JPWO2017183389A1 - インクジェットヘッド、ヘッドモジュール及びインクジェット記録装置 - Google Patents

Abstract

本発明の課題は、インク温度を高精度に制御できるインクジェットヘッド、ヘッドモジュール、及びインクジェット記録装置を提供することである。本発明のインクジェットヘッド１０は、ヘッドチップ２０と、共通インク室４０と、放熱部５１を有する外装フレーム５０と、筐体６０に取り付けられた、圧電素子５を駆動する駆動部６１と、ヘッドチップ２０の温度を検知する温度検知部８０と、温度検知部８０によって検知された温度に基づいて駆動し、外装フレーム５０を加熱する第１ヒーター５２と、を備え、ヘッドチップ２０から放熱部５１までの熱抵抗をＲａ（℃／Ｗ）、駆動部６１から放熱部５１までの熱抵抗をＲｂ（℃／Ｗ）、及び第１ヒーター５２から放熱部５１までの熱抵抗をＲｃ（℃／Ｗ）としたとき、Ｒｃ＜Ｒｂ＜Ｒａの関係を満たすことを特徴とする。

Description

本発明は、インクジェットヘッド、ヘッドモジュール及びインクジェット記録装置に関する。

従来、インクジェットヘッドに備えられた複数のノズルからインクの液滴を射出して記録媒体に画像を形成するインクジェット記録装置が知られている。インクジェットヘッドには、ノズルから液滴を射出させるための圧力発生手段となるアクチュエーターと、当該アクチュエーターの駆動部等が備えられている。

このようなインクジェットヘッドでは、アクチュエーターの駆動により発生する熱によって、インクジェットヘッドが温められ、ヘッド内部のインクの温度が上昇する。これによって、ヘッド内部のインクの温度にムラが生じると、インクの粘度にムラが生じることとなるため、インクの射出速度がばらついて、印字ムラなどの画質劣化を引き起こす場合がある。

また、近年、アクチュエーターの高周波数駆動が可能となったことで、アクチュエーターや駆動ＩＣからの発熱量が増加する傾向にある。さらに、近年のインクジェットヘッドの小型化によって、これらのアクチュエーターが高密度に配置されることが多くなっている。このようなアクチュエーターを備えたインクジェットヘッドでは、ヘッド内部で、インクの温度ムラが発生しやすいため、ヘッド自体を放熱しやすい設計とすることで、インクの温度ムラを発生しにくくすることが求められている。

そこで、特許文献１には、３列以上のノズル列を有するノズルプレートを備えるインクジェットヘッドであって、当該ノズルプレートに、ノズル列毎に放熱率の異なる放熱部を設けたインクジェットヘッドが開示されている。このインクジェットヘッドでは、高い温度になりやすい中央のノズル列部分が放熱されやすくなっているため、ノズル列間のインク温度を均一に保ちやすくなっている。

特開２０１２−１９６８８０号公報

しかしながら、近年の多数のインクジェットヘッドを搭載するインクジェット記録装置では、印刷する画像によっては、インクジェットヘッドごとにアクチュエーターの駆動率が大きく異なるため、ヘッド間において、インクの温度に大きな差異が生じる場合が多い。このような場合には、ヘッド間のインクの粘度に差異が生じるため、ヘッド間のインクの射出速度に差異が生じ、上述した印字ムラなどの画質劣化が引き起こされる可能性がある。

また、ＵＶインクなどの粘度の高いインクを使用して描画するインクジェット記録装置では、インクジェットヘッドに内蔵したヒーターによって、射出特性に適したインク粘度となるように、インクを加熱しながら用いることがある。このような装置に搭載するインクジェットヘッドでは、従来の放熱しやすい設計にすることとは反対に、熱を外部に逃げにくくする設計が必要である。そのため、特にこのインクジェット記録装置では、インクジェットヘッド内のインク温度を高精度に制御し、ヘッド間のインクを均一化するための新しい課題解決手段が求められていた。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、本発明の課題は、インク温度を高精度に制御できるインクジェットヘッド、ヘッドモジュール、及びインクジェット記録装置を提供することである。

上記課題の解決のために、請求項１に記載の発明は、インクジェット記録装置のヘッドモジュールに搭載されるインクジェットヘッドであって、
複数のノズルにそれぞれ連通する複数の圧力室内部に圧力変化を生じさせることにより、前記複数のノズルからインクを射出させる複数の圧力発生手段を有するヘッドチップと、
前記複数の圧力室に供給するインクを貯留する共通インク室と、
前記共通インク室の外側に設けられ、前記インクジェットヘッドの熱を放熱可能な放熱部を有する外装フレームと、
前記外装フレームの外側に設けられた筐体に取り付けられた、前記圧力発生手段を駆動する駆動部と、
前記ヘッドチップの温度を検知する検知手段と、
前記検知手段によって検知された温度に基づいて駆動し、前記外装フレームを加熱する第１ヒーターと、を備え、
前記ヘッドチップから前記放熱部までの熱抵抗をＲａ（℃／Ｗ）、前記駆動部から前記放熱部までの熱抵抗をＲｂ（℃／Ｗ）、及び前記第１ヒーターから前記放熱部までの熱抵抗をＲｃ（℃／Ｗ）としたとき、下記式（１）の関係を満たすことを特徴とする。
式（１）：Ｒｃ＜Ｒｂ＜Ｒａ

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のインクジェットヘッドにおいて、
前記共通インク室を加熱する第２ヒーターを備えることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載のインクジェットヘッドにおいて、
前記インクジェットヘッドの側面に、当該側面から突起する複数の凸部を有することを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載のインクジェットヘッドにおいて、
前記放熱部は、アルミニウム又はアルミニウム合金によって形成されていることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載のインクジェットヘッドにおいて、
前記ヘッドチップは、シリコン基板を有することを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、
請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載のインクジェットヘッドを取り付ける取付部材を有するヘッドモジュールであって、
前記取付部材に、前記インクジェットヘッドの２つ以上が、前記インクジェットヘッドの前記放熱部が接触するように取り付けられており、
前記取付部材が、金属によって形成されていることを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、
請求項６に記載のヘッドモジュールと、
前記検知手段によって検知された温度に基づいて、前記第１ヒーターの駆動を制御する制御部と、
を備えることを特徴とするインクジェット記録装置である。

本発明によれば、インク温度を高精度に制御できるインクジェットヘッド、ヘッドモジュール、及びインクジェット記録装置を提供することができる。

インクジェット記録装置の概略構成を示す斜視図 ヘッドモジュールを示す底面図 インクジェットヘッドを示す斜視図 ヘッドチップの断面の一部を拡大した断面図 図３のV−Vに沿って切断した断面の斜視図 図３のV−Vに沿って切断した断面図 インクジェットヘッドの右側面図 図７のVIII−VIIIに沿って切断した断面図 図７のIX−IXに沿って切断した断面図 図７のVIII−VIIIに沿った断面における、ヘッドチップ、外装フレーム及び筐体の位置関係を示す断面図 図７のVIII−VIIIに沿った断面における、ヘッドチップ、外装フレーム及び筐体の位置関係を示す斜視図 インクジェット記録装置の機能的構成を概略的に示すブロック図 熱抵抗値を算出するためのモデル図 インクジェットヘッドの変形例の斜視図

以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について説明する。但し、発明の範囲は図示例に限定されない。

［インクジェット記録装置の概略］
インクジェット記録装置１００は、プラテン１０１、搬送ローラー１０２、及びラインヘッド１０３，１０４，１０５，１０６等を備える（図１）。
また、以下の説明では、図１に示すとおり、記録媒体Ｒの搬送方向を前後方向、記録媒体Ｒの搬送面において当該搬送方向に直交する幅方向を左右方向とし、前後方向及び左右方向に垂直な方向を上下方向（インクの射出方向）として説明する。

プラテン１０１は、上面に記録媒体Ｒを支持しており、搬送ローラー１０２が駆動されると、記録媒体Ｒを搬送方向（前後方向）に搬送する。
ラインヘッド１０３，１０４，１０５，１０６は、記録媒体Ｒの搬送方向（前後方向）の上流側から下流側にかけて、搬送方向に直交する幅方向（左右方向）に並列して設けられている。そして、ラインヘッド１０３，１０４，１０５，１０６の内部には、ヘッドモジュール２００が設けられており、そのヘッドモジュール２００には、インクジェットヘッド１０が少なくとも一つ設けられている。

［ヘッドモジュール］
ヘッドモジュール２００は、開口部を有する取付部材２０１に、複数のインクジェットヘッド１０が、当該開口部からヘッドチップ２０が露出するように取り付けられている（図２）。また、取付部材２０１に、インクジェットヘッド１０の放熱部５１が接触するように取り付けられている。また、複数のインクジェットヘッド１０は、左右方向に２列平行となるように設けられており、全体として千鳥格子状の配置となる位置関係で取り付けられている。なお、インクジェットヘッド１０の放熱部５１は、取付部材２０１の上面側に接触しているため、図２では、放熱部５１を破線で示している。
そして、例えば、ラインヘッド１０３，１０４，１０５，１０６には、それぞれに対して、シアン（Ｃ），マゼンタ（Ｍ），イエロー（Ｙ），ブラック（Ｋ）のインクを射出するインクジェットヘッド１０が備えられたヘッドモジュール２００が備えられている。

取付部材２０１は、高熱伝導率であるという観点から、金属によって形成されていることが好ましい。取付部材２０１を高熱伝導率とすることで、インクジェットヘッド１０の放熱部５１から取付部材２０１に放熱しやすくすることができる。そして、その熱によって取付部材２０１が温められ、他のインクジェットヘッド１０とも熱交換が行われることにより、取付部材２０１に取り付けられた複数のインクジェットヘッド１０の温度を均一化しやすくできる。
金属としては、一般に高熱伝導率であるので種類は特に問わないが、例えば、４２アロイ、ニッケル、コバール、インバー、ステンレス、銅、アルミニウム及びアルミニウム合金等を用いることができる。

［インクジェットヘッド］
インクジェットヘッド１０は、ヘッドチップ２０、保持部３０、共通インク室４０、外装フレーム５０、筐体６０、カバー部材７０及び温度の検知手段としての温度検知部８０等を備える（図３〜１１参照）。
なお、図１０及び図１１では、ヘッドチップ２０、外装フレーム５０及び筐体６０の位置関係を説明するため、それら以外の接続部材２１、キャップ部２２及び共通インク室４０等の構成部品は省略して記載している。

ヘッドチップ２０は、ノズル基板１、第一接着用基板２、圧力室基板３、第二接着用基板４、圧力発生手段としての圧電素子５及び配線基板６が、この順で積層されて構成されている（図４）。

ノズル基板１は、インクジェットヘッド１０の最下層に位置している。また、ノズル基板１は、例えば、シリコン製の基板である。このノズル基板１の下面が記録媒体Ｒと対向するノズル形成面となっており、このノズル基板１を上下に貫通して複数のノズルｎが形成されている。

第一接着用基板２は、ノズル基板１の上面に積層され、接合されている。この第一接着用基板２は、例えば、ガラス製の基板である。この第一接着用基板２には、ノズル基板１のノズルｎと連通し、インク流路を構成する貫通孔２ａが形成されている。
そして、第一接着用基板２の上面には、圧力室基板３が積層され、接合されている。

圧力室基板３は、圧力室層３ａと振動板３ｂとから構成されている。
圧力室層３ａは、第一接着用基板２の上面に積層され、接合されている。また、圧力室層３ａは、シリコン製の基板から構成されている。この圧力室層３ａには、ノズルｎから射出されるインクを貯留する圧力室３ｃが、当該圧力室層３ａを貫通するように形成されている。
圧力室３ｃは、貫通孔２ａ及びノズルｎの上方に設けられ、これら貫通孔２ａ及びノズルｎと連通している。
振動板３ｂは、圧力室３ｃの開口を覆うように圧力室層３ａの上面に積層され、接合されている。すなわち、振動板３ｂは、圧力室３ｃの上壁部を構成している。また、振動板３ｂの表面には、例えば、酸化膜が形成されている。
そして、振動板３ｂの上面には、第二接着用基板４が積層され、接合されている。

第二接着用基板４は、振動板３ｂの上面に積層されている。また、第二接着用基板４は、例えば、感光性樹脂から構成されている。この第二接着用基板４の内部には、圧電素子５を収容する空間部４ａが形成されている。この空間部４ａは、第二接着用基板４を貫通するように圧力室３ｃの上方に形成されている。

圧電素子５は、圧力室３ｃと略同一の平面視形状に形成され、振動板３ｂを挟んで圧力室３ｃと対向する位置に設けられている。この圧電素子５は、振動板３ｂを変形させるためのＰＺＴ(lead zirconium titanate)からなるアクチュエーターである。また、圧電素子５の下面に設けられた電極（図示略）が振動板３ｂに接続されている。そして、圧電素子５は、圧力室３ｃ内部に圧力変化を生じさせることにより、ノズルｎからインクを射出させることができる。

また、第二接着用基板４には、圧力室基板３の連通孔３ｄと連通する貫通孔４ｂが、空間部４ａとは独立して形成されている。
そして、第二接着用基板４の上面には、配線基板６が積層され、接合されている。

配線基板６は、例えば、シリコン製の基板であるインターポーザ６ａを備えている。インターポーザ６ａの下面には、例えば、２層の酸化ケイ素の絶縁層６ｂ、６ｃが被覆され、上面には、同じく酸化ケイ素の絶縁層６ｄが被覆されている。そして、インターポーザ６ａの下方の２つの絶縁層６ｂ、６ｃのうち、下側に位置する絶縁層６ｃが、第二接着用基板４の上面に積層され、接合されている。

また、インターポーザ６ａには、スルーホール６ｅが積層方向に形成されており、このスルーホール６ｅには、貫通電極６ｆが挿通されている。貫通電極６ｆの下端には、水平方向に延在する下側配線６ｇの一端が接続されている。この下側配線６ｇの他端には、空間部４ａ内に露出したスタッドバンプ６ｈが設けられ、圧電素子５の上面の電極（図示略）に設けられた導電ペースト５ａと接続されている。また、下側配線６ｇは、インターポーザ６ａの下方の２つの絶縁層６ｂ、６ｃによって挟まれて保護されている。
また、インターポーザ６ａには、第二接着用基板４の貫通孔４ｂと連通するインレット６ｉが、当該インターポーザ６ａを上下方向に貫通するように形成されている。

また、配線基板６の上面には、一端が貫通電極６ｆの上端に接続されるとともに、他端が配線基板６の前後方向の端部で接続部材２１に接続される上側配線６ｊが配設されている。接続部材２１は、フレキシブルプリント基板等からなる配線部材であり、ヘッドチップ２０の上部に引き出され、後述する駆動部６１に接続している（図６等参照）。そしてこの駆動部６１から、接続部材２１、上側配線６ｊ、貫通電極６ｆ及び下側配線６ｇを通じて、圧電素子５に電気が供給される。

また、配線基板６の上面の上側配線６ｊ及びインターポーザ６ａの絶縁層６ｄの上面を覆うように接着層６ｋが形成されている。接着層６ｋは、例えば、当該インクジェットヘッド１０を保持部３０と接着するための感光性樹脂等から構成されている。また、接着層６ｋは、上側配線６ｊを保護する保護層を構成している。また、接着層６ｋには、インレット６ｉと連通する貫通孔６ｌが形成されている。

また、ヘッドチップ２０の左右方向及び前後方向の端部には、図６等に示されているように、インクジェットヘッド１０の下側を塞ぐキャップ部２２が設けられていることが、インクジェットヘッド１０の内部を保護する観点から好ましい。

保持部３０は、ヘッドチップ２０の上側に接合されており、共通インク室４０及び外装フレーム５０等を保持している。

共通インク室４０は、配線基板６の上に設けられており、ヘッドチップ２０の上面の各貫通孔６ｌから各ヘッドチップ２０内の圧力室３ｃに供給するためのインクを貯留している。また、共通インク室４０の側面には、共通インク室４０を加熱可能な第２ヒーター４１及び伝熱板４３が設けられている。

第２ヒーター４１は、入力リード線４２ａ及び出力リード線４２ｂに接続し、制御部３００（図１２参照）によって駆動が制御されており、入力リード線４２ａを通して第２ヒーター４１に電気が供給されると加熱するようになっている。そして、第２ヒーター４１に発生した熱で共通インク室４０を加熱することによって、共通インク室４０内のインクを加熱することができる。

また、第２ヒーター４１の外側には、伝熱板４３が設けられている。伝熱板４３は、共通インク室４０の外周に設けられた第２ヒーター４１を保護するとともに、伝熱板４３自体が温まることによって、共通インク室４０に熱を伝える役割も有している。

また、共通インク室４０の上部には、共通インク室４０にインクを供給するインク供給部４４と、共通インク室４０のインクを排出するインク排出部４５が設けられている。

外装フレーム５０は、例えば、アルミニウム合金によって左右方向に長尺に形成されており、その左端部及び右端部には、放熱部５１，５１が設けられている（図１０及び図１１）。
放熱部５１，５１は、ネジ等によって、ヘッドモジュール２００の取付部材２０１に接触するように固定されており、これによって、インクジェットヘッド１０がヘッドモジュール２００に取付固定されている（図２）。そして、インクジェットヘッド１０の熱が、放熱部５１からヘッドモジュール２００の取付部材２０１に放熱できるようになっている。
放熱部５１は、アルミニウム又はアルミニウム合金によって形成されていることが、高熱伝導率であり、かつ耐食性に優れているという観点から好ましい。
なお、放熱部５１は、少なくとも高熱伝導率の材料で形成されていればよく、仮に耐食性の低いものを用いる際には、表面にパリレン膜、クロムめっき、フッ素樹脂等のコーティングを行って用いることとすればよい。
また、放熱部５１は、外装フレーム５０に設けられていることとしたが、外装フレーム５０と一体成形されていてもよいし、外装フレーム５０に対して接着剤等によって接着されていてもよい。

また、外装フレーム５０の内側の面には、第１ヒーター５２が設けられている（図５及び図６）。第１ヒーター５２は、第１ヒーター５２に発生した熱によって、外装フレーム５０を加熱することができる。また、第１ヒーター５２は、伝熱板４３の下部から伝熱板４３の内側から外側に引き出されて、第２ヒーター４１とつながっており（図示省略）、第１ヒーター５２及び第２ヒーター４１は同時に加熱されるようになっている。
なお、第１ヒーター５２と第２ヒーター４１とはつながっており、同時に加熱されることとしたが、この構成に限られず、第１ヒーター５２と第２ヒーター４１とをそれぞれ別々に独立して設け、それぞれのヒーターを別々に制御する構成としてもよい。

筐体６０は、例えば、アルミニウム合金によって左右方向に長尺に形成されており、その内側に、共通インク室４０、伝熱板４３及び接続部材２１等が配設されている。また、筐体６０内部の前側及び後側の共通インク室４０の上部部分には、駆動部６１，６１が設置された支持部６２，６２が設けられている。
また、筐体６０と外装フレーム５０とは別体で形成されており、それらが接着剤等によって接着されている構成としてもよいが、筐体６０と外装フレーム５０とが一体部品として形成された構成としてもよい。
駆動部６１は、シリコン製の集積回路であり、ヘッドチップ２０の前後方向の端部から、外装フレーム５０と筐体６０の間を通って上部に向かって引き出された接続部材２１が接続されている。駆動部６１は、ヘッドチップ２０から遠い位置に設けられているため、駆動部６１から発生した熱がヘッドチップ２０へ影響を及ぼしづらいようになっている。
また、前側及び後側の駆動部６１，６１に接続された前側及び後側の接続部材２１は、筐体６０の中央部付近に集められ、最終的に、ヘッドチップの外部に設置された制御部３００（図１２参照）に接続されている。

カバー部材７０は、筐体６０の上部に取り付けられており、筐体６０とともに、インクジェットヘッド１０内部の構成部品を保護している（図３）。なお、図３、図７及び図１４以外は、説明の便宜上、カバー部材７０を除いた状態のインクジェットヘッド１０を表している。

温度検知部８０は、例えば、サーミスタの先端部であり、ヘッドチップ２０の前方向の端部の中央部に接着剤によって接着されており、その抵抗値によって温度を検知している。また、温度検知部８０は、フレキシブルプリント基板８１によって、最終的に、インクジェットヘッド１０外部の制御部３００に接続されている。

［制御部］
インクジェット記録装置１００は、当該装置を構成する各部を制御するための制御手段としての制御部３００を備えている（図１２）。

制御部３００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）３０１、ＲＡＭ（Random Access
Memory）３０２、ＲＯＭ（Read Only Memory）３０３等を備えて構成される。
ＲＯＭ３０３には、各種処理プログラムが記憶されており、ＣＰＵ３０１は、ＲＯＭ３０３に記憶されている各種プログラムを読み出してＲＡＭ３０２に展開し、展開したプログラムに従ってインクジェット記録装置１００の各部の動作を制御する。

例えば、制御部３００は、駆動モーター（図示略）を駆動して搬送ローラー１０２を回転させ、記録媒体Ｒがプラテン１０１に支持された状態で後方から前方に搬送する（図１）。
また、制御部３００は、圧電素子５の駆動部６１を駆動してヘッドチップ２０内部の圧電素子５に電気を供給し、圧電素子５が変位して圧力室３ｃを加圧することによって、ノズルｎからインクを射出する。

また、制御部３００は、温度検知部８０からの検出信号によってヘッドチップ２０の温度を検知し、その温度に基づいて、第１ヒーター５２及び第２ヒーター４１に電気を供給するか否かを決定し、インクジェットヘッド１０の温度制御を行う。

制御部は３００、例えば、インクの射出が安定するヘッドチップ２０の温度範囲を設定しておき、その温度範囲の平均値を基準温度とし、ヘッドチップ２０がその基準温度を下回っていた場合には、第１ヒーター５２及び第２ヒーター４１を加熱し、他方、その基準温度を上回っていた場合には、第１ヒーター５２及び第２ヒーター４１をオフにしてインクジェットヘッド１０の熱を放熱する。これによって、射出される直前のインクが貯留されているヘッドチップ２０の温度を、常にその基準温度付近に保つことができる。ここで、ヘッドモジュール２００に搭載するすべてのインクジェットヘッド１０について、上述したインクの射出が安定する温度範囲を同じ条件で設定しておけば、それらすべてのインクジェットヘッド１０のヘッドチップ２０は、所定の基準温度付近に保たれるので、結果として、ヘッド間の温度差は小さくなる。これによって、ヘッド間のインクの射出速度にばらつきが少なくなり、印字ムラ等が発生しにくくなる。

ここで、上述したインクの射出が安定する温度の範囲は、例えば、あるインクを用いて画像形成する際に、描画画像の解像度（例えば６００ｄｐｉ）、圧電素子５の駆動周波数（例えば４０ｋＨｚ）、記録媒体とノズルｎとの距離（例えば１．０ｍｍ）、インクの射出速度の基準値（例えば６．０ｍｍ／ｓｅｃ）、ヘッドチップ２０の１℃上昇あたりのインクの射出速度上昇（例えば０．２ｍ／ｓｅｃ）等の情報に基づいて、着弾ズレを半画素以内とする場合のヘッドチップ２０の温度範囲等によって定義して、算出することができる。

また、温度の制御方法の他の例としては、ヘッドモジュール２００に搭載された全てのインクジェットヘッド１０のヘッドチップ２０の温度を検知し、それらの平均温度を基準温度とし、ヘッドチップ２０がその基準温度を下回っていた場合には、第１ヒーター５２及び第２ヒーター４１を加熱し、その基準温度を上回っていた場合には、第１ヒーター５２及び第２ヒーター４１をオフにしてインクジェットヘッド１０の熱を放熱する。これにより、ヘッドモジュール２００に搭載されたインクジェットヘッド１０間において、ヘッドチップ２０の温度のばらつきを抑えることができるため、ヘッド間においてインクの射出速度にばらつきが少なくなり、印字ムラ等が発生しにくくなる。

なお、上述した例に限られず、ヘッドモジュール２００に取り付けられた複数のインクジェットヘッド１０間において、ヘッドチップ２０の温度が均一となるように制御できれば、制御方法は適宜変更可能である。

［インクジェットヘッドの所定の部材間の熱抵抗値の関係］
本実施形態のインクジェットヘッド１０は、ヘッドチップ２０から放熱部５１までの熱抵抗をＲａ（℃／Ｗ）、駆動部６１から放熱部５１までの熱抵抗をＲｂ（℃／Ｗ）、及び第１ヒーター５２から放熱部５１までの熱抵抗をＲｃ（℃／Ｗ）としたとき、下記式（１）の関係を満たしている。
式（１）：Ｒｃ＜Ｒｂ＜Ｒａ

本明細書でいう熱抵抗Ｒ（℃／Ｗ）とは、ある２点間における熱抵抗値を示しており、その２点間の伝熱量Ｑ（Ｗ）に対する温度差ΔＴ（℃）について、ΔＴ＝ＲＱとした場合のＲのことである。ここで、温度差（℃）を電圧、伝熱量（Ｗ）を電流、熱抵抗（℃／Ｗ）を抵抗とした電気回路（図１３）と考えることができ、この式には、電気回路におけるオームの法則と同様に、熱抵抗の直列、並列の法則を適用することができる。

また、式（１）の関係から分かるとおり、本実施形態のインクジェットヘッド１０は、ヘッドチップ２０から放熱部５１までの熱抵抗Ｒａが、Ｒｂ及びＲｃよりも大きくなるように形成されており、射出直前のインクであるヘッドチップ２０内部のインクの温度が変動しにくくなっている。なお、ヘッドチップ２０は、上述したように、シリコン基板を有する基板とすることにより、ヘッドチップ２０全体の温度を均一化しやすくできる。

また、駆動部６１から放熱部５１までの熱抵抗Ｒｂが熱抵抗Ｒａよりも小さく、第１ヒーター５２から放熱部５１までの熱抵抗Ｒｃは熱抵抗Ｒｂよりも小さくなっている。したがって、第１ヒーター５２から外装フレーム５０を通して放熱部５１までが最も熱伝導しやすくなっており、外装フレーム５０の熱は直接放熱部５１からインクジェットヘッド１０の外部に放熱され、駆動部６１側やヘッドチップ２０側には伝熱しにくくなっている。
これにより、例えば、ヘッドチップ２０の温度が上述した基準温度よりも高くなっているためインクジェットヘッド１０の熱を逃がしたい場合には、第１ヒーター５２をオフにして、外装フレーム５０を通して放熱部５１から熱を効率的に逃がすことができる。また、一方で、例えば、ヘッドチップ２０の温度が上述した基準温度よりも低くなっているためインクジェットヘッド１０の熱を逃がしたくない場合には、第１ヒーター５２をオンにして外装フレーム５０をあたためて、放熱部５１から熱を逃げにくくすることができる。その場合には、第２ヒーター４１もオンとなっているため、共通インク室４０内のインクが温められ、そのインクがヘッドチップ２０に入ることによって、ヘッドチップ２０も温められる。

また、駆動部６１から放熱部５１までの熱抵抗Ｒｂは、第１ヒーター５２から放熱部５１までの熱抵抗Ｒｃよりも大きくなっている。これにより、例えば、ヘッドチップ２０の温度が上述した基準温度よりも高くなっているためインクジェットヘッド１０の熱を逃がしたい場合には、駆動部６１で発生した熱は、駆動部６１と接触する筐体６０から、筐体６０と外装フレーム５０との接触点Ｍ３（図１３参照）を通って、放熱部５１からインクジェットヘッド１０の外部に熱を逃がすことができる。また、一方で、例えば、ヘッドチップ２０の温度が上述した基準温度よりも低くなっているためインクジェットヘッド１０の熱を逃がしたくない場合には、第１ヒーター５２をオンにして、外装フレーム５０を温めることにより、駆動部６１で発生した熱を逃がさずに筐体６０部分に留めることができるため、インクジェットヘッド１０を温めるための熱源として利用できる。

また、ヘッドチップ２０から放熱部５１までの熱抵抗Ｒａは、圧力発生手段としての圧電素子５で発生した熱を、放熱部５１から放熱できる程度の抵抗値としている。この抵抗値は、例えば、描画画像の解像度（例えば６００ｄｐｉ）、圧電素子５の駆動周波数（例えば４０ｋＨｚ）、記録媒体とノズルｎとの距離（例えば１．０ｍｍ）、インクの射出速度の基準値（例えば６．０ｍｍ／ｓｅｃ）、ヘッドチップ２０の１℃上昇あたりのインクの射出速度上昇（例えば０．２ｍ／ｓｅｃ）等の情報に基づいて、例えば、着弾ズレを半画素以内とする場合の許容できる温度上昇値を算出し、この温度上昇値から熱抵抗Ｒａを決定することができる。

［熱抵抗値の算出方法］
伝熱部材の熱抵抗Ｒ（℃／Ｗ）は、伝熱部材の長さＬ（ｍ）、伝熱部材の熱伝導率λ（Ｗ／（ｍ・Ｋ））、伝熱部材の断面積Ａ（ｍ^２）としたとき、Ｒ＝Ｌ／λＡと表すことができる。そのため、所定の２点間の熱抵抗値Ｒは、図１３に示すような回路モデルによって、直列回路と並列回路による合成抵抗として算出することができる。

図１３の回路モデル図によって、熱抵抗値を計算した方法についてその一例を説明する。ここで、熱抵抗値の計算では、インクジェットヘッド１０は、左右対称であると仮定して、中央より半分の断面について計算している。また、熱抵抗の計算では、対流や輻射による熱抵抗は微小なものとして除外して計算し、部材間の熱伝導のみによって計算している。

図１３では、インクジェットヘッド１０の左右方向の中央において前後方向に平行な面で切断した断面において、前側の駆動部６１と筐体６０との接触箇所の重心位置をＳ１ａ、後側の駆動部６１と筐体６０との接触箇所の重心位置をＳ１ｂ、前側の第１ヒーター５２と外装フレーム５０との接触箇所の重心位置をＳ２ａ、後側の第１ヒーター５２と外装フレーム５０との接触箇所の重心位置をＳ２ｂ、ヘッドチップ２０の重心位置をＳ３と表している。

ここで、筐体６０は、前後方向に２つに分離しているので、前側及び後側の筐体６０を並列回路とみなしている。また、以下の説明では、Ｓ１ａとＳ１ｂを合わせてＳ１ともいう（図１３）。
また、同様に、外装フレーム５０は、前後方向に２つに分離しているので、前側及び後側の外装フレーム５０を並列回路とみなしている。また、以下の説明では、Ｓ２ａとＳ２ｂを合わせてＳ２ともいう（図１３）。

また、インクジェットヘッド１０の左端部に設けられた放熱部５１の重心位置をＥ１と表している。
また、Ｓ１、Ｓ２及びＳ３のそれぞれからＥ１までの間において、途中で同一の領域に熱が伝わって、最終的にＥ１（放熱部）まで到達しているため、その途中の同一領域の位置をＭ３と表している。

図１３に示すように、ヘッドチップ２０から放熱部５１までの熱抵抗Ｒａ（℃／Ｗ）は、Ｓ３〜Ｅ１間の熱抵抗として算出している。また、駆動部６１から放熱部５１までの熱抵抗Ｒｂ（℃／Ｗ）は、Ｓ１〜Ｅ１間の熱抵抗として算出している。また、第１ヒーター５２から放熱部５１までの熱抵抗Ｒｃ（℃／Ｗ）は、Ｓ２〜Ｅ１間の熱抵抗として算出している。

ここで、これらのＳ１〜Ｅ１間、Ｓ２〜Ｅ１間及びＳ３〜Ｅ１間は、それぞれ直列回路と並列回路を組み合わせた回路モデルとして表すことができる。また、同一部材であっても断面積が異なると熱抵抗値が変化するため、断面積の変化点で熱抵抗計算を区切り、直列回路とみなして、それぞれを別々に計算してから足し合わせて算出している。

具体的には、Ｓ１〜Ｍ３間の熱抵抗は、同一部材であるが途中で断面積の変化点Ｍ１がある。Ｓ１〜Ｍ１間の熱抵抗Ｒ１は、前側と後側の筐体６０部分の熱抵抗であり、それぞれの熱抵抗を並列に並ぶ並列回路とみなして、それぞれの逆数の和（１／（Ｒ１ａ）＋１／（Ｒ１ｂ））によって算出している。そして、Ｓ１〜Ｍ３間の熱抵抗は、Ｓ１〜Ｍ１間の熱抵抗Ｒ１と、Ｍ１〜Ｍ３間の熱抵抗Ｒ２の和（Ｒ１＋Ｒ２）によって算出している。

Ｓ２〜Ｍ３間の熱抵抗は、変化点がないため、Ｒ３によって求められる。Ｒ３は、前側と後側の外装フレーム５０部分の熱抵抗であり、それぞれの熱抵抗を並列に並ぶ並列回路とみなして、それぞれの逆数の和（１／（Ｒ３ａ）＋１／（Ｒ３ｂ））によって算出している。

Ｓ３〜Ｍ３間の熱抵抗は、Ｓ３〜Ｍ２に対応するヘッドチップ２０部分の熱抵抗Ｒ４と、ヘッドチップの端部からＭ３まで（Ｍ２〜Ｍ３間）の熱抵抗Ｒ５の和（Ｒ４＋Ｒ５）によって算出している。
ここで、Ｒ４の算出では、ヘッドチップ２０が複数個（例えば、ｎ個）の基板の積層体であることから、図１３に示すようにそれぞれの基板の熱抵抗を並列回路とみなして、下記式（２）により各基板の抵抗の逆数の和として算出している。なお、基板の熱抵抗は、上述したＲ＝Ｌ／λＡを用いて算出しており、カッコ内の数字は下から何層目の基板であるかを表している。
式（２）：Ｒ４＝（１／Ｒ４_（１））＋（１／Ｒ４_（２））＋・・・＋（１／Ｒ４_（ｎ））

また、Ｍ３〜Ｅ１間の熱抵抗は、Ｍ３〜Ｅ１間に断面積の異なる変化点があるため、その変化点の箇所をＭ４と表している。したがって、Ｍ３〜Ｅ１間の熱抵抗は、Ｍ３〜Ｍ４間の熱抵抗Ｒ４と、Ｍ４〜Ｅ１間の熱抵抗Ｒ５の和（Ｒ４＋Ｒ５）によって算出している。

以上のような計算方法によって、各間隔の熱抵抗を算出することができる。そして、ヘッドチップ２０から放熱部５１までの熱抵抗Ｒａ、駆動部６１から放熱部５１までの熱抵抗Ｒｂ、及び第１ヒーター５２から放熱部５１までの熱抵抗Ｒｃを、式（１）を満たすように、Ｒｃ，Ｒｂ，Ｒａの順で大きくなるように各構成部品を選択している。
なお、Ｒａ、Ｒｂ及びＲｃの熱抵抗値の比較は、Ｍ３〜Ｅ１間の経路が同じであるため、Ｓ３〜Ｍ３間の熱抵抗、Ｓ１〜Ｍ３間の熱抵抗及びＳ２〜Ｍ３間の熱抵抗値の比較によって求めればよい。

［変形例］
本実施形態のインクジェットヘッド１０には、インクジェットヘッド１０の熱を放熱可能な放熱部５１が設けられているが、さらに放熱効果を高めるために、インクジェットヘッド１０の側面部に、当該側面から突起する複数の凸部６３を有してもよい。また、表面積を増やして放熱効果を高める観点から、図１４に示すように、上下方向に沿った複数の凸部６３を前後方向に多数並べたヒートシンク形状とすることが好ましい。
このように、インクジェットヘッド１０の放熱性を向上させることで、ヘッドモジュール２００の取付部材２０１を、例えば金属よりも熱伝導性の劣る樹脂製の基板を用いることも可能となる。
なお、このような凸部６３を有するインクジェットヘッド１０する場合は、熱抵抗の計算において、凸部６３を設けた部分の対流による熱抵抗を含める必要がある。この場合、想定される使用環境の条件下での必要な熱抵抗を算出し、ヒートシンク形状の必要表面積を求めて、その表面積を有する形状となるように設計すればよい。

［本発明の技術的効果］
以上説明したように、本実施形態のインクジェットヘッド１０は、インクジェットヘッド１０の熱を放熱可能な放熱部５１を有する外装フレーム５０と、筐体６０に取り付けられた圧電素子５を駆動する駆動部６１と、外装フレーム５０を加熱する第１ヒーター５２と、ヘッドチップ２０の温度を検知する温度検知部８０と、検知された温度に基づいて、第１ヒーター５２の駆動を制御する制御部３００と、を備え、ヘッドチップ２０から放熱部５１までの熱抵抗をＲａ（℃／Ｗ）、駆動部６１から放熱部５１までの熱抵抗をＲｂ（℃／Ｗ）、及び第１ヒーター５２から放熱部５１までの熱抵抗をＲｃ（℃／Ｗ）としたとき、Ｒｃ＜Ｒｂ＜Ｒａの関係を満たしている。これにより、ヘッドチップ２０の温度を高精度に制御することができ、印刷時において、常に印字ムラが生じないインクの射出速度の範囲内とすることができる。

また、本実施形態のインクジェットヘッド１０は、共通インク室４０を加熱する第２ヒーター４１を備えることによって、インクの温度を上げたい場合に、より早く目的の温度まで上げることができ、かつヘッド内部に入るインクの温度を均一化できる。

また、本実施形態のインクジェットヘッド１０は、前記インクジェットヘッドの側面に、当該側面から突起する複数の凸部を有することによって、インクジェットヘッド１０の放熱効率を高めることができる。

また、本実施形態のインクジェットヘッド１０は、放熱部５１を、アルミニウム又はアルミニウム合金によって形成することによって、インクジェットヘッド１０の放熱効率を高めることができる。

また、本実施形態のインクジェットヘッド１０は、ヘッドチップ２０を、シリコン基板を有する構成とすることによって、ヘッドチップ２０全体の温度を均一化しやすくできる。

また、本実施形態の複数のインクジェットヘッド１０を搭載したヘッドモジュール２００は、取付部材２０１に、インクジェットヘッド１０の放熱部５１が接触するように取り付けられ、かつ取付部材２０１が、金属によって形成されている。これにより、取付部材２０１が高熱伝導率となるので、インクジェットヘッド１０の放熱部５１から取付部材２０１に放熱しやすくすることができる。そして、その熱によって取付部材２０１が温められ、他のインクジェットヘッド１０とも熱交換が行われることにより、取付部材２０１に取り付けられた複数のインクジェットヘッド１０の温度を均一化しやすくできる。

また、本実施形態のインクジェット記録装置１００は、ヘッドモジュール２００と、温度検知部８０によって検知された温度に基づいて、第１ヒーター５２の駆動を制御する制御部３００と、を備えることで、インクジェット記録装置に備えられたインクジェットヘッド１０のインク温度を高精度に制御することができる。

［その他］
以上で説明した本発明の実施形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。すなわち、本発明の範囲は、上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

例えば、インクジェット記録装置１００として、ラインヘッド１０３，１０４，１０５，１０６を用いた記録媒体の搬送のみで描画を行う１パス描画方式の例を説明したが、適宜の描画方式に適用可能であり、スキャン方式を用いた描画方式であってもよい。

また、温度検知部８０は、ヘッドチップ２０の温度を検知することができれば、適宜変更可能であり、検知する位置や数も適宜変更可能である。

また、放熱部５１は、外装フレーム５０の左端部と右端部にそれぞれ１つずつ設けることとしたが、放熱部５１の位置や数は適宜変更可能である。

本発明は、インクジェットヘッド、ヘッドモジュール及びインクジェット記録装置に利用することができる。

ｎ ノズル
５ 圧電素子（圧力発生手段）
３ｃ 圧力室
１０ インクジェットヘッド
２０ ヘッドチップ
４０ 共通インク室
４１ 第２ヒーター
４３ 伝熱板
５０ 外装フレーム
５１ 放熱部
５２ 第１ヒーター
６０ 筐体
６１ 駆動部
６３ 凸部
８０ 温度検知部（検知手段）
１００ インクジェット記録装置
２００ ヘッドモジュール
２０１ 取付部材
３００ 制御部（制御手段）

Claims (7)

1. インクジェット記録装置のヘッドモジュールに搭載されるインクジェットヘッドであって、
   複数のノズルにそれぞれ連通する複数の圧力室内部に圧力変化を生じさせることにより、前記複数のノズルからインクを射出させる複数の圧力発生手段を有するヘッドチップと、
   前記複数の圧力室に供給するインクを貯留する共通インク室と、
   前記共通インク室の外側に設けられ、前記インクジェットヘッドの熱を放熱可能な放熱部を有する外装フレームと、
   前記外装フレームの外側に設けられた筐体に取り付けられた、前記圧力発生手段を駆動する駆動部と、
   前記ヘッドチップの温度を検知する検知手段と、
   前記検知手段によって検知された温度に基づいて駆動し、前記外装フレームを加熱する第１ヒーターと、を備え、
   前記ヘッドチップから前記放熱部までの熱抵抗をＲａ（℃／Ｗ）、前記駆動部から前記放熱部までの熱抵抗をＲｂ（℃／Ｗ）、及び前記第１ヒーターから前記放熱部までの熱抵抗をＲｃ（℃／Ｗ）としたとき、下記式（１）の関係を満たすことを特徴とするインクジェットヘッド。
   式（１）：Ｒｃ＜Ｒｂ＜Ｒａ
2. 前記共通インク室を加熱する第２ヒーターを備えることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットヘッド。
3. 前記インクジェットヘッドの側面に、当該側面から突起する複数の凸部を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のインクジェットヘッド。
4. 前記放熱部は、アルミニウム又はアルミニウム合金によって形成されていることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載のインクジェットヘッド。
5. 前記ヘッドチップは、シリコン基板を有することを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載のインクジェットヘッド。
6. 請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載のインクジェットヘッドを取り付ける取付部材を有するヘッドモジュールであって、
   前記取付部材に、前記インクジェットヘッドの２つ以上が、前記インクジェットヘッドの前記放熱部が接触するように取り付けられており、
   前記取付部材が、金属によって形成されていることを特徴とするヘッドモジュール。
7. 請求項６に記載のヘッドモジュールと、
   前記検知手段によって検知された温度に基づいて、前記第１ヒーターの駆動を制御する制御部と、
   を備えることを特徴とするインクジェット記録装置。

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