature of the recording head during recording increases. As a result, it is necessary to cope with recording reliability, such as a variation in ejection amount for each page, unstable ejection at high temperatures, and a decrease in continuous recording performance.

従来、記録ヘッドの冷却は記録ヘッドの外部からの空冷や、記録ヘッドに冷却管を装着するなどの方法が採られている。従来の方法においては、完成した記録ヘッドにヒートパイプや放熱部材を外付けしているため、熱源となる記録素子基板とヒートパイプとをあまり近づけられないという課題があった。また、ヒートパイプを外付けしているため、ヒートパイプと記録ヘッドとの接触面積が限られてしまい、記録ヘッドとヒートパイプとの間の熱交換効率が悪かった。従来方式の構成であっても、記録の実行条件によっては、冷却、均熱化の効果が十分な場合もあるが、より長尺化、高密度化した記録ヘッドでより連続記録を行おうとする場合に問題となる。これは、長時間記録による記録ヘッド内の偏った温度分布や昇温による記録不具合を抑えるだけの熱交換効率が得られていないことによる。   Conventionally, the cooling of the recording head has been carried out by air cooling from the outside of the recording head or by mounting a cooling pipe on the recording head. In the conventional method, since the heat pipe and the heat radiating member are externally attached to the completed recording head, there is a problem that the recording element substrate serving as a heat source and the heat pipe cannot be brought close to each other. Further, since the heat pipe is externally attached, the contact area between the heat pipe and the recording head is limited, and the heat exchange efficiency between the recording head and the heat pipe is poor. Even with the configuration of the conventional method, the effect of cooling and soaking may be sufficient depending on the recording execution conditions, but continuous recording is attempted with a longer and higher density recording head. In case. This is because the heat exchange efficiency that suppresses the uneven temperature distribution in the recording head due to long time recording and the recording failure due to the temperature rise is not obtained.

よって本発明は、上述のような従来技術の有する問題点に鑑み、長尺化、高密度化した記録ヘッドで高速記録した場合でも記録信頼性が高いインクジェット記録ヘッドを提供することを目的とする。   Therefore, in view of the above-described problems of the prior art, an object of the present invention is to provide an inkjet recording head having high recording reliability even when high-speed recording is performed with a long and high-density recording head. .

そのため本発明のインクジェット記録ヘッドは、インクを吐出する複数の吐出口が設けられたインクジェット記録ヘッドは、複数の吐出口が配列した吐出口列を備え、前記複数の吐出口からインクを吐出するための熱エネルギを発生する素子が設けられた記録素子基板と、前記記録素子基板を支持する面を備える支持板と、前記支持板の内部に設けられ、ヒートパイプを備える通路と、前記支持板の内部に冷却用の液体を流すために設けられた流路と、を備え、前記支持板の前記面に垂直な方向に関して前記記録素子基板と重なる領域では、前記記録素子基板、前記通路および前記流路が、前記支持板の厚さ方向にこの順に並べて設けられていることを特徴とする。 For this reason, the ink jet recording head of the present invention is provided with a plurality of discharge ports, and the ink jet recording head provided with a plurality of discharge ports for discharging ink has a discharge port array in which a plurality of discharge ports are arranged. A recording element substrate provided with an element for generating thermal energy, a support plate provided with a surface for supporting the recording element substrate, a passage provided inside the support plate and provided with a heat pipe , and the support plate A flow path provided for flowing a cooling liquid therein, and in a region overlapping the recording element substrate in a direction perpendicular to the surface of the support plate, the recording element substrate, the passage, and the flow The path is arranged in this order in the thickness direction of the support plate .

また、本発明のインクジェット記録装置は、前述のインクジェット記録ヘッドと、記録媒体を搬送する搬送手段と、を備えたインクジェット記録装置であって、前記流路に冷却用の液体を流す手段を備えたことを特徴とする。   The ink jet recording apparatus of the present invention is an ink jet recording apparatus comprising the above-described ink jet recording head and a transporting means for transporting a recording medium, and further comprising means for flowing a cooling liquid through the flow path. It is characterized by that.

本発明によれば、記録の高速化、吐出口配列の高密度化によるインクジェット記録ヘッドの温度上昇およびインクジェット記録ヘッド内の温度のムラを抑え、吐出量の変動や昇温による不吐出を防止することが可能になる。また、高速化、高画質化を両立できると共に連続記録実行時における信頼性の大幅な向上が可能になる。   According to the present invention, the temperature increase of the ink jet recording head and the temperature unevenness in the ink jet recording head due to the high speed recording and the high density of the discharge port array are suppressed, and the non-ejection due to the fluctuation of the discharge amount and the temperature rise is prevented. It becomes possible. Further, both high speed and high image quality can be achieved, and the reliability during continuous recording can be greatly improved.

本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図1から図12は本発明を適用可能な、インクを吐出する複数の吐出口からなる吐出口列を有する複数の記録素子基板が、支持板上で吐出口の列方向に沿って配列されたインクジェット記録ヘッドやインクジェット記録装置を説明するための図である。以下、これらの図面を参照して各構成の説明をしながら、全体を説明する。
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIGS. 1 to 12 show a plurality of recording element substrates each having an ejection port array composed of a plurality of ejection ports for ejecting ink, to which the present invention can be applied, arranged along the row direction of the ejection ports on a support plate. It is a figure for demonstrating an inkjet recording head or an inkjet recording device. Hereinafter, the entire configuration will be described with reference to these drawings while describing each configuration.

図1に示すインクジェット記録ヘッド(以下、単に記録ヘッドともいう)H1000は、電気信号に応じて膜沸騰をインクに生じさせるための熱エネルギを生成する電気熱変換体を用いて記録を行う。   An ink jet recording head (hereinafter also simply referred to as a recording head) H1000 shown in FIG. 1 performs recording using an electrothermal transducer that generates thermal energy for causing film boiling in ink according to an electrical signal.

そして、記録ヘッドH1000は、図2の分解斜視図に示すように、記録素子ユニットH1001とインク供給ユニットH1002のインク供給部材H1500から構成される。さらに、図3の分解斜視図に示すように、記録素子ユニットH1001は、記録素子基板H1100、支持板H1200、電気配線基板H1300、プレートH1400、フィルタ部材H1600で構成されている。   As shown in the exploded perspective view of FIG. 2, the recording head H1000 includes a recording element unit H1001 and an ink supply member H1500 of an ink supply unit H1002. Further, as shown in the exploded perspective view of FIG. 3, the recording element unit H1001 includes a recording element substrate H1100, a support plate H1200, an electric wiring substrate H1300, a plate H1400, and a filter member H1600.

図4(a)は、記録素子基板H1100の構成を示す図であり、図4(b)は、図4(a)に示すIVB−IVB断面図である。記録素子基板H1100は、例えば、厚さ0.5〜1mmのSi基板H1108で薄膜が形成されている。また、インク流路として長溝状の貫通口からなるインク供給口H1101が形成され、インク供給口H1101の両側に電気熱変換素子H1102がそれぞれ1列ずつ千鳥状に配列されている。そして、電気熱変換素子H1102、および、Alなどの電気配線が成膜技術により形成されている。また、電気配線に電力を供給するために電極H1103が設けられている。   4A is a diagram showing the configuration of the recording element substrate H1100, and FIG. 4B is a cross-sectional view taken along the line IVB-IVB shown in FIG. The recording element substrate H1100 has a thin film formed of, for example, a Si substrate H1108 having a thickness of 0.5 to 1 mm. In addition, an ink supply port H1101 composed of a long groove-like through-hole is formed as an ink flow path, and electrothermal conversion elements H1102 are arranged in a staggered pattern on each side of the ink supply port H1101. The electrothermal transducer H1102 and electric wiring such as Al are formed by a film forming technique. An electrode H1103 is provided to supply power to the electrical wiring.

インク供給口H1101は、Si基板H1108の結晶方位を利用して、異方性エッチングを行う。また、Si基板H1108上には、吐出口プレートH1110が具備され、電気熱変換素子H1102に対応したインク流路H1104、吐出口H1105、発泡室H1107がフォトリソ技術により形成されている。また、吐出口H1105は電気熱変換素子H1102に対向するように設けられており、インク供給口H1101から供給されたインクを電気熱変換素子H1102により気泡を発生させてインクを吐出させるものである。   The ink supply port H1101 performs anisotropic etching using the crystal orientation of the Si substrate H1108. Further, an ejection port plate H1110 is provided on the Si substrate H1108, and an ink flow path H1104, an ejection port H1105, and a foaming chamber H1107 corresponding to the electrothermal conversion element H1102 are formed by photolithography. The ejection port H1105 is provided so as to face the electrothermal conversion element H1102, and the ink supplied from the ink supply port H1101 generates air bubbles by the electrothermal conversion element H1102 to eject the ink.

支持板H1200は、例えば、厚さ0.5〜10mmのアルミナ(Al23)材料で形成されている。なお、支持板の素材は、アルミナに限られることなく、記録素子基板H1100の材料の線膨張率と同等の線膨張率を有し、かつ、記録素子基板H1100材料の熱伝導率と同等もしくは同等以上の熱伝導率を有する材料で作られてもよい。支持板H1200の素材は、例えば、シリコン(Si)、窒化アルミニウム(AlN)、ジルコニア、窒化珪素(Si34)、炭化珪素(SiC)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)のうちいずれであってもよい。 The support plate H1200 is made of, for example, an alumina (Al 2 O 3 ) material having a thickness of 0.5 to 10 mm. The material of the support plate is not limited to alumina, and has a linear expansion coefficient equivalent to that of the material of the recording element substrate H1100, and is equivalent to or equivalent to the thermal conductivity of the material of the recording element substrate H1100. It may be made of a material having the above thermal conductivity. The material of the support plate H1200 is, for example, any of silicon (Si), aluminum nitride (AlN), zirconia, silicon nitride (Si 3 N 4 ), silicon carbide (SiC), molybdenum (Mo), and tungsten (W). There may be.

支持板H1200には、記録素子基板H1100にインクを供給するためのインク供給口H1201(第1インク供給口)が形成されている。これは、記録素子基板H1100のインク供給口H1101(第2インク供給口)が支持板H1200のインク供給口H1201に対応している。また、記録素子基板H1100は支持板H1200に対して位置精度良く接着固定される。また、支持板H1200は、位置決め基準となるX方向基準H1204、Y方向基準H1205、Z方向基準H1206を有している。   The support plate H1200 is formed with an ink supply port H1201 (first ink supply port) for supplying ink to the recording element substrate H1100. This is because the ink supply port H1101 (second ink supply port) of the recording element substrate H1100 corresponds to the ink supply port H1201 of the support plate H1200. Further, the recording element substrate H1100 is bonded and fixed to the support plate H1200 with high positional accuracy. Further, the support plate H1200 has an X-direction reference H1204, a Y-direction reference H1205, and a Z-direction reference H1206 that are positioning references.

記録素子基板H1100は、図1に示すように支持板上H1200に千鳥状に配置され、同一色による幅広の記録を可能としている。例えば、吐出口群の長さが少なくとも1インチの4つの記録素子基板H1100a、H1100b、H1100c、H1100dを千鳥状に配置し、4インチ幅の記録を可能にしている。   As shown in FIG. 1, the recording element substrates H1100 are arranged in a staggered manner on the support plate H1200, and enable wide recording with the same color. For example, four recording element substrates H1100a, H1100b, H1100c, and H1100d having a discharge port group length of at least 1 inch are arranged in a staggered manner to enable recording with a width of 4 inches.

また、各記録素子基板の吐出口群の端部は、千鳥状に隣接する記録素子基板の吐出口群の端部と、記録方向に対して、重複する領域(L)を設け、各記録素子基板による記録領域間に隙間が生じることを防止している。例えば、吐出口群H1106aと吐出口群H1106bに重複領域H1109a、H1109bを設けている。   Further, the end portion of the ejection port group of each recording element substrate is provided with a region (L) overlapping with the end portion of the ejection port group of the recording element substrate adjacent to the staggered pattern in the recording direction. A gap is prevented from being generated between the recording areas of the substrate. For example, overlapping regions H1109a and H1109b are provided in the discharge port group H1106a and the discharge port group H1106b.

電気配線基板H1300は、記録素子基板H1100に対してインクを吐出するための電気信号を印加するものであり、記録素子基板H1100を組み込むための開口部を有している。裏面にはプレートH1400が接着固定される。また、電気配線基板H1300は、記録素子基板H1100の電極H1103に対応する電極端子H1302と、この配線端部に位置し記録装置本体からの電気信号を受け取るための外部信号入力端子H1301を有している。   The electrical wiring substrate H1300 applies an electrical signal for ejecting ink to the recording element substrate H1100, and has an opening for incorporating the recording element substrate H1100. A plate H1400 is bonded and fixed to the back surface. The electric wiring board H1300 has an electrode terminal H1302 corresponding to the electrode H1103 of the recording element board H1100, and an external signal input terminal H1301 for receiving an electric signal from the recording apparatus main body located at the end of the wiring. Yes.

電気配線基板H1300と記録素子基板H1100は、電気的に接続されている。その接続方法は、例えば、記録素子基板H1100の電極H1103と電気配線基板H1300の電極端子H1302を金ワイヤH1303(不図示)を用いたワイヤーボンディング技術によりにより電気的に接続される。電気配線基板H1300の素材としては、例えば、配線が二層構造のフレキシブル配線基板が使用され、表層はポリイミドフィルムで覆われている。   The electrical wiring board H1300 and the recording element board H1100 are electrically connected. As the connection method, for example, the electrode H1103 of the recording element substrate H1100 and the electrode terminal H1302 of the electric wiring substrate H1300 are electrically connected by a wire bonding technique using a gold wire H1303 (not shown). As a material of the electrical wiring board H1300, for example, a flexible wiring board having a two-layer structure is used, and a surface layer is covered with a polyimide film.

プレートH1400は、例えば、厚さ0.5〜1mmのステンレス板で形成されている。なお、プレートの素材は、ステンレスに限られることなく、耐インク性を有し、良好な平面性を有する材料で作られてもよい。そして、プレートH1400は、支持板H1200に接着固定された記録素子基板H1100および該記録素子基板を取り込む開口部を有し、支持板に接着固定される。   The plate H1400 is formed of, for example, a stainless steel plate having a thickness of 0.5 to 1 mm. The material of the plate is not limited to stainless steel, and may be made of a material having ink resistance and good flatness. The plate H1400 has a recording element substrate H1100 that is adhesively fixed to the support plate H1200 and an opening for taking in the recording element substrate, and is adhesively fixed to the support plate.

プレートの開口部H1402と記録素子基板H1100の側面によって形成される溝部には、第1の封止剤H1304が充填され、電気配線基板H1300の電気実装部を封止している。また、記録素子基板の電極H1103は、第2の封止剤H1305で封止し、電気接続部分をインクによる腐食や外的衝撃から保護している。また、支持板H1200の裏面側インク供給口H1201には、インク中に混入された異物を取り除くためのフィルタ部材H1600が接着固定される。   A groove formed by the opening H1402 of the plate and the side surface of the recording element substrate H1100 is filled with the first sealant H1304, and the electrical mounting portion of the electrical wiring substrate H1300 is sealed. Further, the electrode H1103 of the recording element substrate is sealed with a second sealant H1305 to protect the electrical connection portion from corrosion by ink and external impact. A filter member H1600 for removing foreign matter mixed in the ink is bonded and fixed to the back surface side ink supply port H1201 of the support plate H1200.

インク供給部材H1500は、例えば、樹脂成形により形成され、共通液室H1501と、Z方向基準面H1502を具備している。そして、Z基準面H1502は、記録素子ユニットを位置決め固定するとともに、記録ヘッドH1000のZ基準となっている。   The ink supply member H1500 is formed by resin molding, for example, and includes a common liquid chamber H1501 and a Z-direction reference surface H1502. The Z reference plane H1502 positions and fixes the recording element unit and serves as the Z reference for the recording head H1000.

図2に示した通り、記録ヘッドH1000は、記録素子ユニットH1001をインク供給部材H1500に結合することにより完成する。結合は以下のように行われる。インク供給部材H1500の開口部と記録素子ユニットH1001を第3の封止剤H1503により封止し、共通液室H1501を密閉する。そして、インク供給部材のZ基準H1502に記録素子ユニットH1001のZ基準H1502を、例えば、ビスH1900等により位置決め固定する。第3の封止剤H1503は、耐インク性があり、かつ、常温で硬化し、かつ、異種材料間の線膨張差に耐えられる柔軟性のある封止剤が望ましい。   As shown in FIG. 2, the recording head H1000 is completed by coupling the recording element unit H1001 to the ink supply member H1500. The coupling is performed as follows. The opening of the ink supply member H1500 and the recording element unit H1001 are sealed with a third sealant H1503, and the common liquid chamber H1501 is sealed. Then, the Z reference H1502 of the recording element unit H1001 is positioned and fixed to the Z reference H1502 of the ink supply member by, for example, a screw H1900. The third sealant H1503 is desirably a sealant that has ink resistance, is cured at room temperature, and can withstand the linear expansion difference between different materials.

また、記録素子ユニットH1001の外部信号入力端子H1301部分は、例えば、インク供給部材H1500の裏面に、位置決め固定される。   Further, the external signal input terminal H1301 portion of the recording element unit H1001 is positioned and fixed on, for example, the back surface of the ink supply member H1500.

本発明の実施例に係るインクジェット記録装置M4000は、図5に示すように、例えば、写真画質の記録に対応して6色分の記録ヘッドが具備されている。記録ヘッドH1000Bkは、ブラックインク用の記録ヘッドであり、記録ヘッドH1000Cはシアンインク用、記録ヘッドH1000Mはマゼンタインク用、記録ヘッドH1000Yはイエローインク用である。さらに、記録ヘッドH1000LCはライトシアンインク用、記録ヘッドH1000LMはライトマゼンタインク用である。これらの記録ヘッドH1000を、記録装置本体M4000に載置されている記録ヘッド搭載部M4001の位置決め手段および電気的接点M4002によって固定支持する。   As shown in FIG. 5, the ink jet recording apparatus M4000 according to the embodiment of the present invention includes, for example, recording heads for six colors corresponding to photographic image quality recording. The recording head H1000Bk is a recording head for black ink, the recording head H1000C is for cyan ink, the recording head H1000M is for magenta ink, and the recording head H1000Y is for yellow ink. Further, the recording head H1000LC is for light cyan ink, and the recording head H1000LM is for light magenta ink. These recording heads H1000 are fixedly supported by positioning means and electrical contacts M4002 of the recording head mounting portion M4001 mounted on the recording apparatus main body M4000.

そして、これらの記録ヘッドH1000を、不図示の駆動回路によって制御し、記録媒体に対して記録を行うものである。なお、図5の記録装置は、記録ヘッドが記録媒体幅分の吐出口を有するフルラインタイプであり、記録ヘッドは固定で、記録媒体が矢印の方向に走査する(搬送手段により搬送される)ことで記録を行う方式である。また、これに対して、図6の記録装置は、ヘッド搭載部M4001としてのキャリッジに記録ヘッドを搭載し、キャリッジが主走査方向(キャリッジ移動方向)に往復移動しながら記録を行う、シリアル駆動方式の記録装置である。   These recording heads H1000 are controlled by a drive circuit (not shown) to perform recording on a recording medium. The recording apparatus of FIG. 5 is a full line type in which the recording head has ejection openings corresponding to the width of the recording medium, the recording head is fixed, and the recording medium scans in the direction of the arrow (conveyed by the conveying means). This is a recording method. On the other hand, the recording apparatus of FIG. 6 has a serial drive system in which a recording head is mounted on a carriage as the head mounting portion M4001, and recording is performed while the carriage reciprocates in the main scanning direction (carriage moving direction). Recording device.

次に、本発明のインクジェット記録へッドは、インクを吐出するための複数の吐出口からなる吐出口列を有する記録素子基板の複数が支持板上に吐出口列方向にそって配列されているものである。そして、以下の各実施形態において説明するインクジェット記録へッドは、支持板の内部にヒートパイプを配した構成を有するものである。   Next, in the inkjet recording head of the present invention, a plurality of recording element substrates each having an ejection port array composed of a plurality of ejection ports for ejecting ink are arranged on a support plate along the ejection port array direction. It is what. And the inkjet recording head demonstrated in each following embodiment has the structure which has arranged the heat pipe inside the support plate.

(第1の実施形態)
図7(a)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縦断面、図7(b)は、図7(a)のVIIB−VIIBによる横断面図である。支持板H1200には記録素子基板H1100a、H1100b、H1100c、H1100dの4枚が千鳥配列に搭載されている。
(First embodiment)
7A is a longitudinal sectional view of the ink jet recording head according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 7B is a transverse sectional view taken along VIIB-VIIB of FIG. 7A. On the support plate H1200, four recording element substrates H1100a, H1100b, H1100c, and H1100d are mounted in a staggered arrangement.

また、図8は、図7(b)の支持板H1200のみを模式的に示した図である。支持板H1200は2枚の板状部材で構成され、それぞれを接着剤により貼り合わせて一つの基板としている。第一の支持板H1200−1の記録素子基板配置面とは反対側には、溝が3本独立に形成されており、第二の支持板H1200−2を貼り合せることによりそれぞれの溝に蓋が付いてヒートパイプH2000を設置するための設置空間としての通路H2001となる。ヒートパイプ設置用の通路H2001の断面は幅4.2mm、深さ2.2mmとし、断面形状が幅4mm、厚さ2mmの扁平断面のヒートパイプH2000をその通路H2001内に配した。通路H2001とヒートパイプH2000との隙間をシリコン接着剤で埋めることで、ヒートパイプH2000を支持板H1200に対して固定した。   FIG. 8 is a diagram schematically showing only the support plate H1200 of FIG. 7B. The support plate H1200 is composed of two plate-like members, and each is bonded together with an adhesive to form one substrate. Three grooves are independently formed on the opposite side of the first support plate H1200-1 from the recording element substrate placement surface, and the second support plate H1200-2 is bonded to cover each groove. And a passage H2001 as an installation space for installing the heat pipe H2000. The heat pipe installation passage H2001 has a cross section of a width of 4.2 mm and a depth of 2.2 mm, and a heat pipe H2000 having a cross section of a width of 4 mm and a thickness of 2 mm and a flat cross section is disposed in the passage H2001. The heat pipe H2000 was fixed to the support plate H1200 by filling the gap between the passage H2001 and the heat pipe H2000 with a silicon adhesive.

なお、ヒートパイプH2000のみ設置した場合は、記録ヘッドの支持板H1200全体の均熱化を図ることができる。記録実行の際の条件によっては支持板H1200の冷却が必要でない場合もあるため、高速記録ではないが高精細記録である記録実行に対して効果が期待できる。   In the case where only the heat pipe H2000 is installed, it is possible to equalize the temperature of the entire recording head support plate H1200. Depending on the conditions at the time of recording execution, there is a case where cooling of the support plate H1200 is not necessary, so that an effect can be expected for recording execution that is not high-speed recording but high-definition recording.

また、連続高速記録を実行する場合には、冷却機能も併せ持つ必要があり、図7(a)に示すようにヒートパイプの片側を支持板より延在させ、ヒートシンクなどの冷却部材と連結して冷却することも可能である。この場合には、記録ヘッドの均熱化、冷却の効果を併せ持つことができ、優れた構成となる。その場合には、記録装置内等にヒートシンクを設置する必要がある。   In addition, when performing continuous high-speed recording, it is necessary to have a cooling function. As shown in FIG. 7A, one side of the heat pipe extends from the support plate and is connected to a cooling member such as a heat sink. It is also possible to cool. In this case, it is possible to have both the effects of soaking and cooling the recording head, resulting in an excellent configuration. In that case, it is necessary to install a heat sink in the recording apparatus or the like.

以上説明したような構成とすることで、ヒートパイプH2000を、熱源である記録素子基板の近くに配置できるため、記録ヘッド内の温度較差を低減することが出来る。また、ヒートパイプがヒートシンクなどの冷却部材と連結した構成とすることで、記録ヘッドの昇温を抑制することが出来る。   With the configuration described above, the heat pipe H2000 can be disposed near the recording element substrate that is a heat source, so that the temperature range in the recording head can be reduced. In addition, since the heat pipe is connected to a cooling member such as a heat sink, the temperature rise of the recording head can be suppressed.

(第2の実施形態)
図9(a)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縦断面であり、図9(b)は、図9(a)のIXB−IXBにおける横断面図である。本実施形態では、支持板H1200の内部にヒートパイプH2000と冷却媒体の流路H2002−2とを形成した。本実施形態では、支持板H1200の内部の記録素子基板H1100の側にヒートパイプH2000を配し、ヒートパイプH2000と流路H2002−2とを支持板H1200の厚さ方向にこれらが重なるように並べて設けている。つまり、記録素子基板H1100、前記ヒートパイプH2000が設けられる設置空間としての通路H2001、前記流路H2002−2が、支持板H1200の厚さ方向に沿ってこの順に並べられている。
(Second Embodiment)
FIG. 9A is a longitudinal sectional view of an ink jet recording head according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 9B is a transverse sectional view taken along the line IXB-IXB in FIG. In the present embodiment, the heat pipe H2000 and the cooling medium flow path H2002-2 are formed inside the support plate H1200. In the present embodiment, the heat pipe H2000 is arranged on the recording element substrate H1100 side inside the support plate H1200, and the heat pipe H2000 and the flow path H2002-2 are arranged so that they overlap in the thickness direction of the support plate H1200. Provided. That is, the recording element substrate H1100, the passage H2001 as an installation space in which the heat pipe H2000 is provided, and the flow path H2002-2 are arranged in this order along the thickness direction of the support plate H1200.

図10は、図9(b)の支持板H1200のみを模式的に示した図である。支持板H1200は3枚の部材で構成され、それぞれを互いに接着剤により貼り合わせて一つの基板を構成している。第一の支持板H1200−1の記録素子基板配置面とは反対側には溝が3本独立に形成されており、第二の支持板H1200−2を貼り合せることによりヒートパイプH2000を設置するための設置空間としての通路H2001を形成している。第三の支持板H1200−3にも溝が3本独立に形成されており、第二の支持板H1200−2と貼り合わせることにより流路H2002−2を形成し冷却媒体を流せるようになっている。   FIG. 10 is a diagram schematically showing only the support plate H1200 of FIG. 9B. The support plate H1200 is composed of three members, and each is bonded to each other with an adhesive to constitute one substrate. Three grooves are independently formed on the side opposite to the recording element substrate placement surface of the first support plate H1200-1, and the heat pipe H2000 is installed by bonding the second support plate H1200-2. A passage H2001 as an installation space is formed. The third support plate H1200-3 is also formed with three independent grooves, and is bonded to the second support plate H1200-2 to form a flow path H2002-2 so that the cooling medium can flow. Yes.

ヒートパイプ設置用の溝形状および使用するヒートパイプ形状は上述の第1の実施形態と同様の構造であり、通路H2001とヒートパイプH2000との隙間をシリコン接着剤で埋めることで、ヒートパイプH2000を支持板H1200に対して固定した。流路H2002−2の断面は、本実施形態では幅3mm、深さ2mmとした。冷却液の流量は、20ml/min〜100ml/min程度とした。この流量は、記録の実行条件、記録ヘッドの仕様により、条件にあった適切な流量であればよい。   The shape of the groove for installing the heat pipe and the shape of the heat pipe to be used are the same as those in the first embodiment described above. By filling the gap between the passage H2001 and the heat pipe H2000 with a silicon adhesive, the heat pipe H2000 is formed. It fixed with respect to the support plate H1200. In the present embodiment, the cross section of the flow path H2002-2 has a width of 3 mm and a depth of 2 mm. The flow rate of the cooling liquid was about 20 ml / min to 100 ml / min. This flow rate may be an appropriate flow rate suitable for the conditions depending on the printing execution conditions and the print head specifications.

ヒートパイプH2000としては、市販されているヒートパイプが使用できる。形状としては、支持板H1200との接触面積が十分に確保できれば特に限定はない。好適には、溝の加工性や記録ヘッドの構造上の観点から考えて、ヒートパイプを潰して扁平形状にしたタイプが使用しやすい。また、ヒートパイプH2000と支持板H1200との隙間を埋める材料は、熱伝導率が高く、安定なものであれば使用可能である。このような材料として、シリコン系の接着剤が使用できる。   As the heat pipe H2000, a commercially available heat pipe can be used. The shape is not particularly limited as long as a sufficient contact area with the support plate H1200 can be secured. Preferably, in view of the workability of the groove and the structure of the recording head, a type in which the heat pipe is crushed into a flat shape is easy to use. Moreover, the material which fills the clearance gap between the heat pipe H2000 and the support plate H1200 can be used if it has high thermal conductivity and is stable. A silicon-based adhesive can be used as such a material.

支持板H1200の材質は、耐インク性があり、熱伝導の良い材質が好ましく、セラミック材、カーボングラファイト材などが使われる。セラミック材の中で特にアルミナは比較的安価で剛性があり、記録ヘッドの反りやうねりが問題となりやすい長尺の記録ヘッドには最適である。又、グリーンシートを積層、焼成したアルミナ基板は、本発明のような複雑な構造物に対しても安価に製作できるため好ましい。そのため、断熱材となる接着剤を使用することなくヒートパイプを配置することができ、記録ヘッドの冷却、均熱化の観点からはより好ましい。   The material of the support plate H1200 is preferably a material having ink resistance and good thermal conductivity, such as a ceramic material or a carbon graphite material. Among the ceramic materials, alumina is relatively inexpensive and rigid, and is optimal for a long recording head in which warping or waviness of the recording head is likely to be a problem. Further, an alumina substrate obtained by laminating and firing green sheets is preferable because it can be manufactured at low cost even for complicated structures such as the present invention. For this reason, the heat pipe can be arranged without using an adhesive serving as a heat insulating material, which is more preferable from the viewpoint of cooling and soaking the recording head.

支持板H1200内のヒートパイプH2000や冷却流路の配置は、熱源である記録素子基板H1100にヒートパイプH2000と冷却流路H2004とを極力近付けることが好ましい。記録に使用した記録素子基板H1100の昇温により部分的に上昇した支持板H1200の温度分布を、熱交換効率良くヒートパイプH2000により均熱化し、冷却液により冷却が行えるようにすることが必要である。よって、支持板H1200内の記録素子基板H1100側に可能な限りヒートパイプH2000を近付けて配し、仕切り層を挟んで冷却流路を形成した本実施形態のような構成が好ましい。   As for the arrangement of the heat pipes H2000 and the cooling flow paths in the support plate H1200, it is preferable that the heat pipes H2000 and the cooling flow paths H2004 are as close as possible to the recording element substrate H1100 that is a heat source. It is necessary to make the temperature distribution of the support plate H1200 partially raised by the temperature rise of the recording element substrate H1100 used for recording so as to equalize the temperature with the heat pipe H2000 with high heat exchange efficiency and to be cooled by the coolant. is there. Therefore, a configuration like this embodiment in which the heat pipe H2000 is arranged as close as possible to the recording element substrate H1100 side in the support plate H1200 and the cooling flow path is formed with the partition layer interposed therebetween is preferable.

このような構成とすることにより、記録ヘッド内の温度較差が低減し、昇温も抑えることが可能となる。よって、電気熱変換素子H1102を高密度に配置して高速に記録を実行しても、部分的な濃度ムラや不吐出を低減することができ、高品質の画像を高速に記録することが可能になる。   With such a configuration, the temperature range in the recording head can be reduced, and the temperature rise can be suppressed. Therefore, even when the electrothermal conversion elements H1102 are arranged at high density and recording is performed at high speed, partial density unevenness and non-ejection can be reduced, and high-quality images can be recorded at high speed. become.

また、第1の実施形態で示したようなヒートシンクによる冷却よりも、本実施形態のようなヒートパイプと冷却流路とを併用した構成の方が、冷却効率を高くすることができるため、最適な構成となる。   In addition, the configuration using the heat pipe and the cooling flow path as in this embodiment together with the heat sink as shown in the first embodiment can improve the cooling efficiency, so that it is optimal. It becomes the composition.

なお、本発明で好適に使用できる冷却媒体としては、水、インク、エアー、窒素ガスなどがあり、特に温度調節した媒体を循環して使用しようとする場合には、温度管理や制御がやり易くなる。また、冷却流路を複数に分けた場合、冷却液の流れ方向や使用する流路の本数などにより、記録ヘッドの温度を細かくコントロールすることができる。   The cooling medium that can be suitably used in the present invention includes water, ink, air, nitrogen gas, and the like, and particularly when temperature-adjusted medium is circulated and used, temperature management and control are easy. Become. Further, when the cooling flow path is divided into a plurality of parts, the temperature of the recording head can be finely controlled according to the flow direction of the coolant and the number of flow paths used.

図13は、本発明の第1および第2の実施形態の記録ヘッドと、ヒートパイプおよび冷却無しの従来のインクジェット記録ヘッドと、によるA4サイズの用紙50枚への縁無し全面記録実行直後の記録ヘッド温度(上昇分)を示したグラフである。使用した記録素子基板H1100は、4チップのうち、H1100−aとH1100−bのみで、H1100−cおよびH1100−dは使用しなかった。この試験の結果、従来のインクジェット記録ヘッドでは、H1100−a、とH1100−bの記録素子基板が高温に達し、さらに記録ヘッド温度は上昇し続け、ついに不吐出が発生した。本発明を適用したインクジェット記録ヘッドでは、使用したH1100−aおよびH1100−bと、使用しなかったH1100−cおよびH1100−dとは殆ど同温度に均熱化されており昇温は約50枚で従来のインクジェット記録ヘッドの約半分に抑えられた。また、更に記録を継続しても不吐出が発生することは無かった。   FIG. 13 shows a recording immediately after execution of full-frame recording on 50 sheets of A4 size paper by the recording heads of the first and second embodiments of the present invention and the conventional inkjet recording head without heat pipe and cooling. It is the graph which showed head temperature (increase). Of the four chips, the recording element substrate H1100 used was H1100-a and H1100-b, and H1100-c and H1100-d were not used. As a result of this test, in the conventional ink jet recording head, the recording element substrates of H1100-a and H1100-b reached a high temperature, the recording head temperature continued to rise, and finally ejection failure occurred. In the inkjet recording head to which the present invention is applied, the used H1100-a and H1100-b and the unused H1100-c and H1100-d are soaked at almost the same temperature, and the temperature rise is about 50 sheets. Therefore, it was suppressed to about half of the conventional inkjet recording head. Further, no discharge occurred even when recording was continued.

昇温(△T)はヒートトパイプの熱輸送量や冷却溝の形状、冷却水の流量、温度により変化するが、使われるインクジェット記録ヘッドの電気熱変換素子の配置や吐出量等の仕様により最適な条件にする。   The temperature rise (ΔT) varies depending on the heat transport amount of the heat pipe, the shape of the cooling groove, the flow rate of the cooling water, and the temperature, but it is optimal depending on the specifications such as the arrangement and discharge rate of the electrothermal conversion element of the ink jet recording head used. Make the conditions appropriate.

(第3の実施形態)
図11は、本発明の第3の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドにおける支持板H1200を模式的に示した図である。本実施形態では、第2の実施形態のインクジェット記録ヘッドのアルミナの支持板H1200をグリーンシートを積層、焼成して形成した積層構造体に変更した。この構成では、支持板H1200を熱伝導率の悪い接着剤で貼って構成する必要がないため、熱伝導率の高いアルミナのみで基板を構成でき、第2の実施形態に比べて本実施形態では記録ヘッドの昇温を抑えることができる。
(Third embodiment)
FIG. 11 is a diagram schematically showing a support plate H1200 in the ink jet recording head according to the third embodiment of the present invention. In the present embodiment, the alumina support plate H1200 of the ink jet recording head of the second embodiment is changed to a laminated structure formed by laminating and firing green sheets. In this configuration, since it is not necessary to form the support plate H1200 with an adhesive having poor thermal conductivity, the substrate can be configured only with alumina having high thermal conductivity. In this embodiment, compared to the second embodiment, The temperature rise of the recording head can be suppressed.

(第4の実施形態)
図12は、本発明の第4の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドにおける支持板H1200を模式的に示した図である。本実施形態では、ヒートパイプおよび冷却流路の本数を減らした実施形態である。ヒートパイプおよび冷却流路の本数をそれぞれ2本に減らしたことで熱交換効率は落ちるものの、流路系は簡易な構成になり、記録ヘッドの小型化やコストダウンにつながる。
(Fourth embodiment)
FIG. 12 is a diagram schematically showing a support plate H1200 in the ink jet recording head according to the fourth embodiment of the present invention. In this embodiment, the number of heat pipes and cooling channels is reduced. Although the heat exchange efficiency is reduced by reducing the number of heat pipes and cooling channels to two each, the flow channel system has a simple configuration, leading to downsizing and cost reduction of the recording head.

(第5の実施形態)
図14(a)は、本実施形態の記録ヘッドを示した縦断面図であり、図14(b)は、図14(a)のXIVB−XIVBにおける横断面である。支持板H1200には、記録素子基板H1100a、H1100b、H1100c、H1100dの4枚が千鳥配列に搭載されている。
(Fifth embodiment)
FIG. 14A is a longitudinal sectional view showing the recording head of this embodiment, and FIG. 14B is a transverse section taken along line XIVB-XIVB in FIG. On the support plate H1200, four recording element substrates H1100a, H1100b, H1100c, and H1100d are mounted in a staggered arrangement.

支持板H1200は、2枚の部材で構成され、それぞれの部材は接着剤により貼り合わされている。第一の支持板H1200−1の記録素子基板配置面とは反対側の面には、溝が3本独立に形成されている。ここに第二の支持板H1200−2を貼り合せることにより、ヒートパイプH2000を設置するための溝H2001が形成されている。ヒートパイプ設置用の溝の断面は幅4.2mm、深さ2.2mmとし、断面形状が幅4mm、厚さ2mmの扁平のヒートパイプをシリコン接着剤で溝H2001の底面および側面に固定した。つまり、複数の記録素子基板の配列方向におけるヒートパイプの断面積が、ヒートパイプが配置された通路の断面積よりも小さい構成となっている。   The support plate H1200 is composed of two members, and each member is bonded by an adhesive. Three grooves are independently formed on the surface of the first support plate H1200-1 opposite to the recording element substrate arrangement surface. A groove H2001 for installing the heat pipe H2000 is formed by bonding the second support plate H1200-2 here. The cross section of the heat pipe installation groove was 4.2 mm wide and 2.2 mm deep, and a flat heat pipe having a cross sectional shape of 4 mm wide and 2 mm thick was fixed to the bottom and side surfaces of the groove H2001 with a silicon adhesive. That is, the cross-sectional area of the heat pipe in the arrangement direction of the plurality of recording element substrates is smaller than the cross-sectional area of the passage where the heat pipe is arranged.

第二の支持板H1200−2の下面には、溝H2001に対向する位置に3本独立に溝H2002−5が、吐出口列の方向、つまり電気熱変換素子H1102の配列方向に沿って形成されている。この溝の断面寸法も幅4.2mm、深さ2.2mmとした。溝H2001と溝H2002−5とによって形成される通路H2003の下側には上述のようにヒートパイプH2000が設置されている。   Three independent grooves H2002-5 are formed on the lower surface of the second support plate H1200-2 at positions facing the grooves H2001 along the direction of the discharge port array, that is, the arrangement direction of the electrothermal transducers H1102. ing. The cross-sectional dimensions of this groove were also 4.2 mm wide and 2.2 mm deep. As described above, the heat pipe H2000 is installed below the passage H2003 formed by the groove H2001 and the groove H2002-5.

一方、ヒートパイプH2000は、溝H2001と溝H2002−5とによって形成される通路H2003のうち、記録素子基板H1100に近い側に設けられている。よって、通路H2003は、ヒートパイプH2000の上側には高さ2mm強の空間が残る。この空間には、例えば、水のような冷却液が流せるようになっている。つまり、2つの溝H2001、H2002−5とによって形成された通路H2003の内部の、ヒートパイプH2000が存在しない空間が冷却液の流路(冷却流路)H2004となる。言い換えると、支持板H1200の内部に、記録素子基板H1100、通路H2003、流路H2004が支持板H1200の厚さ方向にそってこの順に配されている。このようにして、ヒートパイプH2000と冷却用の流路H2004は、吐出口列の方向(電気熱変換素子H1102の配列方向)に沿って、支持板H1100の内部に配される。   On the other hand, the heat pipe H2000 is provided on the side close to the recording element substrate H1100 in the passage H2003 formed by the groove H2001 and the groove H2002-5. Therefore, in the passage H2003, a space with a height of more than 2 mm remains above the heat pipe H2000. In this space, for example, a coolant such as water can flow. That is, the space inside the passage H2003 formed by the two grooves H2001 and H2002-5, where the heat pipe H2000 does not exist, becomes the coolant flow path (cooling flow path) H2004. In other words, inside the support plate H1200, the recording element substrate H1100, the passage H2003, and the flow path H2004 are arranged in this order along the thickness direction of the support plate H1200. In this way, the heat pipe H2000 and the cooling flow path H2004 are arranged inside the support plate H1100 along the direction of the discharge port array (the arrangement direction of the electrothermal conversion elements H1102).

冷却液の流量は、20ml/min〜100ml/min程度である。もちろん記録の実行条件、記録ヘッドの仕様により、条件にあった適切な流量であればよい。支持板H1200内の記録素子基板H1100側に可能な限りヒートパイプH2000を近付けて配し、そのヒートパイプH2000を直接冷却できるように冷却流路H2004を形成した図14のような構成が好ましい。   The flow rate of the cooling liquid is about 20 ml / min to 100 ml / min. Of course, the flow rate may be an appropriate flow rate depending on the recording execution conditions and the recording head specifications. A configuration as shown in FIG. 14 is preferred in which the heat pipe H2000 is arranged as close as possible to the recording element substrate H1100 side in the support plate H1200, and the cooling flow path H2004 is formed so that the heat pipe H2000 can be directly cooled.

本実施形態では、ヒートパイプは冷却液により直接冷却されるため、ヒートパイプと冷却流路とが独立に配置された構成に比べて、より冷却効果を高めることが出来る。   In the present embodiment, since the heat pipe is directly cooled by the coolant, the cooling effect can be further enhanced as compared with the configuration in which the heat pipe and the cooling flow path are independently arranged.

図15は、本発明の第5から第7の実施形態の記録ヘッドと、ヒートパイプおよび冷却無しの従来のインクジェット記録ヘッドと、によるA4サイズの用紙50枚への縁無し全面記録実行直後の記録ヘッド温度(上昇分)を示したグラフである。使用した記録素子基板H1100は、4チップのうち、H1100−aとH1100−bのみで、H1100−cおよびH1100−dは使用しなかった。この試験の結果、従来のインクジェット記録ヘッドでは、H1100−a、とH1100−bの記録素子基板が高温に達し、さらに記録ヘッド温度は上昇し続け、ついに不吐出が発生した。本発明を適用したインクジェット記録ヘッドでは、使用したH1100−aおよびH1100−bと、使用しなかったH1100−cおよびH1100−dとは殆ど同温度に均熱化されており昇温は約50枚で従来のインクジェット記録ヘッドの約半分に抑えられた。また、更に記録を継続しても不吐出が発生することは無かった。   FIG. 15 shows a recording immediately after execution of full borderless recording on 50 sheets of A4 size paper by the recording heads of the fifth to seventh embodiments of the present invention and the conventional inkjet recording head without heat pipe and cooling. It is the graph which showed head temperature (increase). Of the four chips, the recording element substrate H1100 used was H1100-a and H1100-b, and H1100-c and H1100-d were not used. As a result of this test, in the conventional ink jet recording head, the recording element substrates of H1100-a and H1100-b reached a high temperature, the recording head temperature continued to rise, and finally ejection failure occurred. In the inkjet recording head to which the present invention is applied, the used H1100-a and H1100-b and the unused H1100-c and H1100-d are soaked at almost the same temperature, and the temperature rise is about 50 sheets. Therefore, it was suppressed to about half of the conventional inkjet recording head. Further, no discharge occurred even when recording was continued.

(第6の実施形態)
図16は、本実施形態の記録ヘッドを示した断面図である。本実施形態のインクジェット記録ヘッドは、第5の実施形態に対して、ヒートパイプH2000および冷却流路H2004を通する通路H2003の本数を減らした実施形態である。それ以外は、ヒートパイプ冷却用の流路が吐出口列の方向(電気熱変換素子の配列方向)に沿って支持板内部に配されていることを含め、同様の構成である。通路H2003を3本から2本に減らしたことで、熱交換効率は落ちるが流路系は簡易な構成になり、記録ヘッドの小型化やコストダウンにつながる。
(Sixth embodiment)
FIG. 16 is a cross-sectional view showing the recording head of this embodiment. The ink jet recording head of this embodiment is an embodiment in which the number of passages H2003 passing through the heat pipe H2000 and the cooling flow path H2004 is reduced as compared with the fifth embodiment. Other than that, it is the same structure including that the flow path for heat pipe cooling is arranged inside the support plate along the direction of the discharge port array (the arrangement direction of the electrothermal conversion elements). By reducing the number of the passages H2003 from three to two, the heat exchange efficiency is lowered, but the flow path system has a simple configuration, which leads to downsizing and cost reduction of the recording head.

図15に示すように、本実施形態のインクジェット記録ヘッドでは温度が用紙約50枚の記録実行により飽和し、以降、記録を継続しても記録ヘッドの温度は上昇しなかった。また、記録ヘッドの長さ方向での温度差も問題ないレベルに抑えることができた。   As shown in FIG. 15, in the ink jet recording head of this embodiment, the temperature is saturated by recording about 50 sheets of paper, and thereafter, the temperature of the recording head does not increase even if recording is continued. In addition, the temperature difference in the length direction of the recording head could be suppressed to a level with no problem.

(第7の実施形態)
図17は、本実施形態の記録ヘッドを示した断面図である。本実施形態の記録ヘッドは、第5の実施形態の3本の通路の両側の2本のヒートパイプをその断面が縦長(記録素子基板に近づく方向)になるように配置したものである。それ以外は、ヒートパイプ冷却用の流路が吐出口列の方向(電気熱変換素子の配列方向)に沿って支持板内部に配されていることを含め、同様の構成である。
(Seventh embodiment)
FIG. 17 is a cross-sectional view showing the recording head of this embodiment. In the recording head of this embodiment, the two heat pipes on both sides of the three passages of the fifth embodiment are arranged so that the cross section thereof is vertically long (direction approaching the recording element substrate). Other than that, it is the same structure including that the flow path for heat pipe cooling is arranged inside the support plate along the direction of the discharge port array (the arrangement direction of the electrothermal conversion elements).

具体的には、ヒートパイプH3000−2の扁平な外周面を支持板H3200−1の溝H3001の内側側面に接した実施形態である。このような構成をとることにより、ヘッドの短手方向(吐出口列と交差する方向)の幅寸法を少なくすることができる。   Specifically, in this embodiment, the flat outer peripheral surface of the heat pipe H3000-2 is in contact with the inner side surface of the groove H3001 of the support plate H3200-1. By adopting such a configuration, it is possible to reduce the width dimension of the head in the short direction (direction intersecting the ejection port array).

図15に示すように、本実施形態のインクジェット記録ヘッドは、第5の実施形態のインクジェット記録ヘッドとほぼ同等の昇温特性を得ることができた。   As shown in FIG. 15, the ink jet recording head of this embodiment was able to obtain a temperature rise characteristic substantially equivalent to that of the ink jet recording head of the fifth embodiment.

(第8の実施形態)
図18(a)は、本実施形態の記録ヘッドを示した縦断面図であり、図18(b)は、図18(a)のXVIIIB−XVIIIBにおける横断面図である。本実施形態の記録ヘッドは、第2の実施形態の記録ヘッドにおける冷却媒体の流路H2002−8の流路内表面に凹凸を設けたものである。言い換えると、複数の記録素子基板の配列方向についての流路H2002−8の断面は、凹形状を有する。第二の支持板H1200−2については、前述したようにグリーンシートを積層、焼成したアルミナ基板を用いることで、複雑な形状である凹凸形状を安価に製作することが出来る。
(Eighth embodiment)
FIG. 18A is a longitudinal sectional view showing the recording head of this embodiment, and FIG. 18B is a transverse sectional view taken along line XVIIIB-XVIIIB in FIG. The recording head of this embodiment is provided with irregularities on the inner surface of the flow path H2002-8 of the cooling medium in the recording head of the second embodiment. In other words, the cross section of the flow path H2002-8 in the arrangement direction of the plurality of recording element substrates has a concave shape. As for the second support plate H1200-2, it is possible to manufacture a concavo-convex shape, which is a complicated shape, at low cost by using an alumina substrate obtained by laminating and firing green sheets as described above.

このように流路H2002−8の断面を凹形状とすることにより、流路H2002−8の表面積を増やし、限られたスペースの中でより大きな冷却効果を上げることが出来る。   Thus, by making the cross section of the flow path H2002-8 into a concave shape, the surface area of the flow path H2002-8 can be increased, and a greater cooling effect can be achieved in a limited space.

(第9の実施形態)
図19(a)は、本実施形態の記録ヘッドを示した縦断面図であり、図19(b)は、図19(a)のXIXB−XIXBにおける横断面図である。本実施形態の記録ヘッドは、第5の実施形態の記録ヘッドにおける冷却媒体の流路H2002−9の流路内表面に凹凸を設けたものである。このように流路H2002−9の断面を凹凸形状とすることにより表面積を増やし、限られたスペースの中でより大きな冷却効果を上げることが出来る。第8の実施形態と同様に、第二の支持板H1200−2については、グリーンシートを積層、焼成したアルミナ基板を用いることで、複雑な形状である凹凸形状を安価に製作することが出来る。
(Ninth embodiment)
FIG. 19A is a longitudinal sectional view showing the recording head of this embodiment, and FIG. 19B is a transverse sectional view taken along line XIXB-XIXB in FIG. 19A. The recording head of this embodiment is provided with irregularities on the inner surface of the flow path H2002-9 of the cooling medium in the recording head of the fifth embodiment. Thus, the surface area can be increased by making the cross section of the flow path H2002-9 uneven, and a greater cooling effect can be achieved in a limited space. Similar to the eighth embodiment, with respect to the second support plate H1200-2, an uneven shape which is a complicated shape can be manufactured at low cost by using an alumina substrate obtained by laminating and firing green sheets.

本実施形態では、ヒートパイプは冷却液により直接、冷却されるため、第8の実施形態に比べて、より冷却効果を高めることが出来る。   In this embodiment, since the heat pipe is directly cooled by the coolant, the cooling effect can be further enhanced as compared with the eighth embodiment.

図20は、本発明の各実施形態に用いられる冷却系の液循環システムの一例を示した図である。冷却水はポンプM4003により記録ヘッドの冷却液供給口へと送られ、ヘッド内冷却流路等を通って再び恒温槽M4004へと戻る。制御装置M4005は、記録ヘッドの冷却流路等の内に冷却液体を流し、記録ヘッドの昇温を抑える制御を行なう。この制御装置M4005は、冷却水の流量・入口温度・出口温度・ヘッド温度(記録素子基板内臓センサ等)・環境温度等の検出データ、冷却液によるヘッドからの排熱量、記録条件等の諸条件から冷却条件を設定しヘッド温度を制御する。具体的には、液体の流れ方向・流体温度・流速の少なくとも一つを独立に制御することにより、より効果的に記録ヘッドの温度上昇および温度ムラを抑えることができる。   FIG. 20 is a diagram showing an example of a cooling system liquid circulation system used in each embodiment of the present invention. The cooling water is sent to the cooling liquid supply port of the recording head by the pump M4003, and returns to the constant temperature bath M4004 again through the cooling flow path in the head. The control device M4005 controls the temperature of the recording head to be suppressed by flowing a cooling liquid into the cooling flow path of the recording head. This control device M4005 is used for detecting conditions such as the flow rate of cooling water, inlet temperature, outlet temperature, head temperature (recording element substrate built-in sensor, etc.), environmental temperature, etc., the amount of heat exhausted from the head by the coolant, and recording conditions. The cooling conditions are set from the head to control the head temperature. Specifically, by independently controlling at least one of the liquid flow direction, fluid temperature, and flow velocity, it is possible to more effectively suppress the temperature rise and temperature unevenness of the recording head.

冷却媒体に記録液を使用した場合には、他の媒体を使用する方式に比べ、タンクを1つにすることができ、記録装置の大きさを小型化することができる。   When a recording liquid is used as a cooling medium, the number of tanks can be reduced to one and the size of the recording apparatus can be reduced as compared with a method using another medium.

本発明の記録ヘッドの外観斜視図である。1 is an external perspective view of a recording head of the present invention. 本発明の記録ヘッドの分解斜視図である。FIG. 3 is an exploded perspective view of the recording head of the present invention. 記録素子ユニットの分解斜視図である。FIG. 3 is an exploded perspective view of a recording element unit. (a)は、記録素子基板を説明する斜視図であり、(b)は(a)におけるIVB−IVB断面図である。(A) is a perspective view explaining a recording element board | substrate, (b) is IVB-IVB sectional drawing in (a). フルライン方式のインクジェット記録装置を説明する図である。1 is a diagram illustrating a full-line inkjet recording apparatus. FIG. シリアル駆動方式のインクジェット記録装置を説明する図である。1 is a diagram illustrating a serial drive type ink jet recording apparatus. FIG. (a)は、本発明の第1の実施形態に係る記録ヘッドの縦断面図であり、(b)は、(a)のVIIB−VIIBにおける横断面図である。(A) is a longitudinal cross-sectional view of the recording head concerning the 1st Embodiment of this invention, (b) is a cross-sectional view in (IB) -VIIB of (a). 図7(b)の支持板Hのみを模式的に示した図である。It is the figure which showed typically only the support plate H of FIG.7 (b). (a)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縦断面であり、(b)は、(a)のIXB−IXBにおける横断面図である。(A) is a longitudinal cross-section of the inkjet recording head which concerns on the 2nd Embodiment of this invention, (b) is a cross-sectional view in IXB-IXB of (a). 図9(b)の支持板のみを模式的に示した図である。It is the figure which showed typically only the support plate of FIG.9 (b). 本発明の第3の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドにおける支持板を模式的に示した図である。It is the figure which showed typically the support plate in the inkjet recording head which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドにおける支持板を模式的に示した図である。It is the figure which showed typically the support plate in the inkjet recording head which concerns on the 4th Embodiment of this invention. 本発明の第1および第2の実施形態の記録ヘッドと、従来のインクジェット記録ヘッドとの記録ヘッド温度を示したグラフである。6 is a graph showing recording head temperatures of the recording heads of the first and second embodiments of the present invention and a conventional inkjet recording head. (a)は、第5の実施形態の記録ヘッドを示した縦断面図であり、(b)は(a)のXIVB−XIVBにおける横断面である。(A) is the longitudinal cross-sectional view which showed the recording head of 5th Embodiment, (b) is the cross section in XIVB-XIVB of (a). 本発明の第5から第7の実施形態の記録ヘッドと、従来のインクジェット記録ヘッドとの記録ヘッド温度を示したグラフである。6 is a graph showing recording head temperatures of a recording head according to fifth to seventh embodiments of the present invention and a conventional inkjet recording head. 第6の実施形態の記録ヘッドを示した断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating a recording head according to a sixth embodiment. 第7の実施形態の記録ヘッドを示した断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating a recording head according to a seventh embodiment. (a)は、第8の実施形態の記録ヘッドを示した縦断面図であり、(b)は(a)のXVIIIB−XVIIIBにおける横断面図である。(A) is the longitudinal cross-sectional view which showed the recording head of 8th Embodiment, (b) is a cross-sectional view in XVIIIB-XVIIIB of (a). (a)は、第9の実施形態の記録ヘッドを示した縦断面図であり、(b)は、(a)のXIXB−XIXBにおける横断面図である。(A) is the longitudinal cross-sectional view which showed the recording head of 9th Embodiment, (b) is the cross-sectional view in XIXB-XIXB of (a). 本発明の各実施形態に用いられる冷却系の液循環システムの一例を示した図である。It is the figure which showed an example of the liquid circulation system of the cooling system used for each embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

H1000 記録ヘッド
H1001 記録素子ユニット
H1100 記録素子基板
H1104 インク流路
H1110 吐出口プレート
H1200 支持板
H1300 電気配線基板
H1302 電極端子
H1400 プレート
H1500 インク供給部材
H1501 共通液室
H2000 ヒートパイプ
H2001 設置空間
H2004 冷却流路
H1000 recording head H1001 recording element unit H1100 recording element substrate H1104 ink flow path H1110 discharge port plate H1200 support plate H1300 electric wiring board H1302 electrode terminal H1400 plate H1500 ink supply member H1501 common liquid chamber H2000 heat pipe H2001 installation space H2004 cooling flow path

Claims (11)

インクを吐出する複数の吐出口が設けられたインクジェット記録ヘッドは、
複数の吐出口が配列した吐出口列を備え、前記複数の吐出口からインクを吐出するための熱エネルギを発生する素子が設けられた記録素子基板と、
前記記録素子基板を支持する面を備える支持板と、
前記支持板の内部に設けられ、ヒートパイプを備える通路と、
前記支持板の内部に冷却用の液体を流すために設けられた流路と、を備え、
前記支持板の前記面に垂直な方向に関して前記記録素子基板と重なる領域では、前記記録素子基板、前記通路および前記流路、前記支持板の厚さ方向にこの順に並べて設けられていることを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
An inkjet recording head provided with a plurality of ejection openings for ejecting ink is
A recording element substrate including an ejection port array in which a plurality of ejection ports are arranged, and provided with an element that generates thermal energy for ejecting ink from the plurality of ejection ports;
A support plate having a surface for supporting the recording element substrate;
A passage provided inside the support plate and provided with a heat pipe;
A flow path provided for flowing a cooling liquid inside the support plate,
In a region overlapping the recording element substrate in a direction perpendicular to the surface of the support plate, the recording element substrate, the passage, and the flow path are provided in this order in the thickness direction of the support plate. An ink jet recording head.
前記通路および前記流路は、前記複数の吐出口の配列方向に沿って配されていることを特徴とする請求項1に記載のインクジェット記録ヘッド。The inkjet recording head according to claim 1, wherein the passage and the flow path are arranged along an arrangement direction of the plurality of ejection openings. 前記通路および前記流路は、それぞれ独立して前記記録素子基板に設けられていることを特徴とする請求項1または2に記載のインクジェット記録ヘッド。 Said passage and said flow passage is an ink jet recording head according to claim 1 or 2, characterized in that it is independently provided on the recording element substrate. 前記配列方向における断面に関して、前記ヒートパイプは、前記通路の断面積よりも小さい断面積を有しており、
前記通路のうち、前記ヒートパイプが配された以外の部分が前記流路として用いられることを特徴とする請求項2に記載のインクジェット記録ヘッド。
Regarding the cross-section in the arrangement direction, the heat pipe has a cross-sectional area smaller than the cross-sectional area of the passage,
The inkjet recording head according to claim 2, wherein a portion of the passage other than the heat pipe is used as the flow path.
前記支持板は、セラミック材で構成されていることを特徴とする請求項1乃至のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッド。 The support plate, the ink jet recording head according to any one of claims 1 to 4, characterized in that it is constituted by a ceramic material. 前記支持板はグリーンシートを積層し、積層された前記支持板を焼成することにより形成されていることを特徴とする請求項1乃至のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッド。 The support plate is laminated green sheets, the ink jet recording head according to any one of claims 1 to 5, characterized in that it is formed by firing stacked the supporting plate. 前記配列方向における、前記流路の断面の形状が凹凸形状であることを特徴とする請求項に記載のインクジェット記録ヘッド。 The inkjet recording head according to claim 2 , wherein a shape of a cross section of the flow path in the arrangement direction is an uneven shape . 前記支持板の内部に設けられた、前記通路とは別の通路であって、前記配列方向に沿って配されたヒートパイプを備える前記別の通路と、
前記支持板の内部に冷却用の液体を流すために設けられた、前記流路とは別の流路であって、前記配列方向に沿って配された前記別の流路と、を更に備え、
前記配列方向に交差する方向に関して、前記通路の両側に2つの前記別の通路および前記別の流路がそれぞれ設けられており、該別の通路は、該別の流路よりも前記支持板の内側に配されていることを特徴とする請求項に記載のインクジェット記録ヘッド。
The other path provided in the support plate, different from the path, including the heat pipe arranged along the arrangement direction; and
The flow path further includes a flow path different from the flow path, which is provided to flow a cooling liquid inside the support plate, and is disposed along the arrangement direction. ,
With respect to the direction crossing the arrangement direction, the are two said further passage and the further passage on both sides respectively provided passages, the different passages of the support plate than said another flow path The ink jet recording head according to claim 2 , wherein the ink jet recording head is disposed inside.
複数の前記記録素子基板を備えることを特徴とする請求項1乃至8のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッド。The inkjet recording head according to claim 1, comprising a plurality of the recording element substrates. 前記複数の記録素子基板が、前記支持板上に前記複数の吐出口の配列方向に沿って千鳥状に配列されていることを特徴とする請求項に記載のインクジェット記録ヘッド。 The inkjet recording head according to claim 9 , wherein the plurality of recording element substrates are arranged in a staggered pattern along the arrangement direction of the plurality of ejection openings on the support plate. 請求項1乃至10のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッドと、記録媒体を搬送する搬送手段と、を備えたインクジェット記録装置であって、
前記流路に冷却用の液体を流す手段を備えたことを特徴とするインクジェット記録装置。
An inkjet recording apparatus comprising: the inkjet recording head according to any one of claims 1 to 10 ; and a transport unit that transports a recording medium.
An ink jet recording apparatus comprising means for flowing a cooling liquid through the flow path.
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