JPH05131626A

JPH05131626A - 記録ヘツド基板および記録ヘツド

Info

Publication number: JPH05131626A
Application number: JP29726691A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Harada; 俊明原田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1991-11-13
Filing date: 1991-11-13
Publication date: 1993-05-28

Abstract

(57)【要約】【目的】記録液を熱エネルギー手段を用いて吐出する
際の蓄熱を低減化して放熱特性を向上させる。【構成】記録ヘッド基板は、支持体５と、この支持体
５上に設けられ、記録液に吐出エネルギーを供給するた
めの熱エネルギー発生手段を有する基体１とが金属粉末
を分散させた樹脂１６により接着されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は記録ヘッド基板および前
記記録ヘッド基板を備えた記録ヘッドに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】一般にインク等の記録液を液滴として吐
出口より噴射させ、ドット記録を行う液体噴射記録方法
は、低騒音であり、普通紙に記録することができ、フル
カラー記録も可能であるため、種々のＯＡ（オフィス・
オートメーション）機器やパーソナル機器に用いられて
いる。

【０００３】特に、インク液路内に配設された発熱抵抗
素子を急激に発熱させることによって気泡を発生させ、
その気泡の発生によって吐出口から液滴を発生させるイ
ンクジェット記録方式は、吐出口を高密度に実装するこ
とが容易であり、かつ高速記録が可能であることから特
に有効であると言える。

【０００４】このインクジェット記録方式に用いられる
従来の記録ヘッドの模式的斜視図を図３に示す。

【０００５】通常、シリコン，ガラス等の基板２上に通
電に応じて発熱する発熱抵抗素子３と配線電極（不図
示）とインク吐出口１が設けられている。発熱抵抗素子
３と配線電極が設けられたヒータボード上には、天板４
が設けられている。インク吐出口１から液滴として吐出
されるインクは、インク供給管７よりインク共通液室８
に供給される。

【０００６】図４は図３に示した記録ヘッドの基板の部
分的断面図である。

【０００７】図３および図４を参照しつつ従来の記録ヘ
ッドの問題点について述べる。発熱抵抗素子３により発
生する熱を逃がして冷却するために、基板２の背面はコ
ンパウンド（樹脂）６を介してＡｌ（アルミニウム）等
からなる放熱板５と接着されている。

【０００８】このコンパウンド６は、通常、放熱特性が
良好な材料、すなわち熱伝導率の高い放熱用材料が用い
られ、具体的には主にシリコン樹脂が使用される。

【０００９】このコンパウンド６は、均一に薄く塗布す
ることができ、取り扱いが容易等の製造上の利点がある
反面、他の放熱用材料であるＳｉあるいはＡｌ等と比較
して熱伝導率が数百分の１と極めて低いため、記録ヘッ
ドの放熱特性を制限していた。

【００１０】この放熱特性が特に悪い場合には、記録動
作において記録ヘッドの各部の温度が次第に上昇してゆ
き、インクの表面張力あるいは粘度等の諸物性を変化さ
せ、ひいては、インクの吐出量あるいは供給速度まで変
化させることになる。

【００１１】また、吐出周波数がアップした場合や、液
路（ノズル）をマルチ化した場合に、記録ヘッド内での
蓄熱が起き、記録ヘッドの駆動時間に応じて記録ヘッド
の温度が上昇して十分な特性が得られなくなったり、吐
出液滴の容量が変化するために、十分な画像品位が安定
して得られなくなる等の問題を生じる場合があった。

【００１２】この蓄熱現象は、液滴を吐出させるために
発生する熱量が放熱する熱量よりも大きくなった際に生
じるものと考えられる。

【００１３】このような蓄熱による問題を有する記録ヘ
ッドは、高吐出周波数を使用する記録方法や液路の高マ
ルチ化に十分対応するものとは言えなかった。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明の目的
は、熱エネルギーを利用して液体を吐出する際の上述の
蓄熱現象に起因する問題を解決し、放熱特性を向上させ
ることのできる記録ヘッド基板および記録ヘッドを提供
することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明の記録ヘッド基板は、支持体と、該支
持体上に設けられ、記録液に吐出エネルギーを供給する
ための熱エネルギー発生手段を有する基体とが、金属粉
末を分散させた樹脂により接着されていることを特徴と
する。

【００１６】また、本発明の記録ヘッドは、支持体と、
該支持体上に設けられ、記録液に吐出エネルギーを供給
するための熱エネルギー発生手段を有する基体とが、金
属粉末を分散させた樹脂により接着されている記録ヘッ
ド基板を備えたことを特徴とする。

【００１７】

【作用】本発明によれば、インク吐出口、発熱抵抗素子
等を有するヒータボードと放熱用基板とを金属粉末を分
散させた樹脂を用いて接着することにより、簡略な方法
で記録ヘッドの放熱特性を向上させることができる。

【００１８】

【実施例】以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を詳
細に説明する。

【００１９】図１は本発明の記録ヘッドの一実施例を示
す斜視図である。また、図２は図１に示した記録ヘッド
の部分断面図である。図２と従来の記録ヘッド基板であ
る図４とはコンパウンドのみが異なっている。従来のコ
ンパウンド６では、例えば、図４に示したように市販の
放熱用シリコン接着剤を厚さｔ₁ が５０μｍとなるよう
に塗布した。しかし、本実施例では、平均粒径２０μｍ
以下のＣｕの微小金属粉末を市販の放熱用シリコン接着
剤、例えば、加熱硬化型接着剤（東レ・シリコーン株式
会社ＳＥ４４００）中に分散させたコンパウンド１６
を厚さｔ₂ が約５０μｍとなるように塗布した。

【００２０】このような構成の記録ヘッド基板を有する
記録ヘッドの作用について説明する。

【００２１】インクが定常状態にある時は、オリフィス
面でインクの表面張力と外圧とが平衡状態にあるが、発
熱抵抗素子が加熱されて発熱抵抗素子の表面温度が急上
昇し、隣接インク層に沸騰現象が起きるまで加熱される
と微小気泡が点在するようになる。

【００２２】次に、発熱抵抗素子の全面で急激に加熱さ
れた隣接インク層が瞬時に気化し、沸騰膜を作り、気泡
が生長する。この時ノズル内の圧力は気泡の生成した分
だけ上昇し、オリフィス面での外圧とのバランスがくず
れ、オリフィスよりインク柱が生長し始める。

【００２３】気泡が最大に生長すると、オリフィス面よ
り気泡の体積に相当する分のインクが押し出される。こ
の時、発熱抵抗素子には電流が流れていない状態にあ
り、発熱抵抗素子の表面温度は降下する。気泡の体積の
最大値は電気パルス印加のタイミングからやや遅れる。

【００２４】気泡がインク等により冷却されて収縮を開
始し始めると、インク柱の先端部では押し出された速度
を保ちつつ前進し、後端部では気泡の収縮に伴ってノズ
ル内圧の減少によってオリフィス面からノズル内へイン
クが逆流してインク柱にくびれが生じる。

【００２５】さらに気泡が収縮すると、発熱抵抗素子面
にインクが接し発熱抵抗素子面がさらに急激に冷却され
る状態となる。オリフィス面では、外圧がノズル内圧よ
り高い状態にあるためメニスカスが大きくノズル内に入
り込む。インク柱の先端部は液滴となり記録紙の方向へ
飛翔する。

【００２６】最終的にオリフィスにインクが毛管現象に
より再び供給されて元の状態の戻り、気泡は完全に消滅
する。

【００２７】以上のようなプロセスを繰返して記録を行
う。ここで、発熱抵抗素子で発生した熱は、インク滴が
持ち去る分を除けばコンパウンド１６を通して放熱板
（Ａｌ板）５へ放熱されることとなる。

【００２８】本実施例においては、コンパウンドにＣｕ
の微小粉末を均一に分散させたので、本実施例のコンパ
ウンド１６を通して放熱板５に効率的に放熱される。

【００２９】従って、記録ヘッド本体内に発熱抵抗素子
が発生した熱は蓄熱されなくなると共に、インクの温度
を上昇させることは解消されるので、安定した吐出が期
待される。

【００３０】また、発熱抵抗素子３を設けた基板２から
放熱板５であるＡｌ板へ通過する熱量が増加し、記録ヘ
ッドの放熱特性が向上するので、高周波数駆動において
も安定した記録が可能となる。

【００３１】このような構成なので、液路をマルチ化し
た場合に、記録ヘッド内での蓄熱が起きたりすることは
低減化される。また、温度上昇による吐出液滴の容量が
変化することはないので、高品位画像が維持され濃度ム
ラはなくなる。

【００３２】本実施例においては、微小金属粉末の材料
としてＣｕを用い、その平均粒径を１０〜２０μｍとし
た。Ｃｕの他にＡｇ，Ａｌ，Ｆｅ等の比較的に熱伝導率
の高い金属を用いても同様の効果を生み出す。

【００３３】また、微小金属粉末は必ずしも球形に限定
されるものではなく、平均粒径はその形状の代表長さと
して捉えてよい。従って、例えば、繊維状形状の場合の
長さ、直径といった代表寸法であってもよい。

【００３４】ただし、微小金属粉末の大きさとしては、
平均粒径が数μｍであるＡｌ板５の表面粗さから１００
μｍ以下であることが望ましい。微小金属粉末の大きさ
が１００μｍ以上になると、Ａｌ板５とコンパウンド１
６の界面近傍においてシリコン接着剤の割合が大きくな
りすぎるため、微小金属粉末が密に分散されている状態
とかなり異なって良好な熱伝導性の改善が望めなくな
る。

【００３５】本実施例において、微小金属粉末を分散さ
せる樹脂としてシリコン接着剤を用いたが、シリコン接
着剤に限られず、他の樹脂も用いることができる。

【００３６】「樹脂」としては、前記実施例に限らず、
室温硬化性樹脂であってもよい。室温硬化性樹脂として
は、シリコン系樹脂，変性シリコン系樹脂，ポリサルフ
ァイド系樹脂，ポリウレタン系樹脂，アクリル系樹脂を
例示することができる。

【００３７】シリコン系樹脂は、オルガノポリシロキサ
ンを主成分とする樹脂であって、湿気硬化する１成分型
および基剤と硬化剤との反応により硬化する２成分型と
がある。１成分型は、その架橋剤の種類によって脱酢酸
型，脱オキシム型，脱アルコール型，脱アミン型，脱ア
ミド型およびマスチック型があり、空気中の水分により
硬化する。２成分型は、架橋剤としてアミノキシシロキ
サンが配合されている。

【００３８】変性シリコン系樹脂は、オルガノシロキサ
ンを有する有機ポリマーであって、湿気硬化する１成分
型および基剤と硬化剤の反応により硬化する２成分型が
ある。１成分型はポリマーと触媒を含む成分が空気中の
水分と反応して硬化し、２成分型はポリマーと水を含む
基剤成分と触媒を含む硬化剤成分が反応して硬化するも
のである。

【００３９】ポリサルファイド系樹脂は、湿気硬化する
１成分型および基剤と硬化剤との反応により硬化する２
成分型とがある。１成分型は、基剤に含まれているＢａ
Ｏ₂やＣａＯ₂ 等の酸化物が空気中の水分により硬化す
る。２成分型は、硬化剤として２酸化鉛が使用されてい
る。

【００４０】ポリウレタン系樹脂は、ウレタンプレポリ
マーのイソシアネート基（−ＮＣＯ）が空気中の水分に
より反応して硬化する１成分型と、イソシアネート基を
有する基剤成分と活性水素化合物を含む反応により硬化
する２成分型がある。

【００４１】アクリル系樹脂は、アクリル酸エステル等
を主成分として乾燥硬化する１成分型であって、エマル
ジョン型と溶剤型とがある。エマルジョン型は、含有水
分の蒸発によって硬化するものである。

【００４２】（その他）なお、本発明は、特にインクジ
ェット記録方式の中でも、インク吐出を行わせるために
利用されるエネルギとして熱エネルギを発生する手段
（例えば電気熱変換体やレーザ光等）を備え、前記熱エ
ネルギによりインクの状態変化を生起させる方式の記録
ヘッド、記録装置において優れた効果をもたらすもので
ある。かかる方式によれば記録の高密度化，高精細化が
達成できるからである。

【００４３】その代表的な構成や原理については、例え
ば、米国特許第４７２３１２９号明細書，同第４７４０
７９６号明細書に開示されている基本的な原理を用いて
行うものが好ましい。この方式は所謂オンデマンド型，
コンティニュアス型のいずれにも適用可能であるが、特
に、オンデマンド型の場合には、液体（インク）が保持
されているシートや液路に対応して配置されている電気
熱変換体に、記録情報に対応していて核沸騰を越える急
速な温度上昇を与える少なくとも１つの駆動信号を印加
することによって、電気熱変換体に熱エネルギを発生せ
しめ、記録ヘッドの熱作用面に膜沸騰を生じさせて、結
果的にこの駆動信号に一対一で対応した液体（インク）
内の気泡を形成できるので有効である。この気泡の成
長，収縮により吐出用開口を介して液体（インク）を吐
出させて、少なくとも１つの滴を形成する。この駆動信
号をパルス形状とすると、即時適切に気泡の成長収縮が
行われるので、特に応答性に優れた液体（インク）の吐
出が達成でき、より好ましい。このパルス形状の駆動信
号としては、米国特許第４４６３３５９号明細書，同第
４３４５２６２号明細書に記載されているようなものが
適している。なお、上記熱作用面の温度上昇率に関する
発明の米国特許第４３１３１２４号明細書に記載されて
いる条件を採用すると、さらに優れた記録を行うことが
できる。

【００４４】記録ヘッドの構成としては、上述の各明細
書に開示されているような吐出口，液路，電気熱変換体
の組合せ構成（直線状液流路または直角液流路）の他に
熱作用部が屈曲する領域に配置されている構成を開示す
る米国特許第４５５８３３３号明細書，米国特許第４４
５９６００号明細書を用いた構成も本発明に含まれるも
のである。加えて、複数の電気熱変換体に対して、共通
するスリットを電気熱変換体の吐出部とする構成を開示
する特開昭５９−１２３６７０号公報や熱エネルギの圧
力波を吸収する開孔を吐出部に対応させる構成を開示す
る特開昭５９−１３８４６１号公報に基いた構成として
も本発明の効果は有効である。すなわち、記録ヘッドの
形態がどのようなものであっても、本発明によれば記録
を確実に効率よく行うことができるようになるからであ
る。

【００４５】さらに、記録装置が記録できる記録媒体の
最大幅に対応した長さを有するフルラインタイプの記録
ヘッドに対しても本発明は有効に適用できる。そのよう
な記録ヘッドとしては、複数記録ヘッドの組合せによっ
てその長さを満たす構成や、一体的に形成された１個の
記録ヘッドとしての構成のいずれでもよい。

【００４６】加えて、上例のようなシリアルタイプのも
のでも、装置本体に固定された記録ヘッド、あるいは装
置本体に装着されることで装置本体との電気的な接続や
装置本体からのインクの供給が可能になる交換自在のチ
ップタイプの記録ヘッド、あるいは記録ヘッド自体に一
体的にインクタンクが設けられたカートリッジタイプの
記録ヘッドを用いた場合にも本発明は有効である。

【００４７】さらに、以上説明した本発明実施例におい
ては、インクを液体として説明しているが、室温やそれ
以下で固化するインクであって、室温以上で軟化もしく
は液化するものを用いてもよく、あるいはインクジェッ
ト方式ではインク自体を３０℃以上７０℃以下の範囲内
で温度調整を行ってインクの粘性を安定吐出範囲にある
ように温度制御するものが一般的であるから、使用記録
信号付与時にインクが液状をなすものを用いてもよい。
加えて、熱エネルギによる昇温を、インクの固形状態か
ら液体状態への状態変化のエネルギとして使用せしめる
ことで積極的に防止するため、またはインクの蒸発を防
止するため、放置状態で固化し加熱によって液化するイ
ンクを用いてもよい。いずれにしても熱エネルギの記録
信号に応じた付与によってインクが液化し、液状インク
が吐出されるものや、記録媒体に到達する時点ではすで
に固化し始めるもの等のような、熱エネルギの付与によ
って初めて液化する性質のインクを使用する場合も本発
明は適用可能である。このような場合のインクは、特開
昭５４−５６８４７号公報あるいは特開昭６０−７１２
６０号公報に記載されるような、多孔質シート凹部また
は貫通孔に液状又は固形物として保持された状態で、電
気熱変換体に対して対向するような形態としてもよい。
本発明においては、上述した各インクに対して最も有効
なものは、上述した膜沸騰方式を実行するものである。

【００４８】さらに加えて、本発明インクジェット記録
装置の形態としては、コンピュータ等の情報処理機器の
画像出力端末として用いられるものの他、リーダ等と組
合せた複写装置、さらには送受信機能を有するファクシ
ミリ装置の形態を採るもの等であってもよい。

【００４９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
インク吐出口、発熱抵抗素子等を有するヒータボードと
放熱用基板とを金属粉末を分散させた樹脂を用いて接着
することにより、簡略な方法で記録ヘッドの放熱特性を
向上させることができる。

【００５０】また、本発明によれば、記録ヘッドに著し
い蓄熱を起こすことなく、記録ヘッドの高速駆動が可能
となり、記録速度を大幅に向上させることができる。本
発明は従来の記録ヘッドの構成を変更することはないか
ら、従来の製造方法をそのまま流用して製造することが
できる。

【００５１】さらにまた、本発明によれば、熱伝導性が
改善されることにより、塗布厚さを厳密に管理する必要
がないので製造コストが低減化する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の記録ヘッドの模式的斜視図である。

【図２】本発明の記録ヘッド基板の部分断面図である。

【図３】従来の記録ヘッドの模式的斜視図である。

【図４】従来の記録ヘッド基板の部分断面図である。

【符号の説明】

１インク吐出口２基板３発熱抵抗素子４天板５放熱板（Ａｌ板）６コンパウンド（樹脂）７インク供給管８インク共通液室

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】支持体と、該支持体上に設けられ、記録液に吐出エネルギーを供給
するための熱エネルギー発生手段を有する基体とが、金
属粉末を分散させた樹脂により接着されていることを特
徴とする記録ヘッド基板。
【請求項２】前記樹脂がシリコン樹脂，変性シリコン
樹脂，ポリサルファイド系樹脂，ポリウレタン樹脂およ
びアクリル系樹脂からなる群から選ばれた１種の樹脂で
あることを特徴とする請求項１に記載の記録ヘッド基
板。
【請求項３】前記金属粉末の代表寸法が１００μｍ以
下であることを特徴とする請求項１または２に記載の記
録ヘッド基板。
【請求項４】支持体と、該支持体上に設けられ、記録液に吐出エネルギーを供給
するための熱エネルギー発生手段を有する基体とが、金
属粉末を分散させた樹脂により接着されている記録ヘッ
ド基板を備えたことを特徴とする記録ヘッド。
【請求項５】前記樹脂がシリコン樹脂，変性シリコン
樹脂，ポリサルファイド系樹脂，ポリウレタン樹脂およ
びアクリル系樹脂からなる群から選ばれた１種の樹脂で
あることを特徴とする請求項４に記載の記録ヘッド。
【請求項６】前記金属粉末の代表寸法が１００μｍ以
下であることを特徴とする請求項４または５に記載の記
録ヘッド。