JP5843720B2 - インクジェット記録ヘッド - Google Patents

Description

本発明は、インクジェット方式により記録を行うインクジェット記録ヘッド（以下、単に「記録ヘッド」とも称する）に関する。

インクの吐出方式として、バブルジェット（登録商標）方式とピエゾ方式が公知である。

バブルジェット方式の記録ヘッドは、インクを吐出するためのノズルが形成された液室と、エネルギー発生素子としての発熱素子と、を有する記録素子基板を備える。発熱素子が液室に供給されたインクに熱を加えることでインクが沸騰する。そして、インクは沸騰による発泡の力でノズルから吐出される。

ピエゾ方式の記録ヘッドは、ノズルが形成された液室と、エネルギー発生素子としての圧電素子（ピエゾ素子とも呼ばれる）と、を有する記録素子基板を備える。圧電素子は電気エネルギーが加えられることで変形する。液室に供給されたインクに圧電素子の変形によって吐出エネルギーが加えられ、当該インクはノズルから吐出される。

また、近年では、記録媒体の幅よりも大きい幅を有し、記録媒体の幅方向（以下、単に「幅方向」と称す）に関して複数のエネルギー発生素子が並べられた記録ヘッドが提案されている。このような記録ヘッドはライン型ヘッドとも呼ばれる。ライン型ヘッドを備える記録装置では、ライン型ヘッドを幅方向に走査させることなく幅方向と交わる方向（以下、「搬送方向」と称す）に記録媒体を搬送しながら記録媒体に画像を記録することができるため、比較的高速で印字することができる。

ライン型ヘッドを用いて搬送方向に延びる帯状の画像を記録媒体に記録する場合、複数のエネルギー発生素子のうちの幅方向に関して一部のエネルギー発生素子のみが連続的に作動する。一部のエネルギー発生素子のみが連続的に作動すると、記録素子基板の、連続的に作動したエネルギー発生素子近傍の部分（以下、「連続作動部」と称す）の温度が上昇する。

例えば、吐出方式としてバブルジェット方式が採用されたライン型ヘッドでは、発熱素子の作動により発せられた熱の一部が記録素子基板に伝わる。その結果、記録素子基板の、連続的に作動した発熱素子の近傍の部分の温度が上昇する。吐出方式としてピエゾ方式が採用されたライン型ヘッドでは、圧電素子に加えられる電気エネルギーの一部が熱エネルギーとなる。その結果、記録素子基板の、連続的に電気エネルギーが加えられた圧電素子の近傍の部分の温度が上昇する。

記録素子基板の、連続的に作動しないエネルギー発生素子近傍の部分（以下、「非連続作動部」と称す）の温度は上昇しない。また、記録素子基板には複数のノズルや液室が形成されており、熱は記録素子基板内を比較的移動しにくい。そのため、連続作動部の熱は非連続作動部へ伝わりにくく、記録素子基板の温度分布がばらついて次のような問題が起きやすかった。

すなわち、記録素子基板の連続作動部に供給されたインクは当該連続作動部から熱を受けて昇温し、当該インクの粘度が上昇する。一方、記録素子基板の非連続作動部に供給されたインクは昇温せず、当該インクの粘度は上昇しない。

インクの粘度は吐出されるインクの量に影響を与え、記録される画像の印字濃度に影響を与えることが知られている。連続作動部と非連続作動部との間の温度差が大きいと、連続作動部からのインク吐出量と、非連続作動部からのインク吐出量とが異なり、幅方向でインク吐出量のばらつきが生じる。その結果、記録された画像にムラが生じて画像品質が低下してしまう。

特に近年では、ライン型ヘッドによる高速印字性能に加え、商業印刷用途に向けた高画質化の要求が高まっている。そこで、記録素子基板の温度分布のばらつきが低減する記録ヘッドが提案されている（例えば特許文献１，２）。

特許文献１に開示の記録ヘッドの記録素子基板は、温度調整用の溶媒を流すための温調用流路を有する。温調用流路は、複数のエネルギー発生素子が並ぶ方向に沿って延びている。当該記録ヘッドによれば、記録素子基板の温調用流路を流れる溶媒により、記録素子基板の連続作動部が冷却されて記録素子基板の非連続作動部が加熱される。その結果、記録素子基板の温度分布のばらつきが低減する。

しかしながら、特許文献１に開示の記録ヘッドでは、溶媒を流すポンプや、溶媒の温度を調整する溶媒温度コントローラが必要である。また、ポンプや溶媒温度コントローラ部を作動するための電力が必要になる。

ポンプや溶媒温度コントローラを用いることなく記録素子基板の温度分布のばらつきが低減する記録ヘッドが特許文献２に開示されている。特許文献２に開示の記録ヘッドは、記録素子基板の面のうちの、複数のノズルが並ぶノズル列方向に沿った面を支持する支持部材としての支持基板を備える。支持基板には、記録素子基板の液室に連通するインク流路が貫通している。

支持基板には、記録素子基板の液室に連通するインク流路以外には穴や溝が形成されておらず、熱は支持基板内を比較的移動しやすい。すなわち、支持基板は、ノズル列方向に関する記録素子基板の温度分布を均一にする機能を有する。より具体的には、記録素子基板の連続作動部の熱は支持基板を介して記録素子基板の非連続作動部に伝わり、連続作動部の昇温が抑制されるとともに非連続作動部の昇温が促進され、記録素子基板の温度分布のばらつきが低減する。

特開２００７−８１２３号公報 特開２００９−１４９０５７号公報

しかしながら、特許文献２に開示の記録ヘッドでは、支持基板のインク流路内を流れるインクへ支持基板の熱が伝わる虞があった。支持基板からインクへ熱が伝わると、記録素子基板の連続作動部の熱が支持基板を介して非連続作動部へ十分に伝わらない。その結果、非連続作動部が十分に昇温されず、記録素子基板の温度分布のばらつきが大きくなって記録画像の品質が低下してしまう。

そこで、本発明は、記録素子基板の温度分布のばらつきがより抑制される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。

上記の課題を解決するための本発明のインクジェット記録ヘッドは、ノズルから液体を吐出するために利用されるエネルギーを発生する複数のエネルギー発生素子と、複数のエネルギー発生素子に液体を供給するための液体供給口と、を有する記録素子基板と、記録素子基板を支持し、液体供給口に連通する貫通孔からなる流路を備える支持部材と、支持部材の熱伝導率よりも低い熱伝導率を有し、支持部材を支持する断熱部材とを備える。この態様において、支持部材の熱伝導率は記録素子基板の熱伝導率以上であり、支持部材の流路の壁面には、支持部材の熱伝導率よりも低い断熱層が設けられており、断熱層は断熱部材と一体成形されていることを特徴とする。
また、本発明の他の態様のインクジェット記録ヘッドは、ノズルから液体を吐出するために利用されるエネルギーを発生する複数のエネルギー発生素子と、複数のエネルギー発生素子に液体を供給するための液体供給口と、を有する記録素子基板と、記録素子基板を支持し、液体供給口に連通する貫通孔からなる流路を備える支持部材とを備える。支持部材の熱伝導率は記録素子基板の熱伝導率以上であり、支持部材の流路の壁面には、支持部材の熱伝導率よりも低い断熱層が設けられており、支持部材は、複数のエネルギー発生素子が並ぶ方向に沿って延びるヒートパイプを有することを特徴とする。
また、本発明の他の態様のインクジェット記録ヘッドは、液体を吐出するために利用されるエネルギーを発生するエネルギー発生素子と、エネルギー発生素子に液体を供給するための供給口と、を備える記録素子基板と、記録素子基板の供給口と連通する貫通孔からなる流路を備える、記録素子基板を支持する支持部材と、を備える。支持部材の熱伝導率は記録素子基板の熱伝導率以上であり、支持部材の流路の壁面には、支持部材の熱伝導率よりも熱伝導率の低い部材が配されており、上記部材は、支持部材と一体成形されていることを特徴とする。

本発明によれば、記録素子基板の温度分布のばらつきがより抑制される。

本発明の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの斜視図。 図１に示されるインクジェット記録ヘッドの分解斜視図。 図１におけるＡ−Ａ’面での一部拡大断面図。 図１におけるＢ−Ｂ’面での断面図。 記録素子基板を模式的に示した斜視図。 図５におけるＣ−Ｃ’面での記録素子基板の断面図。 ベース基板の内部の構造を示す模式図。 記録素子基板、均熱板、断熱部を模式的に示した分解斜視図。 インクジェット記録ヘッド、インクチューブ、ポンプ、およびインクタンクの接続図。 帯状の画像部分とベタ画像部分を含む記録画像の例を示す図。 実施例１および比較例１，２の記録素子基板のノズル列方向に関する温度分布を示すグラフ。 実施例３，４および比較例１の記録素子基板のノズル列方向に関する温度分布を示すグラフ。

以下、図面を用いて本発明の好適な実施の形態の例を説明する。ただし、本発明の範囲は特許請求の範囲によって定まるものであり、以下の記載は本発明の範囲を限定するものではない。

例えば、以下に記載されている形状、配置等は、この発明の範囲を限定するものではない。同様に、本実施形態ではバブルジェット方式が採用されているが、ピエゾ方式が採用された記録ヘッドにも本発明を適用することができる。

また本実施形態はライン型ヘッドであるが、本発明はシリアル型のインクジェット記録ヘッドにも適用できる。例えば、シリアル型のインクジェット記録ヘッドであっても、縮小コピーをする場合には記録素子基板の一部のみが連続的に作動する。本発明は、このような場合での記録素子基板の温度分布の均一化に有効である。

（インクジェット記録ヘッド構造の説明）
まず、本発明の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの構造について説明する。図１は本実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの斜視図であり、図２は図１に示されるインクジェット記録ヘッドの分解斜視図である。

図１および２に示すように、本実施形態に係る記録ヘッド１は、複数の記録素子基板２と、それぞれの記録素子基板２を支持する支持部材としての均熱部材３と、均熱部材３を支持する断熱部材４と、断熱部材４を支持するベース基板５と、を備える。ベース基板５は紙搬送方向（図１に示される白抜き矢印の方向）と交わる方向に延びており、複数の記録素子基板２はベース基板５の短手方向（紙搬送方向）に互いに位置をずらされながらベース基板５の長手方向に沿って千鳥配列されている。

このように、本実施形態に係る記録ヘッド１はライン型ヘッドである。なお、複数の記録素子基板２の配置は千鳥配列に限られることは無く、例えば、複数の記録素子基板２は、ベース基板５の長手方向に直線状、あるいはベース基板５の長手方向に対して一定角度傾いた方向に直線状に配置されていてもよい。

均熱部材３は、記録素子基板２よりも熱が伝わりやすい部材であり、記録素子基板２の一部の熱を記録素子基板２の、当該一部よりも温度が低い他の部分に伝えることで記録素子基板２の温度分布を均一にする。

均熱部材３の材質としては、高熱伝導率を有し、かつインクに対する耐腐食性を有する材料が好ましい。具体的にはＳｉ、ＳｉＣ、グラファイトなどを好適に用いることができる。ＳｉＣのうち、多結晶セラミクス（１６０〜２００Ｗ／ｍ／Ｋ）を使用しても良いが、熱伝導率が多結晶セラミクスよりも２倍程度高い単結晶ウェハー（３００〜４９０Ｗ／ｍ／Ｋ）を使用する方がより好ましい。

また、記録素子基板２と均熱部材３とを接着剤などで貼り合わせてもよいが、記録素子基板２および均熱部材３の材質として共にＳｉを選択した場合には、Ｓｉ−Ｓｉ接合で記録素子基板２と均熱部材３とを貼り合わせることがより好ましい。Ｓｉ−Ｓｉ接合で貼り合わせた場合、記録素子基板２と均熱部材３との間の接触熱抵抗が、接着剤を用いて接着した場合よりも低くなるため、より高い均熱効果が得られる。

断熱部材４は、ベース基板５よりも熱伝導率が低い部材である。均熱部材３が断熱部材４に支持されていることによって、それぞれの記録素子基板２からの熱がベース基板５に伝わりにくくなる。すなわち、記録素子基板２の一部から均熱部材３へ伝わった熱は、ベース基板５に伝わることなく記録素子基板２の他の部分へ伝わる。したがって、均熱部材３の、記録素子基板２を均熱する能力がより高まる。

断熱部材４の材質としては、ベース基板５よりも熱伝導率が低く、かつ、均熱部材３や記録素子基板２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。

すなわち、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の熱は均熱部材３や断熱部材４へ伝わることによって、均熱部材３や断熱部材４が膨張する。均熱部材３や記録素子基板２と断熱部材４との間の線膨張率差が大きいと、断熱部材４と均熱部材３との間の接合部が破損してしまう虞がある。

特に、本実施形態では、後述するように、断熱部材４と均熱部材３との間の接合部にインク用の流路が形成されている。そのため、当該接合部が破損すると、インクが漏洩するかもしれない。

均熱部材３や記録素子基板２との線膨張率差が比較的小さい材料で断熱部材４を形成することによって、断熱部材４と均熱部材３との間の接合部が破損しにくくなり、インクが漏洩しなくなる。

断熱部材４の具体的な材質としては、樹脂材料、特にＰＰＳ（ポリフェニルサルファイド）やＰＳＦ（ポリサルフォン）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。

また、本実施形態では、断熱部材４と均熱部材３との間の接合部の破損を抑制するため、断熱部材４はそれぞれの記録素子基板２に対し１つずつ相対して設けられ、断熱部材４の小型化が図られている。断熱部材４が小型化することで断熱部材４の、熱による膨張の絶対量が小さくなり、断熱部材４と均熱部材３との間の接合部が破損しにくくなる。

なお、前記線膨張率差が十分に小さい場合には、１つの断熱部材４が複数の記録素子基板２に跨るように設けられていても良い。

図３は図１におけるＡ−Ａ’面での記録ヘッド１の一部拡大断面図であり、図４は図１におけるＢ−Ｂ’面での記録ヘッド１の断面図である。図５は記録素子基板２の模式図であり、図６は図５におけるＣ−Ｃ’面での記録素子基板２の断面図である。図７は、ベース基板５の内部の構造を示す模式図である。

図７に示すように、ベース基板５の内部には、ベース基板５の長手方向に沿って延びるインク流路６が形成されている。インク流路６の両端には、インク流入口７およびインク流出口８が形成されている。

図５および図６に示すように、記録素子基板２は、複数のノズル９が配列されてなる４つのノズル部１０を有する。１つのノズル部１０は２つのノズル列を含んでいる。すなわち、それぞれの記録素子基板２には８つのノズル列が形成されている。

本実施形態においては、ノズル部１０は、ベース基板５の長手方向に延びているが、この形態に限られない。例えば、ノズル部１０が、ベース基板５の短手方向に延びていてもよい。なお、ノズル部１０が延びる方向は、「ノズル列方向」とも呼ばれる。

記録素子基板２は、バブルジェット方式によりインクを吐出する部材である。

具体的には、記録素子基板２は、ノズル層１１とヒーターボード１２とを備える。ノズル層１１には、インクを発泡させる発泡室１３と、インク滴を吐出するためのノズル９と、が形成されている。ヒーターボード１２の、発泡室１３に対応する位置には、吐出エネルギーを発生するエネルギー発生素子としての個別の発熱体１４が配されている。

発熱体１４は一直線上に沿って配置されており、ノズル９は発熱体１４の各々に対応して列状に配設されている。そして、ヒーターボード１２は、ノズル層１１とは反対の側の面に液体供給口１５を有する。１つの液体供給口１５は、複数のノズル９に連通している。

ヒーターボード１２の内部には、図示しないが電気配線が形成されている。当該電気配線は、ベース基板５（図１等参照）上に別途配置されたＦＰＣ（フレキシブル回路基板）の電極、またはベース基板５内に設けられた電極と電気的に接続されている。

外部制御回路（図示せず）から前記電極を介してヒーターボード１２へパルス電圧が入力されることで、発熱体１４が熱を発して発泡室１３内のインクが沸騰する。沸騰による発泡の力でインクはノズルから吐出される。

図３および４に示されるように、均熱部材３および断熱部材４には、ベース基板５のインク流路６から記録素子基板２の液体供給口１５まで延び、液体供給口１５にインクを導入する流路が形成されている。

具体的には、断熱部材４は、ベース基板５に形成された液室連通口１６を介してインク流路６と連通する個別液室１７を有する。均熱部材３は、均熱部材３の断熱部材４側の面と、均熱部材３の記録素子基板２側の面との間を貫通するスリット孔１８を有する。スリット孔１８は、個別液室１７および液体供給口１５と連通している。個別液室１７およびスリット孔１８が、ベース基板５のインク流路６から記録素子基板２の液体供給口１５まで延びる流路を形成している。

断熱部材４の熱伝導率、厚さおよび断熱部材４の内部の個別液室１７の形状は、記録素子基板２からベース基板５内のインクへの伝熱量に応じて決めることが好ましい。

例えば、１つのインク流路６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からベース基板５内のインクへ移動し、当該インクの温度がより高くなる。記録素子基板２からベース基板５内のインクへの伝熱量を小さくするため、断熱部材４の厚さを大きくしたり、断熱部材４の熱伝導率を小さくしたり、或いは断熱部材４の内部に空洞部を設けたりすることが好ましい。

また、断熱部材４を設けることにより、各記録素子基板２の熱は、ベース基板５およびベース基板５内のインクへ伝わりにくくなり、発泡室１３内のインクにより伝わりやすくなる。このため高速印字時に記録素子基板２の発熱量が大きくなっても、ベース基板５内のインク流路６を流れるインクに伝わる熱量が抑制されるので、インクを冷却するための冷却器の熱交換用量を小さくすることができる。

ベース基板５は、低熱膨張率の材質からなることが好ましい。またベース基板５は、記録ヘッド１が撓まないような剛性と、インクに対して十分な耐腐食性を有していることが必要である。例えば、ベース基板５の材質として、アルミナを好適に用いることができる。

また、ベース基板５は、１枚の板状部材から形成されていても、複数枚の板状部材が積層されて形成されていてもよい。複数枚の板状部材を積層してベース基板５を形成する場合、板状部材を積層する際にインク流路６を形成することができる。インク流路６を容易に形成することができることから、ベース基板５は複数枚の板状部材が積層されてなる部材である方がより好ましい。

スリット孔１８の内側面、すなわち均熱部材３を貫通する流路の壁面には断熱層１９が配されている。断熱層１９により、均熱部材３と、スリット孔１８を通るインクとの間が断熱されている。

均熱部材３のスリット孔１８内を流れるインクへ均熱部材３の熱が伝わりにくくなることで、記録素子基板２の一部の熱が均熱部材３を介して記録素子基板２の他の部分へ伝わりやすくなり、記録素子基板２の温度分布のばらつきが抑制される。

断熱層１９の効果を、帯状の画像を印字する際に記録素子基板２に生じる現象とともにより具体的に説明する。

帯状画像印字時には、複数の発熱体１４（図６参照）のうちの、ノズル列方向に関して記録素子基板２の一部に配された発熱体１４のみが連続的に作動し、記録素子基板２の当該一部の温度が上昇する。その結果、記録素子基板２の連続作動部の温度が非連続駆動部の温度よりも高くなる。

均熱部材３は記録素子基板２に温度差が生じた場合に均熱効果を奏するが、均熱部材３のスリット孔１８の内側面に断熱層１９が配されていない構造では、均熱部材３がインクと接し、均熱部材３の熱がインクへ伝わってしまう。その結果、非連続作動部へ熱が十分に伝わらず、記録素子基板２の温度分布のばらつきを十分に抑制することができなくなってしまう。

これに対し、本発明のように均熱部材３のスリット孔１８の内側面に断熱層１９が配されていることによって、均熱部材３の熱はスリット孔１８内のインクへ伝わりにくくなる。その結果、記録素子基板２の連続作動部の熱が均熱部材３を介して記録素子基板２の非連続作動部へ伝わりやすく、記録素子基板２の温度分布のばらつきを十分に抑制することができる。

均熱部材３は、板状の部材に限られない。例えば、ノズル９が並ぶ方向に沿って延びるヒートパイプを有する部材であってもよい。ヒートパイプの熱輸送能力は板状の部材よりも高い。例えば、ヒートパイプは、Ｃｕからなる板部材の約１００倍の熱伝導率に相当する熱輸送能力を有する。

ヒートパイプを有する部材を均熱部材３として用いることで、記録素子基板の温度分布のばらつきを大幅に低減することができる。この場合、ヒートパイプの端部を露出しておくことで、ヒートパイプ内の受熱部と放熱部の温度差が保持されてより好ましい効果が得られる。

図８（ａ）は、互いに接合される前の、記録素子基板２、均熱部材３および断熱部材４の一例を示す模式図である。図８（ｂ）は、互いに接合される前の、記録素子基板２、均熱部材３および断熱部材４の他の例を示す模式図である。

図８（ａ）に示される例では、断熱層１９は均熱部材３のスリット孔１８の内側面に予め貼り合わされている。図８（ｂ）で示される例では、断熱層１９は断熱部材４上に一体成形されており、断熱部材４と均熱部材３とを接合することで断熱層１９は均熱部材３のスリット孔１８と嵌合する。どちらの構造でも本発明の効果を得ることが可能であるが、部品数削減やコストダウンという観点を考慮すれば、断熱層１９と断熱部材４とが一体成形された構造（図８（ｂ）に示された構造）の方が好ましい。

（記録駆動動作時の説明）
次に記録ヘッド１の動作について説明する。図９は、記録ヘッド１をポンプやインクタンク等に接続した状態の模式図である。

記録ヘッド１のインク流入口７は、樹脂チューブを介して温調タンク２０に接続される。また、記録ヘッド１のインク流出口８は、樹脂チューブを介して循環ポンプ２１に接続される。

循環ポンプ２１は温調タンク２０と接続されており、インクを温調タンク２０と記録ヘッド１との間で循環する。温調タンク２０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２１を通って還流するインクの温度を一定に維持する。また、温調タンク２０は外気連通孔（不図示）を有し、インク中の気泡を外部に排出する。

温調タンク２０は、供給ポンプ２２とも接続されている。供給ポンプ２２は、印字によって記録ヘッド１から吐出されるインクと同量のインクをインクタンク２３から温調タンク２０へ移送する。インクタンク２３と供給ポンプ２２との間にはフィルター２４が設けられており、フィルター２４によってインクから異物が除去される。

記録ヘッド１にはＦＰＣ（不図示）が実装されており、それぞれの記録素子基板２の信号入力端子がＦＰＣと電気的に接続されている。画像データに応じて外部制御回路（不図示）からの吐出信号が、ＦＰＣを介してそれぞれの記録素子基板２の発熱体１４（図６参照）へ伝わることにより、ノズル９（図６参照）からインクが吐出される。

記録ヘッド１の作動時には循環ポンプ２１はインクを記録ヘッド１と温調タンク２０との間でインクを循環させる。その結果、記録ヘッド１に供給されるインク温度が一定に保たれる。

図１ないし４に示されるように、記録ヘッド１は、断熱部材４を備えているため、記録素子基板２からの熱がベース基板５およびインク流路６内のインクへ伝わりにくく、記録素子基板２で発生した熱のほとんどが発泡室１３内のインクへ伝わる。インク流路６内におけるインクの温度差は比較的小さく、それぞれの記録素子基板２へ供給されるインクの温度差も小さい。

Ｄｕｔｙに応じて記録素子基板２で発生する熱量が変動すると、吐出量も同時に変動する。記録ヘッド１では、記録紙全面に均一な画像（「ベタ画像」とも呼ばれる）を印字する場合には、Ｄｕｔｙに関わらず、吐出されるインクの温度がほぼ一定になるよう制御される。また記録ヘッド１では、記録素子基板２間でＤｕｔｙ差がある場合でも、自己平衡作用により、記録素子基板２間での吐出されるインクの温度の差は比較的小さい。

帯状の画像など、記録素子基板２の一部のみが連続的に作動する場合には、記録素子基板２の連続作動部と非連続作動部で温度差が生じる。この温度差が最大となるのは、記録素子基板２の約半分が最大Ｄｕｔｙで連続的に作動し、残り半分が作動しない印字動作である。

記録素子基板２の連続作動部と非連続作動部との間で温度差が生じている状態からベタ画像を印字した場合、連続作動部と非連続作動部との間の温度差により、記録された画像にムラが生じてしまうことがある。このようなムラが生じやすい画像について、図１０を用いて具体的に説明する。

図１０は、帯状の画像部分とベタ画像部分を含む記録画像の例を示す図である。黒く塗りつぶされている領域が帯状画像部分であり、多数のドットで示されている領域がベタ画像部分である。

図１０に示すように、帯状画像部分を印字している場合、記録素子基板２の一部のみが連続的に作動する。そして、均熱部材３の、記録素子基板２を均熱する能力が十分でない場合には、記録素子基板２の連続作動部の温度が上昇し、記録素子基板２の非連続作動部の温度は上昇しない。

連続作動部と非連続作動部との間で温度差が生じている状態で、ベタ画像部分を印字し始めると、インクの吐出量の相違からムラが生じてしまう。

本発明の記録ヘッド１は、均熱部材３および断熱層１９を備えているため、帯状画像部分印字時における記録素子基板２の温度分布のばらつき、すなわち連続作動部と非連続作動部との間の温度差を小さくすることができる。その結果、ベタ画像部分のムラを低減することができる。

次に、記録ヘッド１を用いてインクを吐出した場合の記録素子基板２の温度分布について説明する。記録素子基板２の温度分布は、数値解析により調査した。

より具体的には、図１に示される記録ヘッド１を温調タンク２０や循環ポンプ２１（図９参照）等に接続し、それぞれの記録素子基板２を用いて図１０に示される画像を印字した場合の記録素子基板２の温度分布を数値解析により算出した。なお、帯状画像部のＤｕｔｙを１００％とし、ベタ画像部のＤｕｔｙを２５％とした。また、印字速度や画像解像度などの条件については、表１に示した条件とした。

（実施例１）
まず、実施例１として、均熱部材３がＳｉ製の板部材（熱伝導率：１４０Ｗ/ｍ/Ｋ）とされ、ベース基板５がアルミナ製の部材とされ、断熱部材４がＰＰＳ製の部材とされた記録ヘッド１を想定して数値解析を行った。記録素子基板２と均熱部材３との間には厚さ５μｍの樹脂接着剤に相当する熱抵抗があるものとして数値解析を行っている。

図１１に、複数の記録素子基板２のうちの、インク流路６（図７参照）内のインク流れ方向に関して最上流側に位置する記録素子基板２のノズル列方向の温度分布を示す。なお、ここでは、記録素子基板２のノズル列方向の温度分布として、図５に示される記録素子基板２の４つのノズル部１０のノズル列方向の温度分布を平均した値を用いた。インク流路６内のインク流れ方向を、図１１に示されるグラフの横軸の正方向とした。

（比較例１，２）
比較例１として、均熱部材３を備えていない記録ヘッドを想定して数値解析を行った。記録素子基板や断熱部材、ベース基板等の寸法や形状、印字条件等は実施例１の場合と同じである。比較例１の記録素子基板の温度分布を、図１１に示されるグラフ中に鎖線で示す。

また、比較例２として、均熱部材３を備えているが、均熱部材３のスリット孔１８の内側面に断熱層１９が配されていない記録ヘッドを想定して数値解析を行った。記録素子基板や断熱部材、ベース基板等の寸法や形状、印字条件等は実施例１の場合と同じである。比較例２の記録素子基板の温度分布を、図１１に示されるグラフ中に点線で示す。

（実施例１と比較例１，２との比較）
図１１に示されるグラフから判るように、記録素子基板内の最高温度と最低温度との差（以下、単に「温度差」と称す）は、比較例１に係る記録ヘッドでは１６．４℃であるのに対し、比較例２に係る記録ヘッドでは１４．４℃であった。すなわち、均熱部材３により温度差は１２％程度低減された。

実施例１に係る記録素子基板２内の温度差は、１２．８℃であり、比較例１に比べて２２％低減された。これは、均熱部材３、および均熱部材３のスリット孔１８の内側面に配された断熱層１９による効果であり、記録素子基板２の温度分布のばらつきがより低減された。

（実施例２）
実施例２として、均熱部材３と記録素子基板２とがＳｉ−Ｓｉ接合により一体化された記録ヘッド１を想定して数値解析を行った。すなわち、本実施例では、記録素子基板２と均熱部材３との間の熱抵抗は０である。実施例１の樹脂接着剤に相当する熱抵抗を除いた構造以外の構造は、実施例１と同じである。

本実施例に係る記録ヘッド１の記録素子基板２内の温度差は１２．４℃であり、比較例１と比べて２４％低減された。

（実施例３）
実施例３として、均熱部材３が単結晶ＳｉＣの板部材（熱伝導率＝１４０Ｗ／ｍ／Ｋ）とされた記録ヘッド１を想定して数値解析を行った。均熱部材３の材質以外の構造は、実施例１に係る記録ヘッドと同じである。実施例３に係る記録素子基板２の温度分布を、比較例１の結果とともに図１２に示す。実施例３に係る記録ヘッド１の記録素子基板２内の温度差は９．１℃であり、比較例１と比べて４４％低減された。

（実施例４）
実施例４として、均熱部材３がヒートパイプを有する部材とされた記録ヘッド１を用いた。実施例４の、均熱部材３の構造以外の構造は実施例１に係る記録ヘッドと同じである。実施例４を用いた場合の記録素子基板２の温度分布を、図１２に示されるグラフに実線で示す。実施例４では、記録素子基板２の温度差は４．９℃であり、比較例１と比べて７０％低減された。

（実施例１，２，３，４と比較例１，２との比較）
実施例１〜４、および比較例１〜２における記録素子基板２内の温度差を表２にまとめて示す。表２から判るように実施例１〜４に係る記録ヘッド１は、帯状画像部分印字時においても記録素子基板２の温度分布のばらつきを低減できる。したがって、記録ヘッド１を用いることで、帯状画像部分を印字した後にベタ画像部分を印字した場合であってもベタ画像部分にムラが生じにくく、記録画像の品質が向上する。

本発明はプリント装置に関連し、詳しくは、インクジェット記録ヘッドに関する。本発明に係るインクジェット記録ヘッドを使用することで、高速印刷時にも高い画像品質を安定してプリントすることが可能なインクジェットプリント装置が提供される。

１ インクジェット記録ヘッド
２ 記録素子基板
３ 支持部材
９ ノズル
１５ 液体供給口
１８ スリット孔
１９ 断熱層

Claims (8)

1. ノズルから液体を吐出するために利用されるエネルギーを発生する複数のエネルギー発生素子と、前記複数のエネルギー発生素子に液体を供給するための液体供給口と、を有する記録素子基板と、
   前記記録素子基板を支持し、前記液体供給口に連通する貫通孔からなる流路を備える支持部材と、
   前記支持部材の熱伝導率よりも低い熱伝導率を有し、前記支持部材を支持する断熱部材と、
   を備えるインクジェット記録ヘッドにおいて、
   前記支持部材の熱伝導率は前記記録素子基板の熱伝導率以上であり、
   前記支持部材の前記流路の壁面には、前記支持部材の熱伝導率よりも低い断熱層が設けられており、
   前記断熱層は前記断熱部材と一体成形されていることを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
2. 前記断熱部材の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有し、前記断熱部材を支持するベース基板をさらに備えた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。
3. 複数の前記記録素子基板を備え、
   前記複数の記録素子基板が、前記支持部材および前記断熱部材を介して１つの前記ベース基板に支持されてい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。
4. 前記支持部材は、前記複数のノズルが並ぶ方向に沿って延びるヒートパイプを有する部材であることを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載のインクジェット記録ヘッド。
5. ノズルから液体を吐出するために利用されるエネルギーを発生する複数のエネルギー発生素子と、前記複数のエネルギー発生素子に液体を供給するための液体供給口と、を有する記録素子基板と、
   前記記録素子基板を支持し、前記液体供給口に連通する貫通孔からなる流路を備える支持部材と、
   を備えるインクジェット記録ヘッドにおいて、
   前記支持部材の熱伝導率は前記記録素子基板の熱伝導率以上であり、
   前記支持部材の前記流路の壁面には、前記支持部材の熱伝導率よりも低い断熱層が設けられており、
   前記支持部材は、前記複数のエネルギー発生素子が並ぶ方向に沿って延びるヒートパイプを有することを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
6. 液体を吐出するために利用されるエネルギーを発生するエネルギー発生素子と、前記エネルギー発生素子に液体を供給するための供給口と、を備える記録素子基板と、
   前記記録素子基板の供給口と連通する貫通孔からなる流路を備える、前記記録素子基板を支持する支持部材と、
   を備えるインクジェット記録ヘッドであって、
   前記支持部材の熱伝導率は前記記録素子基板の熱伝導率以上であり、
   前記支持部材の流路の壁面には、前記支持部材の熱伝導率よりも熱伝導率の低い部材が配されており、
   前記部材は前記支持部材と一体成形されていることを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
7. 前記支持部材を支持するベース基板を備えることを特徴とする請求項６に記載のインクジェット記録ヘッド。
8. 前記ベース基板上には複数の前記記録素子基板が配されていることを特徴とする請求項７に記載のインクジェット記録ヘッド。

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