JP3649284B2 - プリンタヘッド - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発熱抵抗体を有するインク加圧室を基板上に複数並設し、前記発熱抵抗体を駆動することで、前記インク加圧室内のインクをノズルから吐出させるプリンタヘッドチップを複数並設したプリンタヘッドであって、放熱効果を高めたプリンタヘッドに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、インクジェット方式のラインプリンタに用いられるプリンタヘッドが知られている。
ラインプリンタにおいては、記録媒体に対して、１ラインを１回で印画するため、そのプリンタヘッドとしては、複数のプリンタヘッドチップを印画ライン方向に並設したものが知られている。
【０００３】
各プリンタヘッドチップは、例えば、半導体基板にインクを加熱するための発熱抵抗体が設けられ、この発熱抵抗体の周囲を囲むようにインク加圧室が形成され、さらに、発熱抵抗体の上部に、インク滴を吐出するためのノズルを形成したノズルシートが設けられたものである。そして、発熱抵抗体の急速な加熱によって、インク加圧室内のインクを加熱し、インク気泡（バブル）の力によってインクをノズルから吐出させるものである。
【０００４】
また、プリンタヘッドには、プリンタヘッドチップの並設方向に沿って、プリンタヘッドチップのインク加圧室にインクを供給するためのインク流路が設けられている。
さらに、プリンタヘッドチップ上には、インク流路部材が設けられ、インク流路部材には、その長手方向に沿ってインク流路と連通する流路溝が形成されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前述の従来の技術において、プリンタヘッドチップの駆動、すなわち発熱抵抗体の加熱によって、プリンタヘッドチップが発熱するが、プリンタヘッドチップで発生した熱を、どのように放熱させるべきかが問題となる。
発熱抵抗体で発生した熱の一部は、吐出するインクによって外部に放出されるが、残った熱は、プリンタヘッドチップに蓄積される。したがって、インクの吐出を連続して行った場合（連続して印画を行った場合）には、プリンタヘッドチップには、短時間で１００℃以上の温度上昇が生じる。
【０００６】
特に、ラインプリンタのプリンタヘッドでは、多数のプリンタヘッドチップを設けたものであるため、プリンタヘッドチップの数だけ発熱対象が存在するので、発熱を無視することはできない。
インクを正しく吐出しようとする場合には、プリンタヘッドチップの動作温度は、インクの沸点（約１００℃）以下に抑えなければならない。仮に、この温度を超えると、正しい量のインクが正しく吐出されなくなり、印画品位が低下してしまうという問題がある。
【０００７】
ここで、ある時間の印画を行った後は、ある時間の休みを入れ、温度を低下させてから再度印画を開始する方法が知られている。しかし、温度上昇を抑制するために休みを多くすると、全体の印画速度が低下してしまうという問題がある。
【０００８】
また、プリンタヘッドに放熱部材を設けることが考えられる。しかし、プリンタヘッド内に放熱部材を配置する場合において、その放熱部材の表面積を大きくしないと十分な自然放熱は行われない。しかし、大きな放熱部材を組み込むと、プリンタヘッドが大型化してしまうという問題がある。一方、放熱部材の表面積を小さくしてしまうと、十分な自然放熱を行うことが困難となる。
さらに、ラインプリンタのプリンタヘッドでは、プリンタヘッドチップがいわゆる千鳥状に配列されたものが知られているが、このようなプリンタヘッドにおいては、そのプリンタヘッドチップの配列に合わせて放熱部材を精度良く加工し、組み込むことは困難であるという問題がある。
【０００９】
したがって、本発明が解決しようとする課題は、プリンタヘッドチップを並設したラインプリンタのプリンタヘッドにおいて、構造を複雑にすることなく、かつ大型化することなく、プリンタヘッドチップで発生する熱を効率良く放熱できるようにすることである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、以下の解決手段によって、上述の課題を解決する。
本発明（請求項１に記載の発明）は、インク加圧室を有するとともに、前記インク加圧室内のインクをノズルから吐出させるプリンタヘッドチップを複数並設したプリンタヘッドであって、各前記プリンタヘッドチップの前記インク加圧室と連通し、前記インク加圧室にインクを供給するためのものであって、前記プリンタヘッドチップの並設方向に延在するインク流路を備え、ここで、前記インク流路は、前記プリンタヘッドチップと、前記プリンタヘッドチップと同一の厚みを有するように形成されるとともに前記プリンタヘッドチップ間の前記プリンタヘッドチップが配置されていない領域に配置されたインクの吐出を行わないダミーチップと、前記インク流路と連通する流路溝を有するインク流路部材とにより構成され、さらに、前記インク流路部材は、前記インク流路を覆うように複数の前記プリンタヘッドチップ及び前記ダミーチップ上に接着され、かつ前記プリンタヘッドチップとの接着部分を含む少なくとも一部が前記プリンタヘッドチップに発生した熱を放熱する放熱手段を兼ねていることを特徴とする。
【００１１】
（作用）
本発明においては、プリンタヘッドチップで発生した熱は、プリンタヘッドチップに接着されているインク流路部材に伝達される。したがって、プリンタヘッドチップで発生した熱は、速やかにプリンタヘッドチップ外に伝達される。
さらには、インク流路部材は、インクが流通することにより常時冷却されるので、自然放熱以上の冷却効果を有する。
また、プリンタヘッドチップ間のプリンタヘッドチップが配置されていない領域には、インクの吐出を行わないダミーチップが配置されることにより、インク流路は、プリンタヘッドチップとダミーチップとインク流路部材とにより構成される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面等を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明によるプリンタヘッドに用いられるプリンタヘッドチップ１１を示す外観斜視図であり、図２は、図１の外観斜視図において、ノズルシート１７を分解して示す斜視図である。
プリンタヘッドチップ１１において、基板部材１４は、シリコン等から成る半導体基板１５と、この半導体基板１５の一方の面に析出形成された発熱抵抗体１３とを備えるものである。発熱抵抗体１３は、半導体基板１５上に形成された導体部（図示せず）を介して外部回路と電気的に接続されている。
【００１３】
また、バリア層１６は、例えば、露光硬化型のドライフィルムレジストからなり、半導体基板１５の発熱抵抗体１３が形成された面の全体に積層された後、フォトリソプロセスによって不要な部分が除去されることにより形成されている。さらにまた、ノズルシート１７は、複数のノズル１８が形成されたものであり、例えば、ニッケルによる電鋳技術により形成され、ノズル１８の位置が発熱抵抗体１３の位置と合うように、すなわちノズル１８が発熱抵抗体１３に対向するようにバリア層１６の上に貼り合わされている。
【００１４】
インク加圧室１２は、発熱抵抗体１３を囲むように、基板部材１４とバリア層１６とノズルシート１７とから構成されたものである。すなわち、基板部材１４は、図中、インク加圧室１２の底壁を構成し、バリア層１６は、インク加圧室１２の側壁を構成し、ノズルシート１７は、インク加圧室１２の天壁を構成する。これにより、インク加圧室１２は、図１及び図２中、右側前方面に開口面を有し、この開口面と後述するインク流路とが連通される。
【００１５】
上記の１個のプリンタヘッドチップ１１には、通常、１００個単位の複数の発熱抵抗体１３、及びそれら発熱抵抗体１３を備えたインク加圧室１２を備え、プリンタの制御部からの指令によってこれら発熱抵抗体１３のそれぞれを一意に選択して発熱抵抗体１３に対応するインク加圧室１２内のインクを、インク加圧室１２に対向するノズル１８から吐出させることができる。
【００１６】
すなわち、プリンタヘッドチップ１１において、プリンタヘッドチップ１１と結合されたインクタンク（図示せず）から、後述するインク流路を通じてインク加圧室１２にインクが満たされる。そして、発熱抵抗体１３に短時間、例えば、１〜３マイクロ秒の間パルス電流を流すことにより、発熱抵抗体１３が急速に加熱され、その結果、発熱抵抗体１３と接する部分に気相のインク気泡が発生し、そのインク気泡の膨張によってある体積のインクが押しのけられ、それによって、ノズル１８に接する部分の上記押しのけられたインクと同等の体積のインクがインク滴としてノズル１８から吐出され、紙等の記録媒体上に着弾される。
【００１７】
次に、本実施形態におけるラインプリンタ用のプリンタヘッドについて説明する。ラインプリンタ用のプリンタヘッドでは、上述のプリンタヘッドチップ１１が多数設けられている。ラインプリンタにおいては、記録媒体に対して、１ラインを１回で印画するため、複数のプリンタヘッドチップ１１を印画ライン方向に並設している。
【００１８】
図３は、第１実施形態のプリンタヘッド１０を示す平面図である。プリンタヘッド１０には、その長手方向に、上述のプリンタヘッドチップ１１が並設されている。図３では、５個のプリンタヘッドチップ１１（１１Ａ〜１１Ｅ）のみを図示しているが、実際には、多数のプリンタヘッドチップ１１が並設されている。
【００１９】
各プリンタヘッドチップ１１は、プリンタヘッド１０の長手方向（印画ライン方向）において千鳥状に配置されている。例えば、図３中、隣接するプリンタヘッドチップ１１Ａと１１Ｂとは、上下に所定量だけずれて配置されている。さらにプリンタヘッドチップ１１Ｂと隣接するプリンタヘッドチップ１１Ｃは、印画ライン方向においてプリンタヘッドチップ１１Ａと同一ライン上に位置するように配置されている。
【００２０】
さらにまた、隣接するプリンタヘッドチップ１１、例えばプリンタヘッドチップ１１Ａと１１Ｂとは、その隣接部分に位置する双方の複数のノズル１８がプリンタヘッドチップ１０の並設方向においてオーバーラップするように配置されている。図４は、隣接するプリンタヘッドチップ１１間のノズル１８がオーバーラップした状態を示す平面図である。
【００２１】
図４の例では、隣接するプリンタヘッドチップ１１のうち、図４中、左側のプリンタヘッドチップ１１の右端側の４個のノズル１８と、右側のプリンタヘッドチップ１１の左端側の４個のノズル１８とが、プリンタヘッド１０の長手方向においてオーバーラップしている。このように配置することにより、隣接するプリンタヘッドチップ１１間における特性の相違、例えばインクの吐出角度の相違があっても、オーバーラップ部においては、印画時に、隣接する２つのプリンタヘッドチップ１１によるインク滴を混在させることができる。よって、隣接するプリンタヘッドチップ１１間の特性の相違を目立たなくして、印画品位の低下を防止することができる。
【００２２】
説明を図３に戻す。
インク流路２０は、各プリンタヘッドチップ１１のインク加圧室１２と連通し、インク加圧室１２にインクを供給するためのものである。
複数のプリンタヘッドチップ１１は、インク流路２０に沿って配置されるとともに、インク流路２０を隔てて千鳥状に配置されている。
さらに、インク流路２０を隔てた両側のプリンタヘッドチップ１１は、インク流路２０を介して対向配置されている。すなわち、各プリンタヘッドチップ１１のインク加圧室１２の開口された側（図１及び図２中、右前方側）がインク流路２０側を向くように配置されている。このため、隣接するプリンタヘッドチップ１１は、その向きが１８０度回転した関係となるように配置されている。これにより、全てのプリンタヘッドチップ１１のインク加圧室１２とインク流路２０とが連通している。
【００２３】
さらにまた、インク流路２０に沿って配置されたプリンタヘッドチップ１１間のプリンタヘッドチップ１１が配置されていない領域、例えば図３において、プリンタヘッドチップ１１Ａと１１Ｃとの間には、ダミーチップ２１が配置されている。
【００２４】
ダミーチップ２１は、プリンタヘッドチップ１１と同様に、半導体基板１５、バリア層１６及びノズルシート１７が積層されたものである。ダミーチップ２１の半導体基板１５、バリア層１６及びノズルシート１７は、プリンタヘッドチップ１１の半導体基板１５、バリア層１６及びノズルシート１７とそれぞれ同一の材料から形成され、同一の厚みを有するものである。よって、ダミーチップ２１は、プリンタヘッドチップ１１と同一の厚みを有する。しかし、ダミーチップ２１には、発熱抵抗体１３は形成されていない。さらに、バリア層１６は設けられているものの、フォトリソプロセス等の処理は行われていない。このため、インク加圧室１２は形成されていない。よって、ダミーチップ２１は、プリンタヘッドチップ１１と同様の構成からなる積層体であるが、インクの吐出を行わないものである。
なお、ダミーチップ２１をプリンタヘッドチップ１１と全く同一に、すなわち発熱抵抗体１３やインク加圧室１２を含めて形成し、単に、ダミーチップ２１には電子信号を入力しない（配線を施さない等、電気的接続を行わない）ようにしても良い。
さらに、ダミーチップ２１のノズルシート１７は、プリンタヘッドチップ１１のノズルシート１７と同様にノズル１８が形成されていても良いが、形成されていないものでも良い。
【００２５】
ダミーチップ２１の長手方向の長さは、本実施形態では、プリンタヘッドチップ１１より短く形成されている。これは、プリンタヘッドチップ１１が上記のようにオーバーラップして配置されているので、インク流路２０に対して同一側に配置されたプリンタヘッドチップ１１間の距離、例えばプリンタヘッドチップ１１Ａと１１Ｃとの間の距離は、１つのプリンタヘッドチップ１１の長さよりも狭いからである。
【００２６】
さらに、プリンタヘッド１０の両端部においても、ダミーチップ２１と同様のダミーチップ２２が配置されている。このダミーチップ２２は、長手方向における長さがダミーチップ２１より短く形成されたものであり、構造としてはダミーチップ２１と同一である。また、ダミーチップ２２の厚みもダミーチップ２１と同一である。
ダミーチップ２２は、プリンタヘッド１０のインク流路２０の両端部を閉塞するために設けられたものであり、その長手方向がプリンタヘッドチップ１１及びダミーチップ２１の長手方向と直交するように配置されている。
【００２７】
以上のようにして、プリンタヘッドチップ１１とダミーチップ２１及び２２が配置されると、インク流路２０は、プリンタヘッドチップ１１とダミーチップ２１及び２２とに囲まれるようになる。
【００２８】
ここで、プリンタヘッドチップ１１とダミーチップ２１との隙間の設計値を、例えば０．０５ｍｍとし、プリンタヘッドチップ１１及びダミーチップ２１の長手方向の寸法誤差が±０．０１ｍｍであり、組立誤差（プリンタヘッドチップ１１及びダミーチップ２１の取付位置誤差）が±０．０２ｍｍであるとする。この場合、プリンタヘッドチップ１１とダミーチップ２１との間の距離は、最短で０ｍｍ、最長で＋０．１ｍｍとなる。よって、＋０．１ｍｍの隙間を埋めることができるような接着剤を用いて両者間を封止すれば、製造誤差の範囲内では、常に隙間を埋めることができる。
【００２９】
また、プリンタヘッドチップ１１とダミーチップ２１及び２２の厚みはほぼ同一であるので、プリンタヘッドチップ１１とダミーチップ２１及び２２とでインク流路２０を囲んでいる部分の上面は、ほぼ平坦面となる。
【００３０】
以上のように、プリンタヘッドチップ１１とダミーチップ２１及び２２とが配列された上部には、インク流路部材２３が設けられる。
図５は、図３のＡ−Ａ断面に相当する断面図であって、プリンタヘッドチップ１１並びにダミーチップ２１及び２２上に設けられたインク流路部材２３を併せて示すものである。また、図６は、図３のＢ−Ｂ断面に相当する断面図であって、上記インク流路部材２３を併せて示すものである。さらにまた、図７は、図３のＣ−Ｃ断面に相当する断面図であって、上記インク流路部材２３を併せて示すものである。
【００３１】
インク流路部材２３は、プリンタヘッドチップ１１並びにダミーチップ２１及び２２が配置された領域を覆うように配置される。インク流路部材２３のプリンタヘッドチップ１１等側には、断面がほぼ逆凹状の流路溝２３ａが形成されており、この流路溝２３ａとインク流路２０とが対応するように配置される。これにより、流路溝２３とインク流路２０とが連通する。
【００３２】
インク流路部材２３の図５〜図７中、下面と、プリンタヘッドチップ１１並びにダミーチップ２１及び２２の上面とが、接着剤（例えば、シリコーン樹脂系接着剤）により接着されている。これにより、両者の接着面には、接着剤層が介在し、両者の隙間を封止する。よって、インク流路部材２３の流路溝２３ａ及びインク流路２０を流れるインクは、外部に漏れ出すことはない。
【００３３】
ここで、プリンタヘッドチップ１１とダミーチップ２１及び２２とで形成される上面は平坦面であるので、これに対応して、この面に接着されるインク流路部材２３の下面もまた平坦面である。
これに対し、ダミーチップ２１及び２２が配置されていない場合には、プリンタヘッドチップ１１の有無に合わせて、インク流路部材２３のプリンタヘッドチップ１１との接着面を凹凸面に形成する必要がある。
【００３４】
しかし、本実施形態では、プリンタヘッドチップ１１が配置されていない領域にダミーチップ２１及び２２が配置されているので、インク流路部材２３の接着面側は平坦面となり、断面がほぼ逆凹状の流路溝２３ａを形成すれば足り、プリンタヘッドチップ１１の有無に合わせて凹凸に加工する必要がない。よって、この接着面は、複雑な形状をしていないので、その加工を簡略化することができるとともに、その分だけ、寸法精度を高めることができる。
【００３５】
また、インク流路部材２３は、アルミニウム又はアルミニウムを含む材料（例えばアルミニウム合金）から形成されている。これは、アルミニウムの熱伝導率が高いからである。すなわち、本発明では、インク流路部材２３を熱伝導率の高い材料から形成し、インク流路部材２３がプリンタヘッドチップ１１の発熱抵抗体１３で発生した熱を放熱する放熱手段を兼ねるようにするためである。
【００３６】
以上の構成からなるプリンタヘッド１０において、印画時には、発熱抵抗体１３の加熱によって各プリンタヘッドチップ１１が発熱する。しかし、プリンタヘッドチップ１１に接着されたインク流路部材２３の熱伝導率が高いことから、プリンタヘッドチップ１１で発生した熱は、速やかにインク流路部材２３に伝達され、インク流路部材２３の表面から放熱が行われる。
【００３７】
さらに、プリンタヘッドチップ１１のノズル１８からインク滴が吐出されると、インクタンク（図示せず）からインク加圧室１２にインクが補充されるが、これらのインクは、インク流路部材２３の流路溝２３ａを通る。よって、インク流路部材２３の流路溝２３ａ内には常にインクが満たされているとともに、流路溝２３ａ内をインクが流れるので、このインクによっても、インク流路部材２３が冷却される。よって、インク流路部材２３の放熱効率をさらに高めることができる。
【００３８】
次に、プリンタヘッドチップ１１の温度変化を計算により求めた例を示す。図８は、本発明を適用したプリンタヘッドチップ１１の具体的形状を示す断面図である。また、図９は、外形が図８のものと同一であるが、インク流路部材２３の材質が異なる断面図を示す。なお、図８及び図９中に示した寸法の単位は、μｍである。
【００３９】
図８及び図９において、エポキシからなるノズルシート５上に、プリンタヘッドチップ１１及びダミーチップ２１が接着されている。その上部には、インク流路部材２３が接着されている。さらに、インク流路部材２３の両側には、アルミナからなるヘッドフレーム６が設けられている。
図８及び図９において、インク流路部材２３のうち、斜線部で示す部分は、ガラスエポキシから形成されている。また、点の集合で示す部分（図８中、「Ａｌ」の部分）は、アルミニウムから形成されている。
【００４０】
すなわち、図８のインク流路部材２３は、プリンタヘッドチップ１１及びダミーチップ２１に接着された部分を含む、約半分がアルミニウムから形成されており、その他がガラスエポキシから形成されている。
これに対し、図９のインク流路部材２３は、全体がガラスエポキシから形成されている。
【００４１】
以上の構造において、以下の条件にて、温度変化を計算により求めた。
（１）プリンタヘッドチップ１１（全体）の発熱を、
１．２〔Ｗ〕×１．５〔μｓ〕×９．６〔ＫＨｚ〕と仮定。
（２）インクの吐出による放熱を、
３〔ｐｌ〕×４．２（インクの比熱）×ΔＴ（温度上昇分）×９．６〔ＫＨｚ〕と仮定。
（３）空気の自然対流による表面からの放熱を、熱伝導率１０〔Ｗ／ｍ２ Ｋ〕により算出。
（４）初期値における全体の温度を０℃（周囲空気は常に０℃）と仮定。
【００４２】
図１０は、上記条件における、経過時間と温度上昇との関係を示すグラフである。図１０中、「Ａ」は図８のものを示し、「Ｂ」は図９のものを示す。
図１０より、「Ｂ（図９）」のものは、５秒後に約１００℃に到達したが、「Ａ（図８）」のものは、５秒後の温度は、約７０℃程度であった。この結果より、上記のプリンタヘッドチップ１１の構造において、インク流路部材２３のプリンタヘッドチップ１１と接着された一部をアルミニウムから形成することによって、温度上昇を抑制できることがわかる。
【００４３】
（第２実施形態）
図１１は、本発明の第２実施形態であるプリンタヘッド１０Ａを示す平面図であり、第１実施形態の図３に対応する図である。
第２実施形態のプリンタヘッド１０Ａでは、第１実施形態と同様に、各プリンタヘッドチップ１１がインク流路２０を介して千鳥状に（交互に）配列されているものの、第１実施形態と異なり、オーバーラップ部を有さないものである。
【００４４】
また、上述のように配置されたプリンタヘッドチップ１１において、各プリンタヘッドチップ１１のノズル間の間隔をＬとすると、隣接するプリンタヘッドチップ１１の端部同士のノズル間の間隔もまたＬになるように配置される。具体的には、図１１中、プリンタヘッドチップ１１Ａの右端部のノズルと、プリンタヘッドチップ１１Ｂの左端部のノズルとの間隔（プリンタヘッドチップ１１の並設方向の間隔）がＬになるように配置される。
このようにすれば、複数のプリンタヘッドチップ１１を用いてインクを吐出するときに、全てのインク滴を間隔Ｌで記録媒体上に着弾させることができる。
【００４５】
以上のように各プリンタヘッドチップ１１を配列したときには、ダミーチップ２１’の長手方向における長さは、プリンタヘッドチップ１１の長さとほぼ同一にすることができる。よって、例えば発熱抵抗体１３が形成されていないプリンタヘッドチップ１１を、そのままダミーチップ２１’として用いることも可能となる。
その他の点については、第１実施形態と同様であるので、説明を省略する。
【００４６】
（第３実施形態）
図１２は、本発明の第３実施形態であるプリンタヘッド１０Ｂを示す平面図であり、第１実施形態の図３に対応する図である。また、図１３は、図１２のＤ−Ｄ断面を示す断面図であって、インク流路部材２３’を併せて示すものである。第３実施形態のプリンタヘッド１０Ｂでは、両端部にダミーチップ２２が設けられていない点が第１実施形態と異なる。
【００４７】
そして、第３実施形態では、インク流路２０の両側を、インク流路部材２３’が閉塞している。このため、インク流路部材２３’には、第１実施形態のインク流路部材２３と異なり、その両端部に凸部２３ｂが設けられている。凸部２３ｂは、ノズルシート５に直接接着される。このように形成すれば、インク流路部材２３’の両端部の凸部２３ｂがインク流路２０の両端部を閉塞するので、第１実施形態のようにダミーチップ２２を設ける必要はない。
なお、図１２において、Ｂ−Ｂ断面及びＣ−Ｃ断面は、第１実施形態で示した図６及び図７と同様であるので説明を省略する。
【００４８】
（第４実施形態）
図１４は、本発明の第４実施形態であるプリンタヘッド１０Ｃを示す平面図であり、第１実施形態の図３に対応する図である。また、図１５は、図１４のＥ−Ｅ断面を示す断面図であって、インク流路部材２３”を併せて示すものである。さらにまた、図１６は、図１４のＦ−Ｆ断面を示す断面図であって、インク流路部材２３”を併せて示すものである。さらに、図１７は、図１４のＧ−Ｇ断面を示す断面図であって、インク流路部材２３”を併せて示すものである。
【００４９】
第４実施形態では、第１実施形態と異なり、ダミーチップ２１及び２２は設けられていない。このため、インク流路部材２３”のプリンタヘッドチップ１１との接着面は、凹凸を有する。すなわち、図１５等に示すように、インク流路部材２３”のプリンタヘッドチップ１１が入り込む部分には、凹部２３ｃが形成されている。また、プリンタヘッドチップ１１が存在しない部分では、凹部２３ｃは形成されておらず、インク流路部材２３”が直接、ノズルシート５に接着される。さらに、インク流路２０の両端部を閉塞するため、インク流路部材２３”の両端部には、第３実施形態と同様に、凸部２３ｂが設けられている。
【００５０】
本実施形態では、インク流路部材２３”の形状は、プリンタヘッドチップ１１に対応する位置に凹部２３ｃを形成しなければならないので、第１実施形態のインク流路部材２３の形状より複雑となる。しかし、ダミーチップ２１及び２２を設ける必要がなくなる。
【００５１】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されることなく、例えば以下のような種々の変形が可能である。
（１）インク流路部材２３、２３’及び２３”は、全体を熱伝導率の高い材料から形成する必要はなく、図８で示したように、プリンタヘッドチップ１１に接着される部分を含む、少なくとも一部を熱伝導率の高い材料から形成すれば良い。なお、インク流路部材２３、２３’又は２３”の全体を熱伝導率の高い材料から形成しても良いのは勿論である。
【００５２】
（２）本実施形態では、インク流路部材２３、２３’又は２３”の少なくとも一部を構成する熱伝導率の高い材料として、アルミニウム又はアルミニウム合金を例に挙げたが、それ以外の材料を用いることも可能である。一般の金属材料においては、純粋な金属材料ほど熱伝導率が優れている。また、熱伝導率の優れる金属材料としては、Ａｇ、Ｃｕ、若しくはＡｕ、又はこれらの合金、又はこれらの金属と他の金属を含む合金が挙げられる。あるいは、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕ又はＡｌ粉末を分散させた樹脂材料であっても良い。
【００５３】
【発明の効果】
本発明によれば、プリンタヘッドチップで発生した熱が、プリンタヘッドチップ外に設けた放熱手段としてのインク流路部材に速やかに伝達されるようにした。さらに、放熱手段としてのインク流路部材は、インクの流通によって常時冷却される。
これにより、プリンタヘッドチップ又はプリンタヘッドの構造を複雑にすることなく、かつ大型化することなく、プリンタヘッドチップで発生する熱を効率良く放熱することができる。
また、インク流路を、プリンタヘッドチップとダミーチップとにより構成したことで、インクは、外部に漏れ出すことはない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるプリンタヘッドに用いられるプリンタヘッドチップを示す外観斜視図である。
【図２】図１の外観斜視図において、ノズルシートを分解して示す斜視図である。
【図３】第１実施形態のプリンタヘッドを示す平面図である。
【図４】隣接するプリンタヘッドチップ間のノズルがオーバーラップした状態を示す平面図である。
【図５】図３のＡ−Ａ断面に相当する断面図であって、プリンタヘッドチップ及びダミーチップ上に設けられたインク流路部材を併せて示すものである。
【図６】図３のＢ−Ｂ断面に相当する断面図であって、インク流路部材を併せて示すものである。
【図７】図３のＣ−Ｃ断面に相当する断面図であって、インク流路部材を併せて示すものである。
【図８】本発明を適用したプリンタヘッドの具体的形状を示す断面図である。
【図９】外形が図８のものと同一であって、インク流路部材の材質が異なる例を示す断面図である。
【図１０】図８及び図９のプリンタヘッドチップにおける経過時間と温度上昇との関係を示すグラフである。
【図１１】本発明の第２実施形態であるプリンタヘッドを示す平面図であり、第１実施形態の図３に対応する図である。
【図１２】本発明の第３実施形態であるプリンタヘッドを示す平面図であり、第１実施形態の図３に対応する図である。
【図１３】図１２のＤ−Ｄ断面を示す断面図であって、インク流路部材を併せて示すものである。
【図１４】本発明の第４実施形態であるプリンタヘッドを示す平面図であり、第１実施形態の図３に対応する図である。
【図１５】図１４のＥ−Ｅ断面に相当する断面図であって、インク流路部材を併せて示すものである。
【図１６】図１４のＦ−Ｆ断面に相当する断面図であって、インク流路部材を併せて示すものである。
【図１７】図１４のＧ−Ｇ断面に相当する断面図であって、インク流路部材を併せて示すものである。
【符号の説明】
１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ プリンタヘッド
１１（１１Ａ、１１Ｂ、・・） プリンタヘッドチップ
１２ インク加圧室
１３ 発熱抵抗体
１４ 基板部材
１８ ノズル
２０ インク流路
２１、２１’、２２ ダミーチップ
２３、２３’、２３” インク流路部材
２３ａ 流路溝
２３ｂ 凸部
２３ｃ 凹部
【発明の属する技術分野】
本発明は、発熱抵抗体を有するインク加圧室を基板上に複数並設し、前記発熱抵抗体を駆動することで、前記インク加圧室内のインクをノズルから吐出させるプリンタヘッドチップを複数並設したプリンタヘッドであって、放熱効果を高めたプリンタヘッドに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、インクジェット方式のラインプリンタに用いられるプリンタヘッドが知られている。
ラインプリンタにおいては、記録媒体に対して、１ラインを１回で印画するため、そのプリンタヘッドとしては、複数のプリンタヘッドチップを印画ライン方向に並設したものが知られている。
【０００３】
各プリンタヘッドチップは、例えば、半導体基板にインクを加熱するための発熱抵抗体が設けられ、この発熱抵抗体の周囲を囲むようにインク加圧室が形成され、さらに、発熱抵抗体の上部に、インク滴を吐出するためのノズルを形成したノズルシートが設けられたものである。そして、発熱抵抗体の急速な加熱によって、インク加圧室内のインクを加熱し、インク気泡（バブル）の力によってインクをノズルから吐出させるものである。
【０００４】
また、プリンタヘッドには、プリンタヘッドチップの並設方向に沿って、プリンタヘッドチップのインク加圧室にインクを供給するためのインク流路が設けられている。
さらに、プリンタヘッドチップ上には、インク流路部材が設けられ、インク流路部材には、その長手方向に沿ってインク流路と連通する流路溝が形成されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前述の従来の技術において、プリンタヘッドチップの駆動、すなわち発熱抵抗体の加熱によって、プリンタヘッドチップが発熱するが、プリンタヘッドチップで発生した熱を、どのように放熱させるべきかが問題となる。
発熱抵抗体で発生した熱の一部は、吐出するインクによって外部に放出されるが、残った熱は、プリンタヘッドチップに蓄積される。したがって、インクの吐出を連続して行った場合（連続して印画を行った場合）には、プリンタヘッドチップには、短時間で１００℃以上の温度上昇が生じる。
【０００６】
特に、ラインプリンタのプリンタヘッドでは、多数のプリンタヘッドチップを設けたものであるため、プリンタヘッドチップの数だけ発熱対象が存在するので、発熱を無視することはできない。
インクを正しく吐出しようとする場合には、プリンタヘッドチップの動作温度は、インクの沸点（約１００℃）以下に抑えなければならない。仮に、この温度を超えると、正しい量のインクが正しく吐出されなくなり、印画品位が低下してしまうという問題がある。
【０００７】
ここで、ある時間の印画を行った後は、ある時間の休みを入れ、温度を低下させてから再度印画を開始する方法が知られている。しかし、温度上昇を抑制するために休みを多くすると、全体の印画速度が低下してしまうという問題がある。
【０００８】
また、プリンタヘッドに放熱部材を設けることが考えられる。しかし、プリンタヘッド内に放熱部材を配置する場合において、その放熱部材の表面積を大きくしないと十分な自然放熱は行われない。しかし、大きな放熱部材を組み込むと、プリンタヘッドが大型化してしまうという問題がある。一方、放熱部材の表面積を小さくしてしまうと、十分な自然放熱を行うことが困難となる。
さらに、ラインプリンタのプリンタヘッドでは、プリンタヘッドチップがいわゆる千鳥状に配列されたものが知られているが、このようなプリンタヘッドにおいては、そのプリンタヘッドチップの配列に合わせて放熱部材を精度良く加工し、組み込むことは困難であるという問題がある。
【０００９】
したがって、本発明が解決しようとする課題は、プリンタヘッドチップを並設したラインプリンタのプリンタヘッドにおいて、構造を複雑にすることなく、かつ大型化することなく、プリンタヘッドチップで発生する熱を効率良く放熱できるようにすることである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、以下の解決手段によって、上述の課題を解決する。
本発明（請求項１に記載の発明）は、インク加圧室を有するとともに、前記インク加圧室内のインクをノズルから吐出させるプリンタヘッドチップを複数並設したプリンタヘッドであって、各前記プリンタヘッドチップの前記インク加圧室と連通し、前記インク加圧室にインクを供給するためのものであって、前記プリンタヘッドチップの並設方向に延在するインク流路を備え、ここで、前記インク流路は、前記プリンタヘッドチップと、前記プリンタヘッドチップと同一の厚みを有するように形成されるとともに前記プリンタヘッドチップ間の前記プリンタヘッドチップが配置されていない領域に配置されたインクの吐出を行わないダミーチップと、前記インク流路と連通する流路溝を有するインク流路部材とにより構成され、さらに、前記インク流路部材は、前記インク流路を覆うように複数の前記プリンタヘッドチップ及び前記ダミーチップ上に接着され、かつ前記プリンタヘッドチップとの接着部分を含む少なくとも一部が前記プリンタヘッドチップに発生した熱を放熱する放熱手段を兼ねていることを特徴とする。
【００１１】
（作用）
本発明においては、プリンタヘッドチップで発生した熱は、プリンタヘッドチップに接着されているインク流路部材に伝達される。したがって、プリンタヘッドチップで発生した熱は、速やかにプリンタヘッドチップ外に伝達される。
さらには、インク流路部材は、インクが流通することにより常時冷却されるので、自然放熱以上の冷却効果を有する。
また、プリンタヘッドチップ間のプリンタヘッドチップが配置されていない領域には、インクの吐出を行わないダミーチップが配置されることにより、インク流路は、プリンタヘッドチップとダミーチップとインク流路部材とにより構成される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面等を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明によるプリンタヘッドに用いられるプリンタヘッドチップ１１を示す外観斜視図であり、図２は、図１の外観斜視図において、ノズルシート１７を分解して示す斜視図である。
プリンタヘッドチップ１１において、基板部材１４は、シリコン等から成る半導体基板１５と、この半導体基板１５の一方の面に析出形成された発熱抵抗体１３とを備えるものである。発熱抵抗体１３は、半導体基板１５上に形成された導体部（図示せず）を介して外部回路と電気的に接続されている。
【００１３】
また、バリア層１６は、例えば、露光硬化型のドライフィルムレジストからなり、半導体基板１５の発熱抵抗体１３が形成された面の全体に積層された後、フォトリソプロセスによって不要な部分が除去されることにより形成されている。さらにまた、ノズルシート１７は、複数のノズル１８が形成されたものであり、例えば、ニッケルによる電鋳技術により形成され、ノズル１８の位置が発熱抵抗体１３の位置と合うように、すなわちノズル１８が発熱抵抗体１３に対向するようにバリア層１６の上に貼り合わされている。
【００１４】
インク加圧室１２は、発熱抵抗体１３を囲むように、基板部材１４とバリア層１６とノズルシート１７とから構成されたものである。すなわち、基板部材１４は、図中、インク加圧室１２の底壁を構成し、バリア層１６は、インク加圧室１２の側壁を構成し、ノズルシート１７は、インク加圧室１２の天壁を構成する。これにより、インク加圧室１２は、図１及び図２中、右側前方面に開口面を有し、この開口面と後述するインク流路とが連通される。
【００１５】
上記の１個のプリンタヘッドチップ１１には、通常、１００個単位の複数の発熱抵抗体１３、及びそれら発熱抵抗体１３を備えたインク加圧室１２を備え、プリンタの制御部からの指令によってこれら発熱抵抗体１３のそれぞれを一意に選択して発熱抵抗体１３に対応するインク加圧室１２内のインクを、インク加圧室１２に対向するノズル１８から吐出させることができる。
【００１６】
すなわち、プリンタヘッドチップ１１において、プリンタヘッドチップ１１と結合されたインクタンク（図示せず）から、後述するインク流路を通じてインク加圧室１２にインクが満たされる。そして、発熱抵抗体１３に短時間、例えば、１〜３マイクロ秒の間パルス電流を流すことにより、発熱抵抗体１３が急速に加熱され、その結果、発熱抵抗体１３と接する部分に気相のインク気泡が発生し、そのインク気泡の膨張によってある体積のインクが押しのけられ、それによって、ノズル１８に接する部分の上記押しのけられたインクと同等の体積のインクがインク滴としてノズル１８から吐出され、紙等の記録媒体上に着弾される。
【００１７】
次に、本実施形態におけるラインプリンタ用のプリンタヘッドについて説明する。ラインプリンタ用のプリンタヘッドでは、上述のプリンタヘッドチップ１１が多数設けられている。ラインプリンタにおいては、記録媒体に対して、１ラインを１回で印画するため、複数のプリンタヘッドチップ１１を印画ライン方向に並設している。
【００１８】
図３は、第１実施形態のプリンタヘッド１０を示す平面図である。プリンタヘッド１０には、その長手方向に、上述のプリンタヘッドチップ１１が並設されている。図３では、５個のプリンタヘッドチップ１１（１１Ａ〜１１Ｅ）のみを図示しているが、実際には、多数のプリンタヘッドチップ１１が並設されている。
【００１９】
各プリンタヘッドチップ１１は、プリンタヘッド１０の長手方向（印画ライン方向）において千鳥状に配置されている。例えば、図３中、隣接するプリンタヘッドチップ１１Ａと１１Ｂとは、上下に所定量だけずれて配置されている。さらにプリンタヘッドチップ１１Ｂと隣接するプリンタヘッドチップ１１Ｃは、印画ライン方向においてプリンタヘッドチップ１１Ａと同一ライン上に位置するように配置されている。
【００２０】
さらにまた、隣接するプリンタヘッドチップ１１、例えばプリンタヘッドチップ１１Ａと１１Ｂとは、その隣接部分に位置する双方の複数のノズル１８がプリンタヘッドチップ１０の並設方向においてオーバーラップするように配置されている。図４は、隣接するプリンタヘッドチップ１１間のノズル１８がオーバーラップした状態を示す平面図である。
【００２１】
図４の例では、隣接するプリンタヘッドチップ１１のうち、図４中、左側のプリンタヘッドチップ１１の右端側の４個のノズル１８と、右側のプリンタヘッドチップ１１の左端側の４個のノズル１８とが、プリンタヘッド１０の長手方向においてオーバーラップしている。このように配置することにより、隣接するプリンタヘッドチップ１１間における特性の相違、例えばインクの吐出角度の相違があっても、オーバーラップ部においては、印画時に、隣接する２つのプリンタヘッドチップ１１によるインク滴を混在させることができる。よって、隣接するプリンタヘッドチップ１１間の特性の相違を目立たなくして、印画品位の低下を防止することができる。
【００２２】
説明を図３に戻す。
インク流路２０は、各プリンタヘッドチップ１１のインク加圧室１２と連通し、インク加圧室１２にインクを供給するためのものである。
複数のプリンタヘッドチップ１１は、インク流路２０に沿って配置されるとともに、インク流路２０を隔てて千鳥状に配置されている。
さらに、インク流路２０を隔てた両側のプリンタヘッドチップ１１は、インク流路２０を介して対向配置されている。すなわち、各プリンタヘッドチップ１１のインク加圧室１２の開口された側（図１及び図２中、右前方側）がインク流路２０側を向くように配置されている。このため、隣接するプリンタヘッドチップ１１は、その向きが１８０度回転した関係となるように配置されている。これにより、全てのプリンタヘッドチップ１１のインク加圧室１２とインク流路２０とが連通している。
【００２３】
さらにまた、インク流路２０に沿って配置されたプリンタヘッドチップ１１間のプリンタヘッドチップ１１が配置されていない領域、例えば図３において、プリンタヘッドチップ１１Ａと１１Ｃとの間には、ダミーチップ２１が配置されている。
【００２４】
ダミーチップ２１は、プリンタヘッドチップ１１と同様に、半導体基板１５、バリア層１６及びノズルシート１７が積層されたものである。ダミーチップ２１の半導体基板１５、バリア層１６及びノズルシート１７は、プリンタヘッドチップ１１の半導体基板１５、バリア層１６及びノズルシート１７とそれぞれ同一の材料から形成され、同一の厚みを有するものである。よって、ダミーチップ２１は、プリンタヘッドチップ１１と同一の厚みを有する。しかし、ダミーチップ２１には、発熱抵抗体１３は形成されていない。さらに、バリア層１６は設けられているものの、フォトリソプロセス等の処理は行われていない。このため、インク加圧室１２は形成されていない。よって、ダミーチップ２１は、プリンタヘッドチップ１１と同様の構成からなる積層体であるが、インクの吐出を行わないものである。
なお、ダミーチップ２１をプリンタヘッドチップ１１と全く同一に、すなわち発熱抵抗体１３やインク加圧室１２を含めて形成し、単に、ダミーチップ２１には電子信号を入力しない（配線を施さない等、電気的接続を行わない）ようにしても良い。
さらに、ダミーチップ２１のノズルシート１７は、プリンタヘッドチップ１１のノズルシート１７と同様にノズル１８が形成されていても良いが、形成されていないものでも良い。
【００２５】
ダミーチップ２１の長手方向の長さは、本実施形態では、プリンタヘッドチップ１１より短く形成されている。これは、プリンタヘッドチップ１１が上記のようにオーバーラップして配置されているので、インク流路２０に対して同一側に配置されたプリンタヘッドチップ１１間の距離、例えばプリンタヘッドチップ１１Ａと１１Ｃとの間の距離は、１つのプリンタヘッドチップ１１の長さよりも狭いからである。
【００２６】
さらに、プリンタヘッド１０の両端部においても、ダミーチップ２１と同様のダミーチップ２２が配置されている。このダミーチップ２２は、長手方向における長さがダミーチップ２１より短く形成されたものであり、構造としてはダミーチップ２１と同一である。また、ダミーチップ２２の厚みもダミーチップ２１と同一である。
ダミーチップ２２は、プリンタヘッド１０のインク流路２０の両端部を閉塞するために設けられたものであり、その長手方向がプリンタヘッドチップ１１及びダミーチップ２１の長手方向と直交するように配置されている。
【００２７】
以上のようにして、プリンタヘッドチップ１１とダミーチップ２１及び２２が配置されると、インク流路２０は、プリンタヘッドチップ１１とダミーチップ２１及び２２とに囲まれるようになる。
【００２８】
ここで、プリンタヘッドチップ１１とダミーチップ２１との隙間の設計値を、例えば０．０５ｍｍとし、プリンタヘッドチップ１１及びダミーチップ２１の長手方向の寸法誤差が±０．０１ｍｍであり、組立誤差（プリンタヘッドチップ１１及びダミーチップ２１の取付位置誤差）が±０．０２ｍｍであるとする。この場合、プリンタヘッドチップ１１とダミーチップ２１との間の距離は、最短で０ｍｍ、最長で＋０．１ｍｍとなる。よって、＋０．１ｍｍの隙間を埋めることができるような接着剤を用いて両者間を封止すれば、製造誤差の範囲内では、常に隙間を埋めることができる。
【００２９】
また、プリンタヘッドチップ１１とダミーチップ２１及び２２の厚みはほぼ同一であるので、プリンタヘッドチップ１１とダミーチップ２１及び２２とでインク流路２０を囲んでいる部分の上面は、ほぼ平坦面となる。
【００３０】
以上のように、プリンタヘッドチップ１１とダミーチップ２１及び２２とが配列された上部には、インク流路部材２３が設けられる。
図５は、図３のＡ−Ａ断面に相当する断面図であって、プリンタヘッドチップ１１並びにダミーチップ２１及び２２上に設けられたインク流路部材２３を併せて示すものである。また、図６は、図３のＢ−Ｂ断面に相当する断面図であって、上記インク流路部材２３を併せて示すものである。さらにまた、図７は、図３のＣ−Ｃ断面に相当する断面図であって、上記インク流路部材２３を併せて示すものである。
【００３１】
インク流路部材２３は、プリンタヘッドチップ１１並びにダミーチップ２１及び２２が配置された領域を覆うように配置される。インク流路部材２３のプリンタヘッドチップ１１等側には、断面がほぼ逆凹状の流路溝２３ａが形成されており、この流路溝２３ａとインク流路２０とが対応するように配置される。これにより、流路溝２３とインク流路２０とが連通する。
【００３２】
インク流路部材２３の図５〜図７中、下面と、プリンタヘッドチップ１１並びにダミーチップ２１及び２２の上面とが、接着剤（例えば、シリコーン樹脂系接着剤）により接着されている。これにより、両者の接着面には、接着剤層が介在し、両者の隙間を封止する。よって、インク流路部材２３の流路溝２３ａ及びインク流路２０を流れるインクは、外部に漏れ出すことはない。
【００３３】
ここで、プリンタヘッドチップ１１とダミーチップ２１及び２２とで形成される上面は平坦面であるので、これに対応して、この面に接着されるインク流路部材２３の下面もまた平坦面である。
これに対し、ダミーチップ２１及び２２が配置されていない場合には、プリンタヘッドチップ１１の有無に合わせて、インク流路部材２３のプリンタヘッドチップ１１との接着面を凹凸面に形成する必要がある。
【００３４】
しかし、本実施形態では、プリンタヘッドチップ１１が配置されていない領域にダミーチップ２１及び２２が配置されているので、インク流路部材２３の接着面側は平坦面となり、断面がほぼ逆凹状の流路溝２３ａを形成すれば足り、プリンタヘッドチップ１１の有無に合わせて凹凸に加工する必要がない。よって、この接着面は、複雑な形状をしていないので、その加工を簡略化することができるとともに、その分だけ、寸法精度を高めることができる。
【００３５】
また、インク流路部材２３は、アルミニウム又はアルミニウムを含む材料（例えばアルミニウム合金）から形成されている。これは、アルミニウムの熱伝導率が高いからである。すなわち、本発明では、インク流路部材２３を熱伝導率の高い材料から形成し、インク流路部材２３がプリンタヘッドチップ１１の発熱抵抗体１３で発生した熱を放熱する放熱手段を兼ねるようにするためである。
【００３６】
以上の構成からなるプリンタヘッド１０において、印画時には、発熱抵抗体１３の加熱によって各プリンタヘッドチップ１１が発熱する。しかし、プリンタヘッドチップ１１に接着されたインク流路部材２３の熱伝導率が高いことから、プリンタヘッドチップ１１で発生した熱は、速やかにインク流路部材２３に伝達され、インク流路部材２３の表面から放熱が行われる。
【００３７】
さらに、プリンタヘッドチップ１１のノズル１８からインク滴が吐出されると、インクタンク（図示せず）からインク加圧室１２にインクが補充されるが、これらのインクは、インク流路部材２３の流路溝２３ａを通る。よって、インク流路部材２３の流路溝２３ａ内には常にインクが満たされているとともに、流路溝２３ａ内をインクが流れるので、このインクによっても、インク流路部材２３が冷却される。よって、インク流路部材２３の放熱効率をさらに高めることができる。
【００３８】
次に、プリンタヘッドチップ１１の温度変化を計算により求めた例を示す。図８は、本発明を適用したプリンタヘッドチップ１１の具体的形状を示す断面図である。また、図９は、外形が図８のものと同一であるが、インク流路部材２３の材質が異なる断面図を示す。なお、図８及び図９中に示した寸法の単位は、μｍである。
【００３９】
図８及び図９において、エポキシからなるノズルシート５上に、プリンタヘッドチップ１１及びダミーチップ２１が接着されている。その上部には、インク流路部材２３が接着されている。さらに、インク流路部材２３の両側には、アルミナからなるヘッドフレーム６が設けられている。
図８及び図９において、インク流路部材２３のうち、斜線部で示す部分は、ガラスエポキシから形成されている。また、点の集合で示す部分（図８中、「Ａｌ」の部分）は、アルミニウムから形成されている。
【００４０】
すなわち、図８のインク流路部材２３は、プリンタヘッドチップ１１及びダミーチップ２１に接着された部分を含む、約半分がアルミニウムから形成されており、その他がガラスエポキシから形成されている。
これに対し、図９のインク流路部材２３は、全体がガラスエポキシから形成されている。
【００４１】
以上の構造において、以下の条件にて、温度変化を計算により求めた。
（１）プリンタヘッドチップ１１（全体）の発熱を、
１．２〔Ｗ〕×１．５〔μｓ〕×９．６〔ＫＨｚ〕と仮定。
（２）インクの吐出による放熱を、
３〔ｐｌ〕×４．２（インクの比熱）×ΔＴ（温度上昇分）×９．６〔ＫＨｚ〕と仮定。
（３）空気の自然対流による表面からの放熱を、熱伝導率１０〔Ｗ／ｍ２ Ｋ〕により算出。
（４）初期値における全体の温度を０℃（周囲空気は常に０℃）と仮定。
【００４２】
図１０は、上記条件における、経過時間と温度上昇との関係を示すグラフである。図１０中、「Ａ」は図８のものを示し、「Ｂ」は図９のものを示す。
図１０より、「Ｂ（図９）」のものは、５秒後に約１００℃に到達したが、「Ａ（図８）」のものは、５秒後の温度は、約７０℃程度であった。この結果より、上記のプリンタヘッドチップ１１の構造において、インク流路部材２３のプリンタヘッドチップ１１と接着された一部をアルミニウムから形成することによって、温度上昇を抑制できることがわかる。
【００４３】
（第２実施形態）
図１１は、本発明の第２実施形態であるプリンタヘッド１０Ａを示す平面図であり、第１実施形態の図３に対応する図である。
第２実施形態のプリンタヘッド１０Ａでは、第１実施形態と同様に、各プリンタヘッドチップ１１がインク流路２０を介して千鳥状に（交互に）配列されているものの、第１実施形態と異なり、オーバーラップ部を有さないものである。
【００４４】
また、上述のように配置されたプリンタヘッドチップ１１において、各プリンタヘッドチップ１１のノズル間の間隔をＬとすると、隣接するプリンタヘッドチップ１１の端部同士のノズル間の間隔もまたＬになるように配置される。具体的には、図１１中、プリンタヘッドチップ１１Ａの右端部のノズルと、プリンタヘッドチップ１１Ｂの左端部のノズルとの間隔（プリンタヘッドチップ１１の並設方向の間隔）がＬになるように配置される。
このようにすれば、複数のプリンタヘッドチップ１１を用いてインクを吐出するときに、全てのインク滴を間隔Ｌで記録媒体上に着弾させることができる。
【００４５】
以上のように各プリンタヘッドチップ１１を配列したときには、ダミーチップ２１’の長手方向における長さは、プリンタヘッドチップ１１の長さとほぼ同一にすることができる。よって、例えば発熱抵抗体１３が形成されていないプリンタヘッドチップ１１を、そのままダミーチップ２１’として用いることも可能となる。
その他の点については、第１実施形態と同様であるので、説明を省略する。
【００４６】
（第３実施形態）
図１２は、本発明の第３実施形態であるプリンタヘッド１０Ｂを示す平面図であり、第１実施形態の図３に対応する図である。また、図１３は、図１２のＤ−Ｄ断面を示す断面図であって、インク流路部材２３’を併せて示すものである。第３実施形態のプリンタヘッド１０Ｂでは、両端部にダミーチップ２２が設けられていない点が第１実施形態と異なる。
【００４７】
そして、第３実施形態では、インク流路２０の両側を、インク流路部材２３’が閉塞している。このため、インク流路部材２３’には、第１実施形態のインク流路部材２３と異なり、その両端部に凸部２３ｂが設けられている。凸部２３ｂは、ノズルシート５に直接接着される。このように形成すれば、インク流路部材２３’の両端部の凸部２３ｂがインク流路２０の両端部を閉塞するので、第１実施形態のようにダミーチップ２２を設ける必要はない。
なお、図１２において、Ｂ−Ｂ断面及びＣ−Ｃ断面は、第１実施形態で示した図６及び図７と同様であるので説明を省略する。
【００４８】
（第４実施形態）
図１４は、本発明の第４実施形態であるプリンタヘッド１０Ｃを示す平面図であり、第１実施形態の図３に対応する図である。また、図１５は、図１４のＥ−Ｅ断面を示す断面図であって、インク流路部材２３”を併せて示すものである。さらにまた、図１６は、図１４のＦ−Ｆ断面を示す断面図であって、インク流路部材２３”を併せて示すものである。さらに、図１７は、図１４のＧ−Ｇ断面を示す断面図であって、インク流路部材２３”を併せて示すものである。
【００４９】
第４実施形態では、第１実施形態と異なり、ダミーチップ２１及び２２は設けられていない。このため、インク流路部材２３”のプリンタヘッドチップ１１との接着面は、凹凸を有する。すなわち、図１５等に示すように、インク流路部材２３”のプリンタヘッドチップ１１が入り込む部分には、凹部２３ｃが形成されている。また、プリンタヘッドチップ１１が存在しない部分では、凹部２３ｃは形成されておらず、インク流路部材２３”が直接、ノズルシート５に接着される。さらに、インク流路２０の両端部を閉塞するため、インク流路部材２３”の両端部には、第３実施形態と同様に、凸部２３ｂが設けられている。
【００５０】
本実施形態では、インク流路部材２３”の形状は、プリンタヘッドチップ１１に対応する位置に凹部２３ｃを形成しなければならないので、第１実施形態のインク流路部材２３の形状より複雑となる。しかし、ダミーチップ２１及び２２を設ける必要がなくなる。
【００５１】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されることなく、例えば以下のような種々の変形が可能である。
（１）インク流路部材２３、２３’及び２３”は、全体を熱伝導率の高い材料から形成する必要はなく、図８で示したように、プリンタヘッドチップ１１に接着される部分を含む、少なくとも一部を熱伝導率の高い材料から形成すれば良い。なお、インク流路部材２３、２３’又は２３”の全体を熱伝導率の高い材料から形成しても良いのは勿論である。
【００５２】
（２）本実施形態では、インク流路部材２３、２３’又は２３”の少なくとも一部を構成する熱伝導率の高い材料として、アルミニウム又はアルミニウム合金を例に挙げたが、それ以外の材料を用いることも可能である。一般の金属材料においては、純粋な金属材料ほど熱伝導率が優れている。また、熱伝導率の優れる金属材料としては、Ａｇ、Ｃｕ、若しくはＡｕ、又はこれらの合金、又はこれらの金属と他の金属を含む合金が挙げられる。あるいは、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕ又はＡｌ粉末を分散させた樹脂材料であっても良い。
【００５３】
【発明の効果】
本発明によれば、プリンタヘッドチップで発生した熱が、プリンタヘッドチップ外に設けた放熱手段としてのインク流路部材に速やかに伝達されるようにした。さらに、放熱手段としてのインク流路部材は、インクの流通によって常時冷却される。
これにより、プリンタヘッドチップ又はプリンタヘッドの構造を複雑にすることなく、かつ大型化することなく、プリンタヘッドチップで発生する熱を効率良く放熱することができる。
また、インク流路を、プリンタヘッドチップとダミーチップとにより構成したことで、インクは、外部に漏れ出すことはない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるプリンタヘッドに用いられるプリンタヘッドチップを示す外観斜視図である。
【図２】図１の外観斜視図において、ノズルシートを分解して示す斜視図である。
【図３】第１実施形態のプリンタヘッドを示す平面図である。
【図４】隣接するプリンタヘッドチップ間のノズルがオーバーラップした状態を示す平面図である。
【図５】図３のＡ−Ａ断面に相当する断面図であって、プリンタヘッドチップ及びダミーチップ上に設けられたインク流路部材を併せて示すものである。
【図６】図３のＢ−Ｂ断面に相当する断面図であって、インク流路部材を併せて示すものである。
【図７】図３のＣ−Ｃ断面に相当する断面図であって、インク流路部材を併せて示すものである。
【図８】本発明を適用したプリンタヘッドの具体的形状を示す断面図である。
【図９】外形が図８のものと同一であって、インク流路部材の材質が異なる例を示す断面図である。
【図１０】図８及び図９のプリンタヘッドチップにおける経過時間と温度上昇との関係を示すグラフである。
【図１１】本発明の第２実施形態であるプリンタヘッドを示す平面図であり、第１実施形態の図３に対応する図である。
【図１２】本発明の第３実施形態であるプリンタヘッドを示す平面図であり、第１実施形態の図３に対応する図である。
【図１３】図１２のＤ−Ｄ断面を示す断面図であって、インク流路部材を併せて示すものである。
【図１４】本発明の第４実施形態であるプリンタヘッドを示す平面図であり、第１実施形態の図３に対応する図である。
【図１５】図１４のＥ−Ｅ断面に相当する断面図であって、インク流路部材を併せて示すものである。
【図１６】図１４のＦ−Ｆ断面に相当する断面図であって、インク流路部材を併せて示すものである。
【図１７】図１４のＧ−Ｇ断面に相当する断面図であって、インク流路部材を併せて示すものである。
【符号の説明】
１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ プリンタヘッド
１１（１１Ａ、１１Ｂ、・・） プリンタヘッドチップ
１２ インク加圧室
１３ 発熱抵抗体
１４ 基板部材
１８ ノズル
２０ インク流路
２１、２１’、２２ ダミーチップ
２３、２３’、２３” インク流路部材
２３ａ 流路溝
２３ｂ 凸部
２３ｃ 凹部
Claims (12)
- インク加圧室を有するとともに、前記インク加圧室内のインクをノズルから吐出させるプリンタヘッドチップを複数並設したプリンタヘッドであって、
各前記プリンタヘッドチップの前記インク加圧室と連通し、前記インク加圧室にインクを供給するためのものであって、前記プリンタヘッドチップの並設方向に延在するインク流路を備え、
ここで、前記インク流路は、前記プリンタヘッドチップと、前記プリンタヘッドチップと同一の厚みを有するように形成されるとともに前記プリンタヘッドチップ間の前記プリンタヘッドチップが配置されていない領域に配置されたインクの吐出を行わないダミーチップと、前記インク流路と連通する流路溝を有するインク流路部材とにより構成され、
さらに、前記インク流路部材は、前記インク流路を覆うように複数の前記プリンタヘッドチップ及び前記ダミーチップ上に接着され、かつ前記プリンタヘッドチップとの接着部分を含む少なくとも一部が前記プリンタヘッドチップに発生した熱を放熱する放熱手段を兼ねている
ことを特徴とするプリンタヘッド。 - 請求項１に記載のプリンタヘッドにおいて、
前記プリンタヘッドチップは、少なくとも、基板と、前記基板上に形成され前記インク加圧室を構成するバリア層とを備え、
前記ダミーチップは、少なくとも、前記基板と、前記基板上に形成された前記バリア層と同じ厚みのバリア層とを備える
ことを特徴とするプリンタヘッド。 - 請求項１に記載のプリンタヘッドにおいて、
前記インク流路部材の前記プリンタヘッドチップとの接着部分を含む少なくとも一部は、アルミニウム又はアルミニウムを含む材料から形成されている
ことを特徴とするプリンタヘッド。 - 発熱抵抗体を有するインク加圧室を基板上に複数並設し、前記発熱抵抗体を駆動することで、前記インク加圧室内のインクをノズルから吐出させるプリンタヘッドチップを複数並設したプリンタヘッドであって、
各前記プリンタヘッドチップの前記インク加圧室と連通し、前記インク加圧室にインクを供給するためのものであって、前記プリンタヘッドチップの並設方向に延在するインク流路を備え、
ここで、前記インク流路は、前記プリンタヘッドチップと、前記プリンタヘッドチップと同一の厚みを有するように形成されるとともにインクの吐出を行わないダミーチップと、前記インク流路と連通する流路溝を有するインク流路部材とにより構成され、
複数の前記プリンタヘッドチップは、前記インク流路を隔てて両側に配置され、
前記インク流路を隔てた両側の前記プリンタヘッドチップは、前記インク流路を介して対向配置され、
前記インク流路を隔てて一方側に位置する前記プリンタヘッドチップと他方側に位置する前記プリンタヘッドチップとは、前記インク流路の延在方向において交互に配置され、
前記ダミーチップは、前記インク流路に沿って配置された前記プリンタヘッドチップ間の前記プリンタヘッドチップが配置されていない領域に配置され、
さらに、前記インク流路部材は、前記インク流路を覆うように複数の前記プリンタヘッドチップ及び前記ダミーチップ上に接着され、かつ前記プリンタヘッドチップとの接着部分を含む少なくとも一部が前記プリンタヘッドチップに発生した熱を放熱する放熱手段を兼ねている
ことを特徴とするプリンタヘッド。 - 請求項４に記載のプリンタヘッドにおいて、
前記プリンタヘッドチップは、少なくとも、基板と、前記基板上に形成され前記インク加圧室を構成するバリア層とを備え、
前記ダミーチップは、少なくとも、前記基板と、前記基板上に形成された前記バリア層と同じ厚みのバリア層とを備える
ことを特徴とするプリンタヘッド。 - 請求項４に記載のプリンタヘッドにおいて、
前記インク流路部材の前記プリンタヘッドチップ及び前記ダミーチップとの接着部分を含む少なくとも一部は、アルミニウム又はアルミニウムを含む材料から形成されている
ことを特徴とするプリンタヘッド。 - 請求項４に記載のプリンタヘッドにおいて、
前記プリンタヘッドチップと前記ダミーチップとでなす上面が平坦面であり、
前記インク流路部材の前記プリンタヘッドチップ及び前記ダミーチップとの接着面は、平坦に形成されている
ことを特徴とするプリンタヘッド。 - 請求項４に記載のプリンタヘッドにおいて、
前記ダミーチップは、さらに前記インク流路の両端部に配置され、
前記プリンタヘッドチップ及び前記ダミーチップが前記インク流路を囲むように配置されている
ことを特徴とするプリンタヘッド。 - 請求項４に記載のプリンタヘッドにおいて、
前記インク流路部材の前記プリンタヘッドチップ及び前記ダミーチップとの接着部分を含む少なくとも一部は、アルミニウム又はアルミニウムを含む材料から形成されており、
前記プリンタヘッドチップと前記ダミーチップとでなす上面が平坦面であり、
前記インク流路部材の前記プリンタヘッドチップ及び前記ダミーチップとの接着面は、平坦に形成されている
ことを特徴とするプリンタヘッド。 - 請求項４に記載のプリンタヘッドにおいて、
前記インク流路部材の前記プリンタヘッドチップ及び前記ダミーチップとの接着部分を含む少なくとも一部は、アルミニウム又はアルミニウムを含む材料から形成されており、
前記ダミーチップは、さらに前記インク流路の両端部に配置され、
前記プリンタヘッドチップ及び前記ダミーチップが前記インク流路を囲むように配置されている
ことを特徴とするプリンタヘッド。 - 請求項４に記載のプリンタヘッドにおいて、
前記プリンタヘッドチップと前記ダミーチップとでなす上面が平坦面であり、
前記インク流路部材の前記プリンタヘッドチップ及び前記ダミーチップとの接着面は、平坦に形成されており、
前記ダミーチップは、さらに前記インク流路の両端部に配置され、
前記プリンタヘッドチップ及び前記ダミーチップが前記インク流路を囲むように配置されている
ことを特徴とするプリンタヘッド。 - 請求項４に記載のプリンタヘッドにおいて、
前記インク流路部材の前記プリンタヘッドチップ及び前記ダミーチップとの接着部分を含む少なくとも一部は、アルミニウム又はアルミニウムを含む材料から形成されており、
前記プリンタヘッドチップと前記ダミーチップとでなす上面が平坦面であり、
前記インク流路部材の前記プリンタヘッドチップ及び前記ダミーチップとの接着面は、平坦に形成されており、
前記ダミーチップは、さらに前記インク流路の両端部に配置され、
前記プリンタヘッドチップ及び前記ダミーチップが前記インク流路を囲むように配置されている
ことを特徴とするプリンタヘッド。
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