JP6468929B2 - 液体吐出ヘッドおよび液体吐出装置 - Google Patents

Description

本発明は、エネルギー発生素子で生成された熱を利用して、吐出口から液体を吐出する液体吐出ヘッドに関する。

エネルギー発生素子に通電させることで液体を加熱し、膜沸騰を生じさせることによって液体を発泡させ、このときの発泡エネルギーによって吐出口から液滴を吐出させる形式の液体吐出ヘッドが液体吐出装置に広く採用されている。このような液体吐出ヘッドでは、必要以上の蓄熱に伴う発泡を抑制するため、エネルギー発生素子で生成された熱の効率的な放熱が課題となっている。

特許文献１には、蓄熱の一部を、絶縁層中に設けられた熱伝導率が相対的に高い伝熱層に伝導させ、当該伝熱層と基板との間に設けられた伝熱部材を介して速やかに基板へ伝導させる構成の液体吐出ヘッドが開示されている。

米国特許第７，５８５，０５３号明細書

特許文献１に記載の液体吐出ヘッドでは、エネルギー発生素子で生成された熱が、基板上のエネルギー発生素子に近い領域に集中的に伝導されて行く。このため、基板上のそのような領域には駆動回路やトランジスタなどを配置することができず、駆動回路やトランジスタなどを配置する領域を確保するために別途配置場所を設ける必要が生じ、液体吐出ヘッド自体の大型化を招いてしまうおそれがあった。

そこで、本発明は、エネルギー発生素子で生成された熱を基板上の一部分に集中して伝導させないようにするための液体吐出ヘッドを提供することを目的とする。

本発明は、液体を吐出させるために利用される熱を生成する少なくとも１つのエネルギー発生素子を備えた液体吐出ヘッドであって、基板に接するように設けられ、前記エネルギー発生素子を支持する絶縁層と、前記絶縁層の材質よりも高い熱伝導率の材質で構成され、前記エネルギー発生素子と前記基板との間であって前記絶縁層中に設けられる少なくとも１つの伝熱層と、前記少なくとも１つの伝熱層と前記基板との間を熱的に接続する伝熱部材と、を備え、前記伝熱部材は、前記伝熱層のうち前記エネルギー発生素子と前記基板とで挟まれた位置にある直下領域以外の領域に接続される。

本発明によれば、エネルギー発生素子で生成された熱を基板上の一部分に集中して伝導させずに、分散して伝導させることが可能となるため、液体吐出ヘッドの積層の自由度が向上し、液体吐出ヘッドの小型化を図ることが可能となる。

本発明の実施例に係る液体吐出ヘッドを備えた液体吐出装置の概略斜視図である。 比較例に係る液体吐出ヘッドの一例を示す断面図である。 比較例に係る液体吐出ヘッドにおける、エネルギー発生素子で生成された熱の拡散について説明するための図である。 実施例１に係る液体吐出ヘッドの一例を透視的に表した平面図である。 図４に示す液体吐出ヘッドのα−α矢視断面図である。 実施例１に係る液体吐出ヘッドにおける、エネルギー発生素子で生成された熱の拡散について説明するための図である。 実施例１および比較例に係る液体吐出ヘッドにおける、基板の上面温度の最大値の時間変化を説明するための図である。 実施例１および比較例に係る液体吐出ヘッドにおける、エネルギー発生素子の上面温度の時間変化を説明するための断面図である。 実施例２に係る液体吐出ヘッドの一例を透視的に表した平面図である。 図９に示す液体吐出ヘッドのβ−β矢視断面図である。 実施例２の変形例に係る液体吐出ヘッドの一例を透視的に表した平面図である。 実施例３に係る液体吐出ヘッドの一例を示す断面図である。 実施例３の変形例に係る液体吐出ヘッドの一例を示す断面図である。 実施例４に係る液体吐出ヘッドの一例を透視的に表した平面図である。 図１４に示す液体吐出ヘッドのα’−α’矢視断面図である。

以下、図面を参照して本発明の実施例に係る液体吐出ヘッドについて説明する。尚、以下に述べる実施例は、本発明の適切な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付けられている。しかし、本発明の思想に沿うものであれば、本発明の実施例は、以下に述べる実施例に限定されるものではない。

本発明の実施例では、液体吐出ヘッドの絶縁層内に設けられる伝熱部材を、伝熱層のうちエネルギー発生素子に近い領域を避けて接続させる。この構成により、エネルギー発生素子で生成された熱を基板上の一部分に集中して伝導させずに、分散して伝導させることが可能となる。よって、駆動回路やトランジスタなどを配置する領域を確保することが可能となり、結果として、液体吐出ヘッドの小型化を図ることが可能となる。

図１は、本発明の実施例に係る液体吐出ヘッドを備えた液体吐出装置Ａの概略斜視図である。図１に示す液体吐出装置Ａは、記録媒体Ｓに対向する位置に複数の吐出口が形成された液体吐出ヘッドを含む液体吐出ヘッドユニットＵを備える。液体吐出ヘッドユニットＵは、例えば、不図示のキャリッジに、液体吐出ヘッドとインクタンクとが搭載された構成となり得る。

液体吐出ヘッドユニットＵは、例えば、ガイドシャフトＧにより、＋Ｘ、−Ｘで示す主走査方向に移動自在に案内支持されている。ガイドシャフトＧは、記録媒体Ｓの幅方向に沿って延びるように配置されている。液体吐出ヘッドユニットＵには、ベルトＢが取り付けられている。ベルトＢは、例えば、プーリーＰを介して駆動モータＭに繋がっている。駆動モータＭの駆動力はベルトＢにより液体吐出ヘッドユニットＵに伝達され、これにより、液体吐出ヘッドユニットＵはガイドシャフトＧに沿って移動する。本明細書では、説明の便宜上、液体吐出ヘッドユニットＵのホームポジションから移動する方向を＋Ｘ方向とし、ホームポジションに向かって移動する方向を−Ｘ方向とする。

記録媒体Ｓは、不図示の給紙部から給紙され、搬送ローラＲによって、搬送方向、すなわち＋Ｙで示す副走査方向に搬送される。本明細書では、記録媒体Ｓの搬送方向を＋Ｙ方向とし、記録媒体Ｓの搬送方向と反対方向を−Ｙ方向とする。

液体吐出装置Ａは、液体吐出ヘッドユニットＵを主走査方向に移動させつつインク等の液体を＋Ｚで示す方向に吐出させる記録動作と、記録媒体Ｓを搬送する搬送動作と、を繰り返すことによって、記録媒体Ｓ上に順次記録する。本明細書では、液体吐出ヘッドの液体の吐出方向を＋Ｚ方向とし、吐出方向と反対方向を−Ｚ方向とする。＋Ｘ、−Ｘで示す方向と、＋Ｙ、−Ｙで示す方向と、＋Ｚ、−Ｚで示す方向とはそれぞれ直交するものとする。

このように、液体吐出装置Ａは、液体吐出ヘッドの主走査方向の移動と、記録媒体Ｓの副走査方向の搬送と、を伴って画像を記録するいわゆるシリアルスキャン方式の液体吐出装置である。なお、本発明においては、これに限定されず、記録媒体Ｓの全幅に対応した範囲にわたって延在する液体吐出ヘッドを用いる、いわゆるフルライン方式の液体吐出装置も適用可能である。

以下、図１中の各矢印で示すＸＹＺ方向を基準として、本発明の実施例に係る液体吐出ヘッドの構成を説明する。先ず、エネルギー発生素子からの放熱を基板へ伝導させる伝熱層および伝熱部材を備える従来の液体吐出ヘッドを、本発明の実施例の比較例として説明する。なお以下に説明する液体吐出ヘッドは、インクジェット式のプリントヘッドであるが、本発明はこれに限られない。また、本明細書では、特段言及しなければ、「上」とは＋Ｚ方向を表し、「下」とは−Ｚ方向を表す。

＜比較例＞
図２は、比較例に係る液体吐出ヘッドの一例の断面図を示す。比較例に係る液体吐出ヘッドは、基板１と、基板１上に形成された絶縁層２と、絶縁層２内に形成されたエネルギー発生素子３とを含む構成になっている。また、比較例に係る液体吐出ヘッドは、絶縁層２内であってエネルギー発生素子３の下方に形成された伝熱層４と、伝熱層４と基板１とを熱的に接続する伝熱部材である複数のビア５と、絶縁層２上に形成された流路形成部材６とを含む構成になっている。さらに比較例に係る液体吐出ヘッドは、例えば、液体を流路８に導入するための、基板１及び絶縁層２を貫通する供給口７と、供給口７と圧力室９とを連通させるように設けられた流路８とを含む構成になっている。また、比較例に係る液体吐出ヘッドは、吐出口１０と連通している圧力室９と、液体を吐出して記録媒体に記録するための吐出口１０とを含む構成になっている。液体は、図２に示す白抜きの矢印のように、供給口７から、流路８を通って圧力室９へと流れる。

図３は、比較例に係る液体吐出ヘッドにおける、エネルギー発生素子３で生成した熱の拡散について説明するための図であり、具体例を、次の（１）から（４）で説明する。
（１）先ず、液体吐出のため、エネルギー発生素子３への電圧印加が開始されることによって、エネルギー発生素子３において熱が生成し始める。
（２）エネルギー発生素子３で生成された熱は、エネルギー発生素子３の＋Ｚ方向側の表面に近接した液体に付与される。
（３）一方、エネルギー発生素子３で生成された熱は、黒の実線の矢印で示すように、エネルギー発生素子３から下方に拡散され、伝熱層４に伝導される。
（４）伝熱層４に伝導された熱は、黒の実線の矢印で示すように、伝熱層４の下面のうちエネルギー発生素子３の直下の領域に集中的に伝導されたのち、基板１上のエネルギー発生素子３の直下の領域に集中して流入する。ここで、「伝熱層の下面」とは、伝熱層の表面のうち基板に対向する面をいい、「エネルギー発生素子の直下」とは、エネルギー発生素子から見て−Ｚの方向をいう。「伝熱層の下面のうちエネルギー発生素子の直下の領域」とは、伝熱層の下面のうちエネルギー発生素子と基板とで挟まれた位置にある領域（直下領域）をいう。また、「基板上」とは、基板の上面、つまり、基板の表面のうちエネルギー発生素子に対向する面をいい、「基板上のエネルギー発生素子の直下の領域」とは、基板の上面のうちエネルギー発生素子と基板の下面とで挟まれた位置にある領域をいう。

このようにして、比較例に係る液体吐出ヘッドは、エネルギー発生素子３で生成された熱が基板１を介して外へ逃げる構成になっているが、基板１上のエネルギー発生素子３の直下の領域に集中して速やかに流入する。このため、基板１上では局所的に熱の高い位置が存在し、この位置に駆動回路やトランジスタなどを配置するとノイズの発生や故障が招致される。よって、駆動回路やトランジスタなどの配置の自由度が低下し、結果的に液体吐出ヘッドの小型化が困難な状況となる。

＜実施例１＞
図４は、本発明の実施例１に係る液体吐出ヘッドの一例を透視的に表した平面図であり、図５は、図４に示す液体吐出ヘッドのα−α矢視断面図である。図５に示す液体吐出ヘッドの構成は、図２に示す比較例に係る液体吐出ヘッドの伝熱層４の下面と基板１とを熱的に接続したビア５の配置が異なる構成になっている。

本実施例では、図５に示すように、ビア４５ａは、伝熱層４の下面のうちエネルギー発生素子３の直下の領域を除いた領域から＋Ｘ方向に向かって複数本設けられ、また、ビア４５ｂは、当該直下の領域を除いた領域から−Ｘ方向に向かって複数本設けられる。ビアはＸ方向に所定間隔で配列されるビア列を形成しており、このビア列はＹ方向に複数列形成されている。また、図４に示すように、基板に垂直な方向からみて、ビアはエネルギー発生素子３と重ならない領域（第１領域）に設けられており、伝熱層はエネルギー発生素子３と少なくとも一部が重なる領域（第２領域）に設けられている。また、伝熱層は第１領域及び当該第１領域に隣接する第２領域に連続して設けられている。図５に示すように、伝熱層４は、基板１上方に、基板１の表面に沿って設けられ、エネルギー発生素子３は、伝熱層４上方に設けられる。

本実施例に係る液体吐出ヘッドを構成する各要素のうち、比較例と同一の符号を付したものについては、同様の機能を有するものとする。

本実施例に係る液体吐出ヘッドには、複数の液体吐出口が設けられる。図４では、供給口７に対し+Ｘ方向側の構成のみを示しているが、実際には−Ｘ方向側にも同様の構成が形成されている。この際−Ｘ方向側の複数の液体吐出口は、図示した複数の吐出口とＹ方向において同じ位置に配置させても良いし、Ｙ方向において半ピッチ分ずれた位置にすなわち千鳥状に配列させても良い。

基板１は、絶縁層２を構成する材質の熱伝導率より高い材質、例えば、シリコン（Ｓｉ）製の材質で構成され得る。絶縁層２は、例えば、ケイ素酸化物で構成され、後述の配線層から基板１を電気的に独立させる絶縁性を有する。また、絶縁層２は、基板１に接するように設けられ、エネルギー発生素子３を支持するように構成される。絶縁層２は、連続して安定な吐出ができるように、エネルギー発生素子３で生成した熱を一時的に保持する機能を有してもよい。絶縁層２上に設けられているエネルギー発生素子３を覆うように、絶縁層２または絶縁層２と異なる別の絶縁層が設けられている。

エネルギー発生素子３は、例えば、発熱抵抗素子等の電気熱交換素子で構成され、不図示の駆動回路から配線層を介して給電され、液体を吐出させるために利用される熱を生成する。エネルギー発生素子３上には、圧力室９内で発生するキャビテーションから保護する目的で、保護層が形成されても良い。

伝熱層４は、絶縁層２よりも高い熱伝導率を有する材質で構成され、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、タングステン（Ｗ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、またはこれらを含む材料、およびこれらと同質の材料で構成される。ビア４５ａおよび４５ｂは、例えば、中空または中実の柱状構造であって、伝熱層４と同質の材料で構成され得る。ビア４５ｂは、液体が流れる供給口７の近くに配置されているため、ビア４５ｂに伝導された熱の一部は、供給口７を流れる液体によって吸収され得る。よって、ビア４５ｂを介して基板上に伝導される熱の熱流束が低減し、基板の温度上昇を抑制し得る。

流路形成部材６は、圧力室９および液体吐出口１０を画成するために絶縁層２上に形成される。供給口７は、流路８と流体連通するように、基板１および絶縁層２を貫通して基板１に形成される。供給口７は、流路８を介して圧力室に流体的に接続されている。流路８は、複数の圧力室と連通しており、各圧力室に設けられた液体吐出口から液体が連続して吐出可能なように、例えば、不図示のインクタンクから供給口７を介して供給された液体を複数の圧力室へそれぞれ継続して提供する。圧力室９は、エネルギー発生素子３によって吐出される液体が蓄えられる。

図６は、本発明の実施例１に係る液体吐出ヘッドにおける、エネルギー発生素子３で生成された熱の拡散を説明するための図である。以下、具体例について説明するが、（１）から（３）の説明については、図３において説明したものと同じであるため省略する。
（４）伝熱層４に伝導された熱は伝熱層４内に伝熱し、黒の実線の矢印で示すように、基板１に対して沿った方向に積極的に拡散されたのち、ビア４５ａおよび４５ｂを通って、エネルギー発生素子３の直下の領域以外の基板１の上面に流入する。

このように、伝熱層４の下面のうちエネルギー発生素子３の直下の領域以外の領域にビアを複数接続することによって、エネルギー発生素子３で生成された熱が、基板１上のエネルギー発生素子３の直下の領域に集中して流入しないようにしている。

近年、高精細且つ高速な画像形成が要請されており、液体吐出口が多数、高密度に形成された液体吐出ヘッドが存在している。一方で、液体吐出ヘッドの製造コストの面から、広い平面形状で大型のものは避けられ、配線や回路を複数層に形成した積層型で小型のものが求められている。積層型で小型の構造では、エネルギー発生素子に配線層を介して給電を行う駆動回路やトランジスタは、液体吐出を妨げないように配置され、例えば、絶縁層２と基板１との間の領域に配置され得る。

比較例に係る液体吐出ヘッドでは、エネルギー発生素子３で生成された熱は、伝熱層４、ビア５を介して、基板１上のエネルギー発生素子３の直下の領域に速やかに到達するため、当該直下の領域は、継続して高温状態となる場合がある。

本実施例では、伝熱層４の下面のうちエネルギー発生素子３の直下の領域にはビアを接続しないため、エネルギー発生素子３の直下の基板１の上面温度が、継続して高温状態になりにくくなり、駆動回路やトランジスタ等を配置することが可能となる。よって、駆動回路やトランジスタ等の配置場所の自由度が向上し、液体吐出ヘッドの小型化を図ることが可能になる。

図７は、本発明の実施例１および比較例に係る液体吐出ヘッドにおける、基板の上面温度の最大値の時間変化を説明するための図である。図７に示すグラフにおいて、縦軸は基板の上面温度の最大値を表し、横軸は時間を表す。図７中、エネルギー発生素子３への電圧印加の開始時間を原点Ｏとし、破線は比較例のグラフを表し、実線は実施例１のグラフを表す。図７に示すグラフは、三次元シミュレーションによって、基板１の上面の温度分布を作成し、基板１の上面温度のうち最大のものを抽出してグラフにプロットしたものである。基板１の上面の温度分布は、ビアが設置される領域とビアが設置されていない領域の双方を含む基板１の上面の平均温度分布である。図７に示すグラフにより、基板１の上面温度の最大値が、比較例と比べて実施例１が半分近くになることが読み取ることができる。

図８は、本発明の実施例１および比較例に係る液体吐出ヘッドにおける、エネルギー発生素子の表面温度の時間変化を説明するための図である。図８に示したエネルギー発生素子３の表面温度の時間変化も図７と同様に、三次元シミュレーションによって取得したものであり、縦軸はエネルギー発生素子３の表面温度を表し、横軸は時間を表す。図８中、エネルギー発生素子３への電圧印加の開始時間を原点Ｏとし、破線は比較例のグラフを表し、実線は実施例１のグラフを表す。ここで、エネルギー発生素子３の表面温度は、エネルギー発生素子３の表面のうち、液体を熱する側の面の温度を表す。エネルギー発生素子３の表面温度は、図８に示すように、エネルギー発生素子３への電圧印加の開始によって上昇し始め、電圧印加の停止により放熱が始まり下降していく。図８に示すグラフにより、伝熱層４の下面のうちエネルギー発生素子３の直下の領域にビアを接続していなくても、エネルギー発生素子３の表面温度が、比較例と実施例１とではあまり変化しないことが読み取れる。

図７および図８から、実施例１に係る液体吐出ヘッドの構成により、基板１の上面温度の最大値の上昇を抑えながらも、比較例と同等に適切な液体吐出を行うことが可能となることが理解できる。よって、基板１の上面において駆動回路やトランジスタ等をエネルギー発生素子３の直下の領域を含めて配置させることができ、配置の自由度が向上するため、液体吐出ヘッドの小型化を図ることが可能になる。

本実施例によれば、基板上の一部分に熱が集中して流入しないように、絶縁層内に熱の伝導経路を設定することで、エネルギー発生素子で生成された熱の拡散の適正化を図ることが可能になる。よって、駆動回路やトランジスタ等の配置場所の自由度を向上させ、液体吐出ヘッドの小型化を図ることが可能になる。

＜実施例２＞
エネルギー発生素子で生成された熱は、基板に対して沿った方向にも拡散し、隣接するエネルギー発生素子で生成される熱に作用する可能性がある。本発明の実施例２に係る液体吐出ヘッドでは、伝熱層の下面のうち、隣り合うエネルギー発生素子の直下の２つの領域の間にビアを接続することで、エネルギー発生素子で生成された熱の拡散の適正化を図る。

図９は、本発明の実施例２に係る液体吐出ヘッドの一例を透視的に表した平面図であり、図１０は、図９に示す液体吐出ヘッドのβ−β矢視断面図である。本実施例に係る液体吐出ヘッドを構成する各要素のうち、実施例１と同一の符号を付したものについては、同様の機能を有するものとする。本実施例に係る液体吐出ヘッドの構成では、ビアを、伝熱層の下面のうちエネルギー発生素子の直下の領域を除き、この直下の領域と、同じく伝熱層の下面のうちエネルギー発生素子に隣接するエネルギー発生素子の直下の領域と、の間の領域に接続させる。

本実施例に係る液体吐出ヘッドには、エネルギー発生素子３ａ、３ｂ、３ｃ、および３ｄが備えられ、それらと対向する位置に液体吐出口１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、および１０ｄがそれぞれ備えられる。エネルギー発生素子３ａと３ｂ、エネルギー発生素子３ｂと３ｃ、エネルギー発生素子３ｃと３ｄ、はそれぞれ隣接して配置されている。伝熱層９４は、複数のエネルギー発生素子の配列方向に沿って連続して設けられる。伝熱層９４の下面のうち、エネルギー発生素子３ａと３ｂの直下の２つの領域の間にはビア９５ａが接続され、伝熱層９４の下面のうち、エネルギー発生素子３ｂと３ｃの直下の２つの領域の間にはビア９５ｂが接続される。また、伝熱層９４の下面のうち、エネルギー発生素子３ｃと３ｄの直下の２つの領域の間にはビア９５ｃが接続される。つまり、ビアは、伝熱層９４のうち、複数のエネルギー発生素子のそれぞれに対応する直下の領域の間の領域に接続される。

供給口７から供給された液体は、流路形成部材６で画成された各圧力室９ａ、９ｂ、９ｃ、および９ｄに提供され、各圧力室９ａ、９ｂ、９ｃ、および９ｄに蓄えられた液体は、各液体吐出口１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、および１０ｄからそれぞれ吐出される。本実施例では、簡便にするために、隣り合うエネルギー発生素子３ｂ、３ｃ周辺に限定して説明を行う。

エネルギー発生素子３ｂで生成された熱は、伝熱層９４に到達し、基板１に対して沿った方向に積極的に拡散されたのち、伝熱層９４の下面のうちエネルギー発生素子３ｂの直下の領域以外の領域に接続された２つのビア９５ａ、９５ｂを通って、基板１に流入する。また、エネルギー発生素子３ｃで生成された熱も同様に、伝熱層９４を介して、伝熱層９４の下面のうちエネルギー発生素子３ｃの直下の領域以外の領域に接続された２つのビア９５ｂ、９５ｃを通って、基板１に流入する。

本実施例によれば、エネルギー発生で生成された熱が、隣接するエネルギー発生素子で生成した熱に作用することが抑制される。また、本実施例によれば、実施例１と同様に、伝熱層の下面のうちエネルギー発生素子の直下の領域にはビアが接続されないため、基板上のエネルギー発生素子の直下の領域が、継続して高温状態になりにくくなる。よって、駆動回路やトランジスタ等が配置可能となるため、駆動回路やトランジスタ等の配置場所の自由度が向上し、液体吐出ヘッドの小型化を図ることが可能になる。

図１１は、本発明の実施例２の変形例に係る液体吐出ヘッドの一例を透視的に表した平面図である。本変形例に係る液体吐出ヘッドは、上述した図９、１０のビアに加え、エネルギー発生素子の直下の領域に対する＋Ｘ方向または−Ｘ方向にビアがさらに配置される。具体的には、例えば、エネルギー発生素子３ｃを中心として、＋Ｘ方向にビア１１５ａ、−Ｘ方向に１１５ｂが配置される。その結果、ビアは、各エネルギー発生素子３ａ、３ｂ、３ｃ、および３ｄの四方をそれぞれ囲むように配置されることになる。図１１に示す本変形例に係る液体吐出ヘッドは、実施例２に係る液体吐出ヘッドの伝熱層９４の代わりに、ビア１１５ａ、１１５ｂと熱的に接続可能な伝熱層１１４を備える。

例えば、エネルギー発生素子３ｃで生成された熱は、伝熱層１１４に到達し、伝熱層１１４内で、基板１に対して沿った方向に積極的に拡散される。次に、当該拡散された熱は、伝熱層１１４の下面のうちエネルギー発生素子の直下の領域以外の領域に接続されたビア９５ｂ、９５ｃ、１１５ａ、および１１５ｂを通って、基板１に流入する。

本変形例によれば、実施例２と比較して、エネルギー発生素子で生成した熱が、隣接するエネルギー発生素子で生成した熱に作用することがさらに抑制される。また、本変形例によれば、実施例２と同様に、基板上のエネルギー発生素子の直下の領域に、駆動回路やトランジスタ等が配置可能となるため、駆動回路やトランジスタ等の配置場所の自由度が向上し、液体吐出ヘッドの小型化を図ることが可能となる。

＜実施例３＞
実施例１の構成で、エネルギー発生素子３で生成された熱が外へ充分に放出されない場合、エネルギー発生素子の直下の領域に設けられる伝熱層の数を増加させたり、ビアの配置を変化させたりすることで、エネルギー発生素子で生成された熱の拡散の適正化を図る。

実施例３に係る液体吐出ヘッドに備えられる伝熱層は、複数の伝熱層で構成され、基板１の表面に沿って配置された第１の伝熱層と、第１の伝熱層とエネルギー発生素子との間の領域に第１の伝熱層に沿って配置された第２の伝熱層とを少なくとも含む。そして、ビアは、第１の伝熱層の下面のうち、エネルギー発生素子の直下の領域以外の領域に複数接続される。

図１２は、本発明の実施例３に係る液体吐出ヘッドの一例を示す断面図である。図１２に示す液体吐出ヘッドの構成は、図５に示すエネルギー発生素子３と伝熱層４（本実施例およびその変形例では、第１の伝熱層と呼ぶ）との間に、第２の伝熱層１２４をさらに備え、第１の伝熱層４と基板１との間にビア１２５を備えた構成になっている。図１２に示す液体吐出ヘッドを構成する各要素のうち、実施例１と同一の符号を付したものについては、同様の機能を有するものとする。

エネルギー発生素子３で生成された熱は、第２の伝熱層１２４に到達し、第２の伝熱層１２４内で、基板１に対して沿った方向に積極的に拡散されたのち、第２の伝熱層１２４の下方に拡散される。そして、当該拡散された熱の一部は、第２の伝熱層１２４の下方の第１の伝熱層４に到達し、第１の伝熱層４内で、基板１に対して沿った方向に積極的に拡散される。次に、拡散された熱は、第１の伝熱層４の下面のうちエネルギー発生素子３の直下の領域以外の領域に接続されたビア１２５を通って、基板１に流入し外へ逃げる。したがって、本実施例に係る液体吐出ヘッドは、エネルギー発生素子３で生成された熱の熱流束を、実施例１よりも低減できるような構成になっている。

本実施例によれば、基板上のエネルギー発生素子の直下の領域に、駆動回路やトランジスタ等が配置可能となるため、駆動回路やトランジスタ等の配置場所の自由度が向上し、液体吐出ヘッドの小型化を図ることが可能となる。

図１３は、本発明の実施例３の変形例に係る液体吐出ヘッドの一例を示す断面図である。図１３に示す液体吐出ヘッドの構成は、図１２に示す液体吐出ヘッドの第２の伝熱層１２４の代わりに、＋Ｘ、−Ｘ方向の幅を縮小した第２の伝熱層１３４を備え、第２の伝熱層１３４と第１の伝熱層４との間に介在部材であるビア１３５を備えた構成になっている。介在部材であるビア１３５は、伝熱部材であるビア１２５と同質の材質を使用しても良い。本変形例に係る液体吐出ヘッドに備えられるビア１３５は、第２の伝熱層１２４の下面のうちエネルギー発生素子３の直下の領域を含む領域に接続される。図１２に示す液体吐出ヘッドを構成する各要素のうち、実施例１と同一の符号を付したものについては、同様の機能を有するものとする。

本変形例では、実施例３の第２の伝熱層１２４と比較して第２の伝熱層１３４の幅は縮小しているので、エネルギー発生素子３で生成された熱は、第２の伝熱層１３４からビア１３５を通って、第１の伝熱層４に迅速に到達する。そして、当該到達した熱は、第１の伝熱層４内で、基板１に対して沿った方向に積極的に拡散されたのち、第１の伝熱層４の下面のうちエネルギー発生素子３の直下の領域以外の領域に接続されたビア１２５を通って、基板１に流入する。このようにして、本変形例に係る液体吐出ヘッドは、エネルギー発生素子３で生成された熱が、実施例３よりも迅速に外へ逃げるような構成になっている。

本変形例によれば、実施例３と同様に、基板上のエネルギー発生素子の直下の領域に、駆動回路やトランジスタ等が配置可能となるため、駆動回路やトランジスタ等の配置場所の自由度が向上し、液体吐出ヘッドの小型化を図ることが可能となる。

＜実施例４＞
実施例１から実施例３に係る液体吐出ヘッドの構成では、長期間に渡って液体を吐出しない吐出口から液体中の水分が蒸発し、その吐出口内の液体が増粘することがある。このような場合には、その後、その吐出口から液体を適確に吐出できなくなるおそれがある。実施例４に係る液体吐出ヘッドは、圧力室に流入する液体を循環させ、吐出しようとする液体が極力増粘しないような構成になっている。本実施例に係る液体吐出ヘッドは、実施例１から実施例３と同様に、絶縁層内に伝熱層やビアを設けることによって、エネルギー発生素子で生成された熱の拡散の適正化を図る。

また、本実施例に係る液体吐出ヘッドは、基板１の側部において液体を循環させることにより、基板１へ流入する熱流束を低減することが出来る。

図１４は、本発明の実施例４に係る液体吐出ヘッドの一例を透視的に表した平面図である。また、図１５は、図１４に示す液体吐出ヘッドのα’−α’矢視断面図である。本実施例に係る液体吐出ヘッドを構成する各要素のうち、実施例１と同一の符号を付したものについては、同様の機能を有するものとする。

本実施例に係る液体吐出ヘッドには、１つの吐出口に、液体供給路である第１の供給口１４７ａと液体排出路である第２の供給口１４７ｂの一対が対応する構成になっている。例えば、第１の供給口１４７ａから第１の流路１５８ａを経て圧力室１５９に供給された液体は、第２の流路１５８ｂ介して第２の供給口１４７ｂに排出されることで循環させられる。そして、循環中の液体がエネルギー発生素子３によって熱せられ、膜沸騰を起こすことによって、吐出口１０から液体が吐出される。

本実施例に係る液体吐出ヘッドの伝熱層１４４と基板１とは、ビア１４５ａおよび１４５ｂによって熱的に接続されている。ビア１４５ａおよび１４５ｂは、伝熱層１４４の下面のうちエネルギー発生素子３の直下の領域以外の領域に接続され、先述した実施例１から実施例３と比較して、当該直下の領域から一定の距離離れて配置されている。本実施例では、伝熱層１４４の平面方向において、エネルギー発生素子３の中心（重心）からビア１４５ａまでの距離をＬ_Hとし、エネルギー発生素子３の中心から第１の供給口１４７ａの開口の中心（重心）までの距離Ｌ_Cとする。本実施例では、距離Ｌ_Hは、距離Ｌ_Cの約半分となっている。尚、距離Ｌ_Hは、距離Ｌ_Cの半分より長いことが好ましい。つまり、ビア１４５ａは、伝熱層１４４の下面のうち、伝熱層１４４の平面方向において、距離Ｌ_Hが、距離Ｌ_Cの半分より長くなるような領域に接続されることが好ましい。

また、循環している液体でビアを冷却可能なように、ビア１４５ａは第１の供給口１４７ａに近接配置され、ビア１４５ｂは第２の供給口１４７ｂに近接配置される。

エネルギー発生素子３で生成された熱は、伝熱層１４４に到達し、伝熱層１４４内で、基板１に対して沿った方向に積極的に拡散される。次に、当該拡散された熱は、伝熱層１４４の下面のうちエネルギー発生素子３の直下の領域以外の領域に接続されたビア１４５ａ、１４５ｂを通って、基板１に流入し外へ逃げる。

本実施例では、ビア１４５ａを伝導している熱が第１の供給口１４７ａを循環している液体によって吸収され、ビア１４５ｂを伝導している熱が第２の供給口１４７ｂを循環している液体によって吸収されるため基板１に流入する熱流束を減少することが可能となる。

本実施例によれば、基板１の上面温度の上昇を抑えることが可能となるため、駆動回路やトランジスタ等の配置場所の自由度が向上し、液体吐出ヘッドの小型化を図ることが可能になる。

＜その他＞
実施例１から実施例３またはこれらの変形例に係る液体吐出ヘッドは、基板に対して略垂直方向に液体を吐出するサイドシューター型のプリントヘッドであるが、これに限られない。例えば、基板に対して略平行方向に液体を吐出するエッジシューター型のプリントヘッドであってもよい。

実施例１から実施例４またはこれらの変形例に係る液体吐出ヘッドに備えられるビアは、基板の表面に交差する方向に延びる中実または中空の柱状構造であるが、これに限られず、例えば、板状の形状であってもよい。

実施例１から実施例４またはこれらの変形例に係る液体吐出ヘッドでは、エネルギー発生素子に給電するための回路が含まれていないが、この限りではない。当該回路は、基板の上面または下面のどちらの面に配置されてもよく、当該回路は、例えば、基板の面のうちエネルギー発生素子に対向する領域に組み込まれ、または、基板の下面に接するように設けられてもよい。

また上述した各実施例において、基板から垂直な方向からみて、エネルギー発生素子の直下には基板と熱的に接続されるビアは設けない形態を説明した。このようにエネルギー発生素子の直下にはビアを全く設けない形態が熱の観点からは好ましいが、多少のビアであればこの直下領域に設けることも可能である。例えば、エネルギー発生素子の直下以外に設けられるビアの密度（ビアと基板とが接する面積）より小さい密度であれば、エネルギー発生素子の直下にビアを設けても良い。それによりエネルギー発生素子の直下の領域にビアに加えて、駆動回路やトランジスタなどを配置させることが可能である。

１ 基板
２ 絶縁層
３、３ａ〜３ｄ エネルギー発生素子
４、９４、１１４ 伝熱層
５、４５ａ、４５ｂ、９５ａ〜９５ｃ、１２５、１４５ａ、１４５ｂ ビア
７ 供給口
１２４、１３４ 第２の伝熱層

Claims (15)

1. 液体を吐出させるために利用される熱を生成する少なくとも１つのエネルギー発生素子を備えた液体吐出ヘッドであって、
   基板に接するように設けられ、前記エネルギー発生素子を支持する絶縁層と、
   前記絶縁層の材質よりも高い熱伝導率の材質で構成され、前記エネルギー発生素子と前記基板との間であって前記絶縁層中に設けられる少なくとも１つの伝熱層と、
   前記少なくとも１つの伝熱層と前記基板との間を熱的に接続する伝熱部材と、
   を備え、
   前記伝熱部材は、前記伝熱層のうち前記エネルギー発生素子と前記基板とで挟まれた位置にある直下領域以外の領域に接続されることを特徴とする液体吐出ヘッド。
2. 前記伝熱層は、複数の前記エネルギー発生素子の配列方向に沿って連続して設けられ、 前記伝熱部材は、前記伝熱層のうち、前記複数のエネルギー発生素子のそれぞれに対応する前記直下領域の間の領域に接続されることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
3. 前記エネルギー発生素子によって吐出される液体が蓄えられる圧力室に流体的に接続され、前記基板に形成された供給口をさらに備え、
   前記伝熱部材は、前記直下領域と、前記供給口と、の間の前記伝熱層の領域に接続されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の液体吐出ヘッド。
4. 前記少なくとも１つの伝熱層は、前記基板の表面に沿って配置された第１の伝熱層と、前記第１の伝熱層と前記エネルギー発生素子との間の領域に前記第１の伝熱層に沿って配置された第２の伝熱層と、を含み、
   前記伝熱部材は、前記第１の伝熱層のうち、前記直下領域以外の領域に複数接続されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッド。
5. 前記第２の伝熱層の前記直下領域と、前記第１の伝熱層と、の間を熱的に接続するための介在部材をさらに備えることを特徴とする請求項４に記載の液体吐出ヘッド。
6. 前記伝熱部材は、前記伝熱層のうち、前記伝熱層の平面方向において、前記エネルギー発生素子の中心から前記伝熱部材までの距離が、前記エネルギー発生素子の中心から前記供給口の開口の中心までの距離の半分より長くなるような領域に接続されることを特徴とする請求項３に記載の液体吐出ヘッド。
7. 前記伝熱部材は、中実または中空の複数の柱状構造であることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッド。
8. 前記エネルギー発生素子に給電するための回路が、前記基板の面のうち前記エネルギー発生素子に対向する領域に組み込まれ、または、前記基板の下面に接するように設けられることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッド。
9. 液体を吐出する液体吐出ヘッドであって、
   基板と、
   前記基板上方に、当該基板の表面に沿って設けられる伝熱層と、
   前記伝熱層上方に設けられる、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、
   前記伝熱層と前記基板とを熱的に接続する伝熱部材と、
   を備え、
   前記基板の表面に垂直な方向からみて、前記伝熱層は前記エネルギー発生素子と少なくとも一部が重なる位置に設けられており、前記伝熱部材は前記エネルギー発生素子とは重ならない位置に設けられていることを特徴とする液体吐出ヘッド。
10. 前記伝熱層は、当該伝熱層の熱伝導率より低い絶縁層中に設けられていることを特徴とする請求項９に記載の液体吐出ヘッド。
11. 前記伝熱部材は、前記基板の表面と交差する方向に延びる複数の柱状構造であることを特徴とする請求項９または１０に記載の液体吐出ヘッド。
12. 液体を吐出する液体吐出ヘッドであって、
    基板と、
    前記基板上方に、当該基板の表面に沿って設けられる伝熱層と、
    前記伝熱層上方に設けられる、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、
    前記伝熱層と前記基板とを熱的に接続する伝熱部材と、
    を備え、
    前記基板の表面に垂直な方向からみて、前記エネルギー発生素子と重なる第１領域と、前記エネルギー発生素子とは重ならない、前記第１領域に隣接する第２領域と、に関して、前記第１領域に設けられる前記伝熱部材の密度は、前記第２領域に設けられる前記伝熱部材の密度より小さいことを特徴とする液体吐出ヘッド。
13. 前記伝熱層は、前記第１領域及び前記第２領域に連続して設けられていることを特徴とする請求項１２に記載の液体吐出ヘッド。
14. 前記伝熱部材は、前記第１領域には設けられていないことを特徴とする請求項１２または１３に記載の液体吐出ヘッド。
15. 請求項１から請求項１４のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッドを用いて、記録媒体に液体を吐出して記録を行うことを特徴とする液体吐出ヘッドを含む液体吐出装置。

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