JP2009149055A

JP2009149055A - インクジェット記録ヘッド及びインクジェット記録装置

Info

Publication number: JP2009149055A
Application number: JP2008281870A
Authority: JP
Inventors: Makoto Yomo; 誠四方; Masaji Kanemura; 正司兼村; Noriyuki Kayano; 紀幸茅野; Hiroyasu Nomura; 宏康野村
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2007-11-30
Filing date: 2008-10-31
Publication date: 2009-07-09

Abstract

【課題】インクジェット記録ヘッドの長手方向（電気熱変換素子の配列方向）における端部と中央部との温度差を低減する。
【解決手段】本発明のインクジェット記録へッドは、記録素子基板Ｈ１１００を冷却するための液体の流路Ｈ１２１３が記録素子基板を支持する支持板Ｈ１２００の内部に記録素子基板の記録素子列に沿って設けられ、支持板の端部側の流路と記録素子との最短距離が、支持板の中央部における流路と記録素子との最短距離より大きい。
【選択図】図７

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、及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。

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。

近年では、より高速に高詳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きている。

このように記録ヘッドが長尺化・高速化していくとインクジェット記録ヘッドへの投入エネルギーが増大し、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。

従来のインクジェット記録ヘッドの冷却は、記録ヘッド外部からの空冷や記録ヘッドに冷却管を装着する等の方法が取られている（特許文献１、２）。
特開平０８−１５０７１１号公報特開平０８−２７６５７４号公報

しかしながら、従来のインクジェット記録へッドは、図１８に示すような課題を有していた。図１８は、記録ヘッドの吐出口列に沿って冷却液を流通させる冷却液流路を設けた場合の記録実行直後の温度分布を示し、横軸は記録ヘッドの記録素子（電気熱変換体としてのヒータ等）列方向の位置を表し、縦軸は記録素子近傍の温度を表す。このように、インクジェット記録ヘッドの端部近辺では、端部に近づけば近づくほど中央部に比べて温度が低くなることが実験によって判明している。

一方、インクジェット記録ヘッドの記録素子近傍の温度が上がると、吐出されるインク滴の量が多くなることも分かっている。例えば、１℃温度が上昇すると、インク滴の量が０．５〜１．０％増加する。

したがって、記録ヘッド端部の温度が中央部に比べて低くなると、記録ヘッド端部の吐出口から吐出されたインク滴の量が記録ヘッド中央部の吐出口から吐出されたインク滴の量より少なくなる。その結果、記録媒体上に同じ濃度の画像を形成しようとした場合に、端部画像の濃度が中央部画像の濃度よりも薄くなってしまう。

特許文献２には「プリントヘッドの温度に分布を生じ得る方向に液体が流れるように流路部を設け、該流路部を流れる液体に生じ得る前記温度分布に応じて、前記流路部の当該流れの方向に対する断面積を異ならせて流速の分布を生じさせる」ことが記載されている。特許文献２に記載の記録ヘッドでは、このような構成とすることにより上記の温度分布を解消するものである。例えば、流路部の最上流側の断面積は大きく、下流側にいくにしたがって断面積が小さくなり、中央部以降は最小でかつ一定の断面積とする。このような構成により上記温度分布を解消できるとしている。

しかしながら、この方法で実際に温度分布を解消するためには最上流部の断面積はかなり大きくする必要があり、記録ヘッドの大型化を招くものであった。

そこで、本発明は、上述のような従来技術の有する問題点に鑑み、長手方向における記録ヘッドの端部の記録素子近傍温度と記録ヘッドの中央部の記録素子近傍温度との差を小さくすることができ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。

上記目的を達成するための本発明は、インクを吐出するための熱エネルギーを発生する複数記録素子で構成される記録素子列を備える記録素子基板と、該記録素子基板を支持する支持板と、を備えるインクジェット記録ヘッドであって、前記支持板は、前記記録素子の配列方向に沿って、前記記録素子基板を冷却するための液体の流路を備えており、前記配列方向における前記支持板の端部側に配される前記記録素子と前記流路との最短距離の方が、前記配列方向における前記支持板の中央部に配される前記記録素子と前記流路との最短距離よりも大きいことを特徴とする。

本発明によれば、長手方向における記録ヘッド端部の記録素子近傍温度と記録ヘッド中央部の記録素子近傍温度の差が小さくなることにより、記録ヘッドの端部と中央部との温度差が吐出に与える影響を低減可能な記録ヘッドを提供することができる。

次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
図１から図９は、本発明が実施もしくは適用される好適なインクジェット記録ヘッド及びインクジェット記録装置を説明するための説明図である。以下、これらの図面を参照して各部構成の説明しながら、全体を説明する。

図１に示すインクジェット記録ヘッドＨ１０００は、記録素子として電気信号に応じて熱エネルギーを生成する電気熱変換体（電気熱変換素子Ｈ１１０２）を用いて記録を行う方式の記録ヘッドである。そして、インクジェット記録ヘッド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とから構成される。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、電気配線部材Ｈ１３００、プレートＨ１４００及びフィルター部材Ｈ１６００で構成されている。

図４（ａ）は、記録素子基板Ｈ１１００の構成を説明する図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）における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で形成されている。また、インク流路として矩形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の両側に記録素子としての電気熱変換素子Ｈ１１０２がそれぞれ１列ずつ千鳥状に配列されている。つまり、開口形状が矩形のインク供給口Ｈ１１０１の長手方向に沿って、両側に記録素子である電気熱変換素子Ｈ１１０２の列が形成されている。また、図３に示すように、記録ヘッドの長手方向に沿って、記録素子列としての電気熱変換素子の列が連続するように、複数の記録素子基板が支持板に配置されている。この電気熱変換素子Ｈ１１０２、及びＡｌ等の電気配線は、成膜技術により形成されている。また、その電気配線に電力を供給するための電極Ｈ１１０３が設けられている。

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ことで、約５４．７度の角度を有する開口が形成される。この方法を用いて、所望の深さにエッチングする。

また、Ｓｉ基板Ｈ１１０８上には、流路形成部材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及び発泡室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。

支持板Ｈ１２００は、例えば、厚さ０．５〜１０ｍｍのアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）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（Ｓｉ_３Ｎ_４）、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。

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Ｈ１１０１が形成されており、記録素子基板Ｈ１１００のインク供給口Ｈ１１０１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。

記録素子基板Ｈ１１００は、図１に示すように、支持板Ｈ１２００上に千鳥状に配置され、同色インクの吐出により、同一色による幅広の記録を可能としている。例えば、吐出口列の長さが少なくとも１インチ以上の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。

また、図１に示すように千鳥状に配置された各記録素子基板は、記録ヘッド全体として吐出口列が途切れないように、吐出口の配列方向に沿って吐出口列の端部の吐出口が重複している。例えば、吐出口列Ｈ１１０６ａと吐出口列Ｈ１１０６ｂは、重複領域Ｌ有する。

電気配線部材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おり、裏面にはプレートＨ１４００が接着固定される。また、電気配線部材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。電気配線部材Ｈ１３００と記録素子基板Ｈ１１００と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と電気配線部材Ｈ１３００の電極端子Ｈ１３０２を金ワイヤー（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。電気配線部材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。

プレートＨ１４００は、例えば、厚さ０．５〜１ｍｍのＳＵＳ板で形成されている。なお、プレートの素材は、ＳＵＳ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を取り込む開口部を有し、支持板Ｈ１２００に接着固定される。

プレートの開口部Ｈ１４０２と記録素子基板Ｈ１１００の側面と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、電気配線部材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でよって封止され、電気接続部分はインクによる腐食や外的衝撃から保護されている。

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ー部材Ｈ１６００が接着固定される。

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。

図２に示した通り、インクジェット記録ヘッド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。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。

本発明の各実施形態に係るインクジェット記録へッドを搭載す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。また、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。これらのインクジェット記録ヘッドＨ１０００を、記録装置本体Ｍ４０００に載置されているヘッド搭載部Ｍ４００１の位置決め手段及び電気的接点Ｍ４００２によって固定支持する。

そして、これらの記録ヘッドを、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の記録装置では、インクジェット記録ヘッドが記録媒体の幅分の吐出口列長を有するフルラインタイプであり、インクジェット記録ヘッドは固定で、記録媒体が矢印の方向に走査することで記録を行う方式である。

これに対して、図６の記録装置では、インクジェット記録ヘッドがヘッド搭載部Ｍ４００１であるキャリッジに搭載され、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。

図１７は、インクジェット記録装置のインクおよび冷却液の供給システムを示す摸式図である。

インクジェット記録装置の供給システムは、図１７に示すように、インク１５を収容したインクタンク８を備えており、インクタンク８内には、２本のチューブ２１６，２１７が配設されている。このうち一方のチューブ２１７は、記録ヘッド１４の一端部に接続されて、記録ヘッド１４の共通液室内に通じている。また、他方のチューブ２１６は、ポンプ９を介して記録ヘッド１４の他端部に接続されて記録ヘッド１４の共通液室へ通じている。

インクジェット記録ヘッド１４は複数個のインク吐出口列を有している。もし、インク流路内に気泡が存在しても、ポンプ１１を駆動させてインクを循環させることによって、気泡はインクタンク８から排出することができる。記録時などインクジェット記録ヘッド１４からのインク吐出時には、インクタンク８からチューブ２１７、あるいはチューブ２１６を介して記録ヘッド１４に毛管力によってインクが供給される。

１０は冷却液のタンクであり、冷却液タンク１０内には、２本のチューブ２１８、２１９が配設されている。このうち一方のチューブ２１８は、インクジェット記録ヘッド１４の一端部に接続されて、インクジェット記録ヘッド１４の支持板Ｈ１２００内の冷却液流路に通じている。また、他方のチューブ２１９は、ポンプ１１を介してインクジェット記録ヘッド１４の他端部に接続され、インクジェット記録ヘッド１４の支持板Ｈ１２００内冷却液流路へ通じている。インクジェット記録ヘッド１４が昇温したときは、ポンプ１１が駆動され、冷却液タンク１０内の冷却液がチューブ２１８、支持板Ｈ１２００内、チューブ２１９の順で循環し、インクジェット記録ヘッド１４は冷却される。

さらに、この冷却液供給システムは、不図示の制御装置を備えており、インクジェット記録ヘッドの冷却流路の内に冷却液体を流し、インクジェット記録ヘッドの昇温を抑える制御を行なう。この制御装置は、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ー等）・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。その他にも制御装置は、冷却液体の流れ方向・流体温度・流速の少なくとも一つを独立に制御することができ、複数の記録素子基板間の記録ｄｕｔｙの相違に応じた細かな制御を行うことが可能となる。

図７は、本発明の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの部分的断面を模式的に示した図である。図７（ｂ）は、図７（ａ）におけるVIIＢ−VIIＢ断面図である。支持板Ｈ１２００は、２部材Ｈ１２１１、Ｈ１２１２で構成されている。支持板Ｈ１２１２に冷却液が通る溝を設け、２枚を張り合わせることにより冷却用の流路（冷却液流路）Ｈ１２１３、Ｈ１２１４が形成される。つまり、記録素子基板Ｈ１１００を冷却するための液体の流路が支持板Ｈ１２００の内部に記録素子基板Ｈ１１００の記録素子Ｈ１１０２の列に沿って設けられている。冷却液の流入出口は、インク供給部材Ｈ１５００の記録素子基板Ｈ１１００と反対側に取り出されている（不図示）。流路Ｈ１２１３、Ｈ１２１４は、２本独立に冷却液を流せるように形成されている。冷却液流路Ｈ１２１３、Ｈ１２１４の断面は、本実施形態では幅２ｍｍ、深さ１．５ｍｍで一定とした。冷却液の流量は２０ｍｌ／ｍｉｎ〜３００ｍｌ／ｍｉｎ程度とした。記録条件、ヘッド仕様（電力、吐出量等）により条件にあった流量を設定する。支持板Ｈ１２００の記録素子基板Ｈ１１００と反対側には共通のインク液室Ｈ１５０１が設けられ、支持板Ｈ１２００に設けられた各インク供給口を通り、記録素子基板Ｈ１１００へインクが供給される。

このように冷却用流路を複数に分けた場合、冷却液の流れ方向や使用する本数などにより、インクジェット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。

図８は、インクジェット記録ヘッドの記録実行直後の温度分布を示す。横軸は記録ヘッドの記録素子（電気熱変換体としてのヒータ等）列方向の位置を表し、縦軸は吐出口近傍の温度を表す。グラフの中の実線部分は、図７（ｂ）の冷却液流路を斜線部に示すように短くした場合の温度分布である。また、図８の破線部分は、図７（ｂ）の記録ヘッドにおいて、冷却液流路を最大記録領域幅（すなわち記録素子列長若しくは吐出口列長）にほぼ等しい図中破線部分まで延ばした場合の温度分布を示す。ここで、両端部以外は実線に一致するので省略する。

本実施形態では、Ｙ方向に沿った支持板の端部側でのＸＹ平面における電気熱変換素子と冷却液流路との最短距離Ｌ１ＸＹが、Ｙ方向に沿った支持基板の中央部でのＸＹ平面における最短距離Ｌ２ＸＹよりも大きい構成としている。なお、本実施形態では支持板の主面に平行な面（ＸＹ平面）に沿って、電熱変換体と冷却液流路との距離を異ならせている。そして、Ｚ方向についての支持基板の端部側および中央部の電気熱変換素子と冷却液流路と最短距離（Ｌ１Ｚ、Ｌ２Ｚ、不図示）はほぼ同じ値で一定である。よって、Ｌ１ＸＹとＬ２ＸＹとの関係で、Ｌ１ＸＹ＞Ｌ２ＸＹならば、電気熱変換素子と冷却液流路とのＸＹＺ空間における支持板の端部側での最短距離Ｌ１と、支持基板の中央部での最短距離Ｌ２について、Ｌ１＞Ｌ２という関係を満たす。

上述のような構成とすることで記録ヘッドの両端部が過剰に冷却されることが低減され、記録ヘッドの両端部の温度と記録ヘッドの中央部の温度との差が小さくなり、記録ヘッドの全長に渡ってほぼ均等な温度にすることができる。

なお、記録素子基板における電気熱変換素子の位置は、図７（ｂ）のＸ方向について、記録素子基板の中央部とみなすものとする。これは、電気熱変換素子による発熱が、記録素子基板のＸ方向における中央部で発生するものとみなせるためである。したがって、Ｌ１ＸＹは、Ｙ方向における支持板の端部側に近い記録素子基板の端部のＸ方向における中央部と、支持板の端部側に近い冷却液流路との距離を示す。また、Ｌ２ＸＹは、Ｙ方向における支持板の中央部において、冷却液流路に近接している記録素子基板のＸ方向における中央部と、該冷却液流路との距離を示す。

支持板の端部側の電気熱変換素子と冷却液流路との最短距離Ｌ１ＸＹは、記録素子基板Ｈ１１００の最大発熱量、冷却液流路と電気熱変換素子列との距離、支持板Ｈ１２００の熱伝導率、冷却液流量などのパラメータを変えることによって異なった距離となる。ここまでは、複数の記録素子基板Ｈ１１００を千鳥状に並べたインクジェット記録ヘッドを例に説明したが、図９に示すように、長い一体の記録素子基板Ｈ１２１０を用いたインクジェット記録ヘッドにも適用できる。図９は、長い一体の記録素子基板Ｈ１２１０を用いたインクジェット記録ヘッドの、図７（ｂ）に対応する部分的断面を模式的に示した図である。

また、本実施形態では２本の冷却液流路Ｈ１２１３、Ｈ１２１４を例にとって説明したが、冷却液流路の本数はこれに限らない。また記録ヘッド全長に渡って連続する冷却液流路を例にとって説明したが、例えば長さ方向に複数に分割されていてもよい。

また、図７や図９に示すように、記録素子基板の配列方向に垂直な方向について、少なくとも２本の冷却液流路の間にインク供給口が配置されている構成では、冷却液流路Ｈ１２１３、Ｈ１２１４の冷却液を流す方向は、逆方向にすることが好ましい。冷却液流路内の冷却液の温度は上流側より下流側が高くなるため、Ｙ方向に沿って、冷却液流路内の冷却液に温度勾配が発生する。よって、上記のように流す方向を決めると、Ｙ方向について支持板の両側で、逆の温度勾配となることにより、全体として冷却効果を均一にすることができる点で望ましい。

（第２の実施形態）
図１０は、本発明の他の実施形態を説明するためにインクジェット記録ヘッドの部分的断面を模式的に示した図である。図１０（ｂ）は、図１０（ａ）におけるＸＢ−ＸＢ断面図である。図１０（ｃ）は、図１０（ｂ）におけるＸＣ−ＸＣ断面図（記録ヘッドを冷却液流路に沿って切った断面図）である。

支持板Ｈ２２００は２部材Ｈ２２１１、Ｈ２２１２で構成され、支持板Ｈ２２１２に冷却液が通る溝を設け、２枚を張り合わせることにより冷却液流路Ｈ２２１３、Ｈ２２１４が形成される。冷却液の流入出口はインク供給部材Ｈ２５００の記録素子基板Ｈ２１００と反対側に取り出されている（不図示）。冷却液流路は２本独立に冷却液を流せるように形成されている。流路の断面は本実施形態では幅２ｍｍ、深さ１．５ｍｍで一定とした。冷却液の流量は２０ｍｌ／ｍｉｎ〜３００ｍｌ／ｍｉｎ程度とした。記録条件、ヘッド仕様（電力、吐出量等）により条件にあった流量を設定することができる。支持板Ｈ２２００の記録素子基板Ｈ２１００と反対側には共通のインク液室Ｈ２５０１が設けられ、支持板Ｈ２２００に設けられた各インク供給口を通り記録素子基板Ｈ２１００へインクが供給される。

冷却液流路Ｈ２２１３、Ｈ２２１４と記録素子基板Ｈ２１００とのＺ方向の距離（冷却液流路と電位熱変換素子とのＺ方向の距離、Ｌ１Ｚ、Ｌ２Ｚ）は１ｍｍで一定とした。この距離は、小さいほど冷却効果は大きくなる。ここで、Ｚ方向とは、記録素子基板または支持板の厚さ方向を表している。

冷却液流路Ｈ２２１３、Ｈ２２１４のＹ方向の長さは第１の実施形態の記録へッドより長く、最大記録領域幅にほぼ等しい。冷却液流路Ｈ２２１３、Ｈ２２１４は、それぞれＹ軸に平行な平行部Ｈ２２１６、Ｈ２２１８と、Ｙ軸と一定角度で傾いた傾斜部Ｈ２２１５、Ｈ２２１７からなる。傾斜部Ｈ２２１５、Ｈ２２１７と支持板Ｈ２２００のインク供給口Ｈ２２０１とのＸ方向の距離は、端部において最も大きく中央部に向かって徐々に小さくなる。すなわち、図１０（ｂ）に示すように、Ｙ方向に沿った支持板の端部側での、ＸＹ平面における電気熱変換素子と冷却液流路との最短距離Ｌ１ＸＹが、支持基板の中央部での最短距離Ｌ２ＸＹよりも大きい構成としている。第１の実施形態と同様に、Ｌ１ＺおよびＬ２Ｚについては、ほぼ同じ値で一定である。よって、Ｌ１ＸＹとＬ２ＸＹとの関係で、Ｌ１ＸＹ＞Ｌ２ＸＹならば、電気熱変換素子と冷却液流路とのＸＹＺ空間における支持板の端部側での最短距離Ｌ１と、支持基板の中央部での最短距離Ｌ２について、Ｌ１＞Ｌ２という関係を満たす。

冷却液流路Ｈ２２１３内の冷却液は、主に記録素子基板Ｈ２１００ａ、Ｈ２１００ｃを冷却するのに効果を発揮する。一方、冷却液流路Ｈ２２１４内の冷却液は、主に記録素子基板Ｈ２１００ｂ、Ｈ２１００ｄを冷却するのに効果的である。

このような構成にしたことで、記録素子基板Ｈ２１００の電気熱変換素子と冷却液流路Ｈ２２１３、Ｈ２２１４の距離は、支持板のＹ方向に沿った端部側において最も大きく中央部に向かって徐々に小さくなり、中央部では一定に保たれる。

冷却液流路Ｈ２２１３、Ｈ２２１４の傾斜部Ｈ２２１５、Ｈ２２１７と反対側の端部は、記録素子基板Ｈ２１００との距離が大きいので、あまり記録素子基板Ｈ２１００への冷却には寄与しないため、本実施形態ではＹ軸に平行とした。

図１１は、本実施形態におけるインクジェット記録ヘッドの記録実行直後の温度分布を示す。横軸はヘッド記録素子列（電気熱変換素子列）方向の位置を表し、縦軸は吐出口近傍の温度を表す。冷却液流路の端部を記録素子基板の電気熱変換素子列と離すことで記録ヘッドの両端部の冷却効果が低下し温度が、記録ヘッドの中央部に比べて高くなるため、記録ヘッドの全長に渡ってほぼ均等な温度にすることができる。第１の実施形態に比べ、端部での冷却効果を徐々に低下させることができるので、より細かい温度分布のコントロールが可能である。

傾斜部の角度、長さは、記録素子基板の最大発熱量、冷却液流路と電気熱変換素子列との距離、支持板の熱伝導率、冷却液流量などのパラメータを変えることによって異なった角度及び長さとなる。

ここまでは、複数の記録素子基板Ｈ２１００を千鳥状に並べたインクジェット記録ヘッドを例に説明したが、図１２に示すように、長い一体の記録素子基板Ｈ２１１０を用いたインクジェット記録ヘッドにも適用できる。この場合は、Ｙ方向について２本の冷却液流路Ｈ３２１３、Ｈ３２１４を電気熱変換素子列に沿って、配置している。よって、記録素子基板の両側から冷却液流路により冷却することができ、記録素子基板の片側から冷却する構成に比べて、冷却効果を高めることができる。また、２本の冷却液流路ともＹ方向における両端に、図１２に示すように傾斜部を設けることで、ほぼ均等な温度分布を得ることができる。

また、本実施形態では２本の冷却液流路Ｈ３２１３、Ｈ３２１４を例にとって説明したが、冷却液流路の本数はこれに限らない。また記録ヘッド全長に渡って連続する冷却液流路を例にとって説明したが、例えば長さ方向に複数に分割されていてもよい。

（第３の実施形態）
第２の実施形態では、冷却液流路の端部が記録素子基板の電気熱変換素子列からＸ方向へ離れるように配置した。

本実施形態では、図１３に示すように、２本の冷却液流路Ｈ４２１３、Ｈ４２１４の端部をＺ方向へ離れる（記録素子基板から離れる方向）ように配置した以外は、第２の実施形態と同様である。図１３（ｂ）は、図１３（ａ）におけるＸIIIＢ−ＸIIIＢ断面図である。

図１３（ｂ）に示すように、本実施形態においては、Ｙ方向に沿った支持板の端部側での、Ｚ方向における電気熱変換素子と冷却液流路との最短距離Ｌ１Ｚが、Ｙ方向に沿った支持基板の中央部での、Ｚ方向における最短距離Ｌ２Ｚよりも大きい構成としている。

本実施形態の構成のように、Ｚ方向へ離れるように冷却液流路を配置した場合であっても、第２の実施形態と同様の効果が得られる。もちろん、Ｘ方向成分、Ｚ方向成分の両方とも増加する方向に離してもよいのはいうまでもない。

（第４の実施形態）
第２、第３の実施形態では、冷却液流路の断面積を一定に保ちながら冷却液流路の端部を記録素子基板の電気熱変換素子列と離す構成とした。

本実施形態では、図１４に示すように、２本の冷却液流路Ｈ５２１３、Ｈ５２１４を直線状に配置しながら端部では徐々に断面積を小さくする構成としている。このような構成とすることで冷却液流路と記録素子基板の電気熱変換素子列との距離について、Ｌ２ＸＹよりもＬ１ＸＹの方が大きい構成とすることができる。この場合は、冷却液流路と電気熱変換素子列との距離が離れることによる冷却効果の低下に、冷却液流路の単位長さあたりの表面積が小さくなることによる冷却効果の低下が加わる。そのため、電気熱変換素子の配列方向全般に渡って、記録ヘッドはほぼ均等な温度分布を得ることができる。

（第５の実施形態）
図１５（ａ）、（ｂ）は、本発明の第５の実施形態を説明するために記録ヘッドの部分的断面を模式的に示した図である。図１５（ｂ）は、図１５（ａ）におけるＸＶＢ−ＸＶＢ断面図である。

この実施形態では、第２の実施形態に対してＸ方向について支持板の中央部にも冷却用の流路Ｈ５２３０を付加し、より冷却能力を高めている。冷却液流路Ｈ５２３０は、Ｙ軸に平行な平行部Ｈ５２３１と、Ｙ軸と一定角度で傾いた傾斜部Ｈ５２３２、Ｈ５２３３とからなり、４つの記録素子基板Ｈ５１００ａ〜Ｈ５１００ｄの中央側を冷却する。

支持板Ｈ５２００のうち、冷却対象である記録素子基板が配置されていない領域については、冷却液路を設けなくても良い。すなわち、４つの記録素子基板Ｈ５１００ａ〜Ｈ５１００ｄが設けられている部分のみに対応して、冷却液路を設けても良い。そのため、冷却液流路Ｈ５２１３、Ｈ５２１４のＹ軸に平行な平行部Ｈ５２１６、Ｈ５２１８は、図１５（ｂ）に示すように記録素子基板Ｈ５１００ｂ、Ｈ５１００ｃの端部まで短縮されていてもよい。また、平行部Ｈ５２１６、Ｈ５２１８の短縮した側の端部は、図１５（ｂ）の破線で示すように傾斜を持たせてもよい。

このような構成では、中央の冷却液流路Ｈ５２３０の冷却液を流す方向と、外側の冷却液流路Ｈ５２１３、Ｈ５２１４の冷却液を流す方向は、逆方向にすることが好ましい。すなわち、Ｘ方向について隣接して配置される冷却液流路において冷却液を流す方向を逆方向にすることが好ましい。第１の実施形態で説明した場合と同様に、冷却液流路内の冷却液の温度は上流側より下流側が高くなるため、Ｙ方向に沿って、冷却液流路内の冷却液に温度勾配が発生する。よって、上記のように流す方向を決めると、Ｙ方向について逆の温度勾配となることにより、記録ヘッド全体として温度勾配が発生しにくくなるという効果を奏する。

（第６の実施形態）
図１６（ａ）、（ｂ）は、本発明の第６の実施形態を説明するために記録ヘッドの部分的断面を模式的に示した図である。図１６（ｂ）は、図１６（ａ）みおけるＸＶＩＢ−ＸＶＩＢ断面図である。本実施形態では、支持板のＸ方向についての中央部に冷却液流路Ｈ６２３０を配置している。冷却液流路Ｈ６２３０は、Ｙ軸に平行な平行部Ｈ６２３１と、Ｙ軸と一定角度で傾いた傾斜部Ｈ６２３２、Ｈ６２３３とからなる。

支持板の主面に平行なＸＹ平面における記録素子基板Ｈ６１００ａとＨ６１００ｄの電気熱変換素子列と冷却液流路Ｈ６２３２、Ｈ６２３３の、Ｙ方向に垂直なＸ方向における距離は、Ｙ方向における支持板の端部にいくほど、大きくなる。よって、Ｙ方向に沿った支持板の両端部での冷却効果が軽減され、記録ヘッドの全長に渡ってほぼ均等な温度にすることができる。

本実施形態においては、第１の実施形態から第５の実施形態で説明した構成例に比較し、記録ヘッド全体としての冷却効果はやや低下するが、Ｘ方向について、支持板の寸法を小さくすることができる。したがって、Ｘ方向について、記録ヘッドの幅を小さくすることができ、記録ヘッドの小型化が可能となる。

本発明の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの外観斜視図である。本発明の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの分解斜視図である。記録素子ユニットの分解斜視図である。第１の実施形態に係る記録素子基板を説明する図である。インクジェット記録装置（フルライン方式）を説明する図である。インクジェット記録装置（シリアル駆動方式）を説明する図である。第１の実施形態のインクジェット記録ヘッドの部分的断面を模式的に示した図である。インクジェット記録ヘッドの記録実行直後の温度分布を説明する図である。長い一体の記録素子基板を用いたインクジェット記録ヘッドの、図７（ｂ）に対応する部分的断面を模式的に示した図である。第２の実施形態のインクジェット記録ヘッドの部分的断面を模式的に示した図である。第２の実施形態のインクジェット記録ヘッドの記録実行直後の温度分布を説明する図である。長い一体の記録素子基板を用いたインクジェット記録ヘッドの、図１０（ｂ）に対応する部分的断面を模式的に示した図である。第３の実施形態のインクジェット記録ヘッドの部分的断面を模式的に示した図である。第４の実施形態のインクジェット記録ヘッドの部分的断面を模式的に示した図である。第５の実施形態のインクジェット記録ヘッドの部分的断面を模式的に示した図である。第６の実施形態のインクジェット記録ヘッドの部分的断面を模式的に示した図である。インクジェット記録装置のインクおよび冷却液の供給システムを示す摸式図である。従来のインクジェット記録ヘッドの記録実行直後の温度分布を説明する図である。

符号の説明

Ｈ１０００記録ヘッド
Ｈ１００１記録素子ユニット
Ｈ１００２インク供給ユニット
Ｈ１１００記録素子基板
Ｈ１１０２電気熱変換素子
Ｈ１２００支持板
Ｈ１２１３、Ｈ１２１４冷却流路
Ｈ２２１６、Ｈ２２１８冷却流路
Ｈ３２１３、Ｈ３２１４冷却流路
Ｈ４２１３、Ｈ４２１４冷却流路
Ｈ５２１３、Ｈ５２１４冷却流路

Claims

インクを吐出するための熱エネルギーを発生する複数の記録素子で構成される記録素子列を備える記録素子基板と、該記録素子基板を支持する支持板と、を備えるインクジェット記録ヘッドであって、
前記支持板は、前記記録素子の配列方向に沿って、前記記録素子基板を冷却するための液体の流路を備えており、
前記配列方向における前記支持板の端部側に配される前記記録素子と前記流路との最短距離の方が、前記配列方向における前記支持板の中央部に配される前記記録素子と前記流路との最短距離よりも大きいことを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
前記インクジェット記録ヘッドは、複数の前記記録素子基板を有しており、
前記記録素子列が前記配列方向に沿って連続するように、前記複数の記録素子基板が配列している請求項１に記載のインクジェット記録ヘッド。
前記複数の前記記録素子基板は、千鳥状に配列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。
前記配列方向における前記支持板の端部から中央部に向かって、前記記録素子と前記流路との最短距離が小さくなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッド。
前記流路は、前記支持板の主面に平行な面に沿って、前記記録素子との距離が異なるように配置されている請求項１乃至４のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッド。
前記流路は、前記支持板の厚さ方向に沿って、前記記録素子との距離が異なるように配置されている請求項１乃至４のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッド。
前記支持板は、前記記録素子基板にインクを供給するための供給口と、少なくとも２つの前記流路とを備え、
前記支持板の主面に平行で前記配列方向に垂直な方向について、前記少なくとも２つの流路の間に前記供給口が配置されている請求項１乃至６のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッド。
前記支持板は、前記記録素子基板にインクを供給するための少なくとも２つ供給口を備え、
前記支持板の主面に平行で前記配列方向に垂直な方向について、前記少なくとも２つの供給口の間に前記流路が配置されている請求項１乃至７のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッド。
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へッドと、前記流路に前記液体を流す手段を備えるインクジェット記録装置。