JP2001129995A - インクジェット記録ヘッド - Google Patents
インクジェット記録ヘッドInfo
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- Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 多数の発熱抵抗体を有するインクジェット記
録ヘッドの耐久性を向上させる。 【解決手段】 発熱抵抗体３３直下のシリコン基板中３
１に、不純物をドープして半導体拡散抵抗体４０が形成
されており、発熱抵抗体３３の発熱により、この半導体
拡散抵抗体４０の抵抗値が変化する。この抵抗値の変化
を利用して、気泡の発生が検出される。気泡の発生を検
出した場合には、発熱抵抗体３３へのパルス電圧の印加
は停止され、発熱抵抗体３３の余分な加熱は抑制される
ので、インクジェット記録ヘッドの耐久性が向上する。
録ヘッドの耐久性を向上させる。 【解決手段】 発熱抵抗体３３直下のシリコン基板中３
１に、不純物をドープして半導体拡散抵抗体４０が形成
されており、発熱抵抗体３３の発熱により、この半導体
拡散抵抗体４０の抵抗値が変化する。この抵抗値の変化
を利用して、気泡の発生が検出される。気泡の発生を検
出した場合には、発熱抵抗体３３へのパルス電圧の印加
は停止され、発熱抵抗体３３の余分な加熱は抑制される
ので、インクジェット記録ヘッドの耐久性が向上する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、インクを加熱して
気泡を発生させ、この気泡の膨張運動によりインクを圧
迫して吐出し、吐出されたインク液滴を記録媒体上に付
着させることにより画像を形成するインクジェット記録
ヘッドに関する。
気泡を発生させ、この気泡の膨張運動によりインクを圧
迫して吐出し、吐出されたインク液滴を記録媒体上に付
着させることにより画像を形成するインクジェット記録
ヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】インクを加熱して気泡を発生させ、この
気泡の膨張運動によりインクを圧迫して吐出し、吐出さ
れたインク液滴を記録媒体上に付着させることにより画
像を形成するインクジェット記録方式は、記録品位が高
く、低騒音であるという利点を有している。また、イン
クジェット記録方式は、カラー記録が比較的容易であ
り、普通紙にも記録可能であり、装置の小型化が容易で
あるという利点を有している。さらに、インクジェット
記録方式は、インクが吐出される多数の吐出口を高密度
に配設することにより高速記録が可能であり、プリンタ
やファクシミリ等の情報出力装置に広く用いられてい
る。
気泡の膨張運動によりインクを圧迫して吐出し、吐出さ
れたインク液滴を記録媒体上に付着させることにより画
像を形成するインクジェット記録方式は、記録品位が高
く、低騒音であるという利点を有している。また、イン
クジェット記録方式は、カラー記録が比較的容易であ
り、普通紙にも記録可能であり、装置の小型化が容易で
あるという利点を有している。さらに、インクジェット
記録方式は、インクが吐出される多数の吐出口を高密度
に配設することにより高速記録が可能であり、プリンタ
やファクシミリ等の情報出力装置に広く用いられてい
る。
【０００３】インクジェット記録方式の記録ヘッドは、
一般的には、インクを吐出するための吐出口と、吐出口
に連通しているインク路と、このインク路中に設けら
れ、電圧が印加されると熱エネルギーを発生する電気熱
変換素子とを具備している。この電気熱変換素子は、薄
膜の発熱抵抗体であるのが一般的である。図４は従来の
インクジェット記録ヘッドの断面図である。発熱抵抗体
３３はシリコン基板３１上に形成されている。また、発
熱抵抗体３３とシリコン基板３１の間には、蓄熱層およ
び絶縁層としての役割を果たす酸化膜３２が形成されて
いる。発熱抵抗体３３は、電極配線３４と接続され、パ
ルス状の電圧が印加されることによって発熱し、熱エネ
ルギーを発生させ、インク路のインクに気泡を発生させ
る。インクの気泡が発生する際には、インクの化学的反
応や、気泡の成長や消滅によって衝撃が発生する。これ
らの衝撃から発熱抵抗体３３を保護するために、タンタ
ル（Ｔａ）保護膜３６が発熱抵抗体３３上に形成されて
いる。Ｔａ保護膜３６の下には、発熱抵抗体３３とＴａ
保護膜３６との電気的な絶縁を計るために、窒化シリコ
ン（ＳｉＮ）等の絶縁保護膜３５がさらに形成されてい
る。
一般的には、インクを吐出するための吐出口と、吐出口
に連通しているインク路と、このインク路中に設けら
れ、電圧が印加されると熱エネルギーを発生する電気熱
変換素子とを具備している。この電気熱変換素子は、薄
膜の発熱抵抗体であるのが一般的である。図４は従来の
インクジェット記録ヘッドの断面図である。発熱抵抗体
３３はシリコン基板３１上に形成されている。また、発
熱抵抗体３３とシリコン基板３１の間には、蓄熱層およ
び絶縁層としての役割を果たす酸化膜３２が形成されて
いる。発熱抵抗体３３は、電極配線３４と接続され、パ
ルス状の電圧が印加されることによって発熱し、熱エネ
ルギーを発生させ、インク路のインクに気泡を発生させ
る。インクの気泡が発生する際には、インクの化学的反
応や、気泡の成長や消滅によって衝撃が発生する。これ
らの衝撃から発熱抵抗体３３を保護するために、タンタ
ル（Ｔａ）保護膜３６が発熱抵抗体３３上に形成されて
いる。Ｔａ保護膜３６の下には、発熱抵抗体３３とＴａ
保護膜３６との電気的な絶縁を計るために、窒化シリコ
ン（ＳｉＮ）等の絶縁保護膜３５がさらに形成されてい
る。
【０００４】したがって、発熱抵抗体３３から発生した
熱エネルギーは、発熱抵抗体３３上部に設けられたＳｉ
Ｎ絶縁保護膜３５およびＴａ保護膜３６中を熱伝導現象
によって伝達される。このことにより、Ｔａ保護膜３６
上のインクに熱が与えられてインクに気泡３９が発生す
る。気泡３９が発生することにより、インクの吐出口で
あるノズル３７周辺のインクが圧迫され、インク滴３８
がノズル３７から吐出される。
熱エネルギーは、発熱抵抗体３３上部に設けられたＳｉ
Ｎ絶縁保護膜３５およびＴａ保護膜３６中を熱伝導現象
によって伝達される。このことにより、Ｔａ保護膜３６
上のインクに熱が与えられてインクに気泡３９が発生す
る。気泡３９が発生することにより、インクの吐出口で
あるノズル３７周辺のインクが圧迫され、インク滴３８
がノズル３７から吐出される。
【０００５】ところで、近年画像の高画質化を計るため
に、吐出口から吐出されるインクは小液適化の傾向を示
している。このため、同じ画像を１紙面に形成するのに
必要なインク滴の数は著しく上昇している。例えば、Ａ
４用紙（２１０ｍｍ×２９７ｍｍ）に２５．４ｍｍ
2（１平方インチ）あたり１２００×１２００ドットの
密度で１５％密度の画像を形成しようとした場合、同じ
色のインクのドット数は１．９×１０7ドット／枚にな
る。カラー画像を形成しようとした場合には、各色のイ
ンクがこのドット数で紙面上に打たれることになる。ま
た、インクジェット記録ヘッドを応用したプリンタ等の
機器では、高速化が進められるとともに、耐久記録枚数
の向上が強く望まれるようになってきている。耐久記録
枚数を向上させるためには、吐出口から吐出されるイン
ク滴が長時間、同じ方向、同じ量、同じ速度で吐出され
る必要がある。
に、吐出口から吐出されるインクは小液適化の傾向を示
している。このため、同じ画像を１紙面に形成するのに
必要なインク滴の数は著しく上昇している。例えば、Ａ
４用紙（２１０ｍｍ×２９７ｍｍ）に２５．４ｍｍ
2（１平方インチ）あたり１２００×１２００ドットの
密度で１５％密度の画像を形成しようとした場合、同じ
色のインクのドット数は１．９×１０7ドット／枚にな
る。カラー画像を形成しようとした場合には、各色のイ
ンクがこのドット数で紙面上に打たれることになる。ま
た、インクジェット記録ヘッドを応用したプリンタ等の
機器では、高速化が進められるとともに、耐久記録枚数
の向上が強く望まれるようになってきている。耐久記録
枚数を向上させるためには、吐出口から吐出されるイン
ク滴が長時間、同じ方向、同じ量、同じ速度で吐出され
る必要がある。
【０００６】しかしながら、インクの吐出がくり返され
ると、Ｔａ保護膜３６の表面上にはインクの焦げが生じ
ることがあり、そのインクの焦げによって気泡の形成の
安定性が低下する。さらにインクの吐出がくり返される
と、Ｔａ保護膜３６のＴａが削られて薄くなり、インク
がＴａ保護膜３６を貫通するような現象が発生すること
がある。その後、発熱抵抗体３３上に形成された絶縁保
護膜３５にもインクの浸透が進み、発熱抵抗体３３およ
びその電極配線３４にまでインクが浸透していき、電極
配線３４において電食現象が進行し、最終的には、電極
配線３４が断線してしまうことがある。
ると、Ｔａ保護膜３６の表面上にはインクの焦げが生じ
ることがあり、そのインクの焦げによって気泡の形成の
安定性が低下する。さらにインクの吐出がくり返される
と、Ｔａ保護膜３６のＴａが削られて薄くなり、インク
がＴａ保護膜３６を貫通するような現象が発生すること
がある。その後、発熱抵抗体３３上に形成された絶縁保
護膜３５にもインクの浸透が進み、発熱抵抗体３３およ
びその電極配線３４にまでインクが浸透していき、電極
配線３４において電食現象が進行し、最終的には、電極
配線３４が断線してしまうことがある。
【０００７】図５は、従来のインクジェット記録ヘッド
の発熱抵抗体３３の温度およびＴａ保護膜３６の表面温
度の変化を示すグラフである。図５（ａ）は、この熱エ
ネルギーが与えられた発熱抵抗体３３の温度およびＴａ
保護膜３６の表面温度の変化を示すグラフである。図５
（ｂ）は、発熱抵抗体３３に入力するパルス電圧の波形
を示すグラフである。図５（ａ）では、発熱抵抗体３３
の温度は実線で表され、Ｔａ保護膜３６の表面温度は点
線で表されている。
の発熱抵抗体３３の温度およびＴａ保護膜３６の表面温
度の変化を示すグラフである。図５（ａ）は、この熱エ
ネルギーが与えられた発熱抵抗体３３の温度およびＴａ
保護膜３６の表面温度の変化を示すグラフである。図５
（ｂ）は、発熱抵抗体３３に入力するパルス電圧の波形
を示すグラフである。図５（ａ）では、発熱抵抗体３３
の温度は実線で表され、Ｔａ保護膜３６の表面温度は点
線で表されている。
【０００８】発熱抵抗体３３の温度およびＴａ保護膜３
６の表面温度は、パルス電圧が発熱抵抗体３３に入力さ
れる時刻ｔ0には、室温と同じＴ0となっている。パルス
電圧が発熱抵抗体３３に印加されると、それまで室温と
同じＴ0だった発熱抵抗体３３の温度およびＴａ保護膜
３６の表面温度は上昇する。Ｔａ保護膜３６の表面温度
がＴ1（＝３００℃）に達した時刻ｔ1には、Ｔａ保護膜
３６とインクとの界面に気泡が発生する。その時、発熱
抵抗体３３の温度はすでにＴ2に達している。気泡が発
生したことにより、Ｔａ保護膜３６の表面からインク中
へ熱が伝搬しなくなるため、Ｔａ保護膜３６の表面温度
は急激な上昇を始める。同様に発熱抵抗体３３の温度も
急激に上昇する。これらの温度は、発熱抵抗体３３への
パルス電圧の印加を停止した時刻ｔ3において頂点を示
し、その値はそれぞれＴP1、ＴP2となる。発熱抵抗体３
３へのパルス電圧の印加が停止された時刻ｔ3後は、発
熱抵抗体３３から熱エネルギーが発生しないので、発熱
抵抗体３３の温度およびＴａ保護膜３６の表面温度は急
激に低下し、もとの室温Ｔ0にもどる。発熱抵抗体３３
へ入力するパルス電圧の印加を停止する時刻ｔ3と、気
泡が発生する時刻ｔ1との間を短縮し、発熱抵抗体３３
の最高到達温度ＴP1およびＴａ保護膜３６の最高到達温
度ＴP2を下げるほど、インクジェット記録ヘッドの耐久
性が著しく向上することが、実験的に明らかとなってい
る。
６の表面温度は、パルス電圧が発熱抵抗体３３に入力さ
れる時刻ｔ0には、室温と同じＴ0となっている。パルス
電圧が発熱抵抗体３３に印加されると、それまで室温と
同じＴ0だった発熱抵抗体３３の温度およびＴａ保護膜
３６の表面温度は上昇する。Ｔａ保護膜３６の表面温度
がＴ1（＝３００℃）に達した時刻ｔ1には、Ｔａ保護膜
３６とインクとの界面に気泡が発生する。その時、発熱
抵抗体３３の温度はすでにＴ2に達している。気泡が発
生したことにより、Ｔａ保護膜３６の表面からインク中
へ熱が伝搬しなくなるため、Ｔａ保護膜３６の表面温度
は急激な上昇を始める。同様に発熱抵抗体３３の温度も
急激に上昇する。これらの温度は、発熱抵抗体３３への
パルス電圧の印加を停止した時刻ｔ3において頂点を示
し、その値はそれぞれＴP1、ＴP2となる。発熱抵抗体３
３へのパルス電圧の印加が停止された時刻ｔ3後は、発
熱抵抗体３３から熱エネルギーが発生しないので、発熱
抵抗体３３の温度およびＴａ保護膜３６の表面温度は急
激に低下し、もとの室温Ｔ0にもどる。発熱抵抗体３３
へ入力するパルス電圧の印加を停止する時刻ｔ3と、気
泡が発生する時刻ｔ1との間を短縮し、発熱抵抗体３３
の最高到達温度ＴP1およびＴａ保護膜３６の最高到達温
度ＴP2を下げるほど、インクジェット記録ヘッドの耐久
性が著しく向上することが、実験的に明らかとなってい
る。
【０００９】従来より、この発熱抵抗体３３の最高到達
温度ＴP1およびＴａ保護膜３６の最高到達温度ＴP2を下
げるために、様々な工夫がなされている。インクジェッ
ト記録装置に温度センサを取りつけ、インクジェット記
録ヘッドの温度を、温度センサでセンシングして、発熱
抵抗体を駆動するパルス電圧の幅を変調する制御装置を
プリンタ本体に備えるのは、その一例である。しかしな
がら、この温度センサは、インクジェット記録ヘッド全
体の温度を計測するものであり、発熱抵抗体近辺の温度
を正確に計測するものではなかった。
温度ＴP1およびＴａ保護膜３６の最高到達温度ＴP2を下
げるために、様々な工夫がなされている。インクジェッ
ト記録装置に温度センサを取りつけ、インクジェット記
録ヘッドの温度を、温度センサでセンシングして、発熱
抵抗体を駆動するパルス電圧の幅を変調する制御装置を
プリンタ本体に備えるのは、その一例である。しかしな
がら、この温度センサは、インクジェット記録ヘッド全
体の温度を計測するものであり、発熱抵抗体近辺の温度
を正確に計測するものではなかった。
【００１０】また、複数の発熱抵抗体を同時に駆動し、
その駆動数が逐次変化するような場合には、その同時駆
動本数に応じて、発熱抵抗体を駆動する時間を制御する
制御装置をプリンタ本体に備えるのもその一例である。
その駆動数が逐次変化するような場合には、その同時駆
動本数に応じて、発熱抵抗体を駆動する時間を制御する
制御装置をプリンタ本体に備えるのもその一例である。
【００１１】最近では、さらなる高速な記録および高画
質の多色の記録を実現するために、発熱抵抗体の数を増
やして、多数の発熱抵抗体を同時に駆動させるインクジ
ェット記録ヘッドが現われてきている。このようなイン
クジェット記録ヘッドでは、発熱抵抗体の数が多いため
に、１個１個の発熱抵抗体に温度センサを取り付けるこ
とが困難となっている。
質の多色の記録を実現するために、発熱抵抗体の数を増
やして、多数の発熱抵抗体を同時に駆動させるインクジ
ェット記録ヘッドが現われてきている。このようなイン
クジェット記録ヘッドでは、発熱抵抗体の数が多いため
に、１個１個の発熱抵抗体に温度センサを取り付けるこ
とが困難となっている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来のインク
ジェット記録ヘッドでは、インクジェット記録ヘッドの
全体的な温度をセンシングするセンサしか備えていない
ため、発熱抵抗体近辺の温度を正確に計測し、発熱抵抗
体を制御することができない。そして、多数の発熱抵抗
体を備えている場合に、各発熱抵抗体毎に温度センサを
備えることが困難なため、耐久性の向上を計ることがで
きないという問題があった。
ジェット記録ヘッドでは、インクジェット記録ヘッドの
全体的な温度をセンシングするセンサしか備えていない
ため、発熱抵抗体近辺の温度を正確に計測し、発熱抵抗
体を制御することができない。そして、多数の発熱抵抗
体を備えている場合に、各発熱抵抗体毎に温度センサを
備えることが困難なため、耐久性の向上を計ることがで
きないという問題があった。
【００１３】本発明は、多数の発熱抵抗体を備えるイン
クジェット記録ヘッドにおいても、発熱抵抗体近辺の温
度を正確に計測し、各発熱抵抗体の駆動時間を制御する
ことにより、耐久性の向上を計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。
クジェット記録ヘッドにおいても、発熱抵抗体近辺の温
度を正確に計測し、各発熱抵抗体の駆動時間を制御する
ことにより、耐久性の向上を計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。
【００１４】
【課題を解決するための手段】よって、上記目的を達成
するため、本発明は、インクを吐出する吐出口と、該吐
出口に連通するインク路と、半導体基板と、該インク路
のインクを加熱して気泡を発生させるために前記半導体
基板上に絶縁薄膜を介して形成された少なくとも１つの
発熱抵抗体とを備えたインクジェット記録ヘッドにおい
て、前記発熱抵抗体近傍に設置され、インクの気泡の発
生を検出する少なくとも１つのセンサと、該センサによ
り気泡の発生が検出されると前記各発熱抵抗体の加熱を
停止させる駆動制御手段とをさらに備えることを特徴と
する。
するため、本発明は、インクを吐出する吐出口と、該吐
出口に連通するインク路と、半導体基板と、該インク路
のインクを加熱して気泡を発生させるために前記半導体
基板上に絶縁薄膜を介して形成された少なくとも１つの
発熱抵抗体とを備えたインクジェット記録ヘッドにおい
て、前記発熱抵抗体近傍に設置され、インクの気泡の発
生を検出する少なくとも１つのセンサと、該センサによ
り気泡の発生が検出されると前記各発熱抵抗体の加熱を
停止させる駆動制御手段とをさらに備えることを特徴と
する。
【００１５】前記センサは、前記半導体基板の前記各発
熱抵抗体の下の領域に不純物を拡散することによりそれ
ぞれ形成されている少なくとも１つの半導体拡散抵抗体
を有し、前記各半導体拡散抵抗体の抵抗値の変化に基づ
いて気泡の発生をそれぞれ検出する。
熱抵抗体の下の領域に不純物を拡散することによりそれ
ぞれ形成されている少なくとも１つの半導体拡散抵抗体
を有し、前記各半導体拡散抵抗体の抵抗値の変化に基づ
いて気泡の発生をそれぞれ検出する。
【００１６】本発明のインクジェット記録ヘッドは、制
御手段に備えられたセンサを、半導体基板に形成されて
いる半導体拡散抵抗体によって気泡の発生を検出するセ
ンサとすることによって、センサを小型化し、発熱抵抗
体の近傍に設置して発熱抵抗体近辺の温度を正確に計測
することができるため、多数の発熱抵抗体を備えるイン
クジェット記録ヘッドにおいても、発熱抵抗体の駆動時
間を制御することによって、発熱抵抗体の余分な加熱が
抑制されるので、インクジェット記録ヘッドの耐久性を
向上させることが可能となる。
御手段に備えられたセンサを、半導体基板に形成されて
いる半導体拡散抵抗体によって気泡の発生を検出するセ
ンサとすることによって、センサを小型化し、発熱抵抗
体の近傍に設置して発熱抵抗体近辺の温度を正確に計測
することができるため、多数の発熱抵抗体を備えるイン
クジェット記録ヘッドにおいても、発熱抵抗体の駆動時
間を制御することによって、発熱抵抗体の余分な加熱が
抑制されるので、インクジェット記録ヘッドの耐久性を
向上させることが可能となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】次に、本発明のインクジェット記
録ヘッドの一実施形態の構成について図面を参照して詳
細に説明する。全図において、同一の符号がつけられて
いる構成要素は、すべて同一のものを示す。
録ヘッドの一実施形態の構成について図面を参照して詳
細に説明する。全図において、同一の符号がつけられて
いる構成要素は、すべて同一のものを示す。
【００１８】図１は、本実施形態のインクジェット記録
ヘッドの断面図である。本実施形態のインクジェット記
録ヘッドは、図４の従来のインクジェット記録ヘッドに
対して、図１に示すように、発熱抵抗体３３直下のシリ
コン基板３１中に、不純物をドープすることによって半
導体拡散抵抗体４０が形成されている点のみが異なって
いる。この半導体拡散抵抗体４０の抵抗値は発熱抵抗体
３３の発熱による温度上昇によって大きく変化する。な
お、本実施形態のインクジェット記録装置は、実際に
は、多数の発熱抵抗体を有しているが、図１では、説明
を簡単にするために、１個の発熱抵抗体３３に対して、
１個の半導体拡散抵抗体４０が設けられている部分のみ
が示されている。
ヘッドの断面図である。本実施形態のインクジェット記
録ヘッドは、図４の従来のインクジェット記録ヘッドに
対して、図１に示すように、発熱抵抗体３３直下のシリ
コン基板３１中に、不純物をドープすることによって半
導体拡散抵抗体４０が形成されている点のみが異なって
いる。この半導体拡散抵抗体４０の抵抗値は発熱抵抗体
３３の発熱による温度上昇によって大きく変化する。な
お、本実施形態のインクジェット記録装置は、実際に
は、多数の発熱抵抗体を有しているが、図１では、説明
を簡単にするために、１個の発熱抵抗体３３に対して、
１個の半導体拡散抵抗体４０が設けられている部分のみ
が示されている。
【００１９】本実施形態のインクジェット記録ヘッド
は、前述の半導体拡散抵抗体４０の特性を利用して、気
泡３９の発生を検出することによって、発熱抵抗体３３
の駆動時間を制御する制御部を有する。図２は、本実施
形態のインクジェット記録ヘッドの制御部の等価回路図
である。本実施形態のインクジェット記録ヘッドの制御
部の等価回路は、発熱抵抗体３３と、発熱抵抗体３３に
電力を供給する電源１１と、スイッチ駆動信号１７が入
力されるとオンとなるスイッチ１３と、気泡の発生を検
出すると制御信号１６を出力するセンサ１４と、画像入
力信号１５と制御信号１６とを入力とし、スイッチ駆動
信号１７を出力とする駆動制御部１８とから構成され
る。センサ１４は、半導体拡散抵抗体４０の抵抗値の変
化を利用して、気泡の発生を検出する。絶縁保護膜３５
およびＴａ保護膜３６の厚さや、それら保護膜の熱伝導
率や密度によってＴａ保護膜３６の表面温度との温度差
を正確に予測することが可能である。したがって、セン
サ１４は、半導体拡散抵抗体４０の電気抵抗値からＴａ
保護膜３６の表面温度を割り出して、気泡の発生を検出
することができる。
は、前述の半導体拡散抵抗体４０の特性を利用して、気
泡３９の発生を検出することによって、発熱抵抗体３３
の駆動時間を制御する制御部を有する。図２は、本実施
形態のインクジェット記録ヘッドの制御部の等価回路図
である。本実施形態のインクジェット記録ヘッドの制御
部の等価回路は、発熱抵抗体３３と、発熱抵抗体３３に
電力を供給する電源１１と、スイッチ駆動信号１７が入
力されるとオンとなるスイッチ１３と、気泡の発生を検
出すると制御信号１６を出力するセンサ１４と、画像入
力信号１５と制御信号１６とを入力とし、スイッチ駆動
信号１７を出力とする駆動制御部１８とから構成され
る。センサ１４は、半導体拡散抵抗体４０の抵抗値の変
化を利用して、気泡の発生を検出する。絶縁保護膜３５
およびＴａ保護膜３６の厚さや、それら保護膜の熱伝導
率や密度によってＴａ保護膜３６の表面温度との温度差
を正確に予測することが可能である。したがって、セン
サ１４は、半導体拡散抵抗体４０の電気抵抗値からＴａ
保護膜３６の表面温度を割り出して、気泡の発生を検出
することができる。
【００２０】画像入力信号１５が入力されないときに
は、駆動制御部１８はスイッチ駆動信号１７を出力せ
ず、スイッチ１３は開のままとなる。駆動制御部１８に
画像入力信号１５が入力され、制御信号１６が入力され
ない場合には、駆動制御部１８はスイッチ駆動信号１７
を出力する。そうするとスイッチ１３が閉となり、発熱
抵抗体３３が発熱する。しかし、駆動制御部１８に画像
入力信号１５が入力されても、センサ１４によって気泡
の発生が検出され制御信号１６が駆動制御部１８に入力
されれば、駆動制御部１８はスイッチ駆動信号１７を出
力せず、スイッチ１３を開となる。
は、駆動制御部１８はスイッチ駆動信号１７を出力せ
ず、スイッチ１３は開のままとなる。駆動制御部１８に
画像入力信号１５が入力され、制御信号１６が入力され
ない場合には、駆動制御部１８はスイッチ駆動信号１７
を出力する。そうするとスイッチ１３が閉となり、発熱
抵抗体３３が発熱する。しかし、駆動制御部１８に画像
入力信号１５が入力されても、センサ１４によって気泡
の発生が検出され制御信号１６が駆動制御部１８に入力
されれば、駆動制御部１８はスイッチ駆動信号１７を出
力せず、スイッチ１３を開となる。
【００２１】次に、本発明のインクジェット記録ヘッド
の制御装置の一実施形態の動作について図面を参照して
詳細に説明する。図３は、本実施形態のインクジェット
記録ヘッドの発熱抵抗体３３の温度およびＴａ保護膜３
６の表面温度の変化を示すグラフである。図３（ａ）
は、この熱エネルギーが与えられた発熱抵抗体３３の温
度およびＴａ保護膜３６の表面温度の変化を示すグラフ
である。図３（ｂ）は、発熱抵抗体３３に入力するパル
ス電圧の波形を示すグラフである。図３（ａ）では、発
熱抵抗体３３の温度は実線で表され、Ｔａ保護膜３６の
表面温度は点線で表されている。
の制御装置の一実施形態の動作について図面を参照して
詳細に説明する。図３は、本実施形態のインクジェット
記録ヘッドの発熱抵抗体３３の温度およびＴａ保護膜３
６の表面温度の変化を示すグラフである。図３（ａ）
は、この熱エネルギーが与えられた発熱抵抗体３３の温
度およびＴａ保護膜３６の表面温度の変化を示すグラフ
である。図３（ｂ）は、発熱抵抗体３３に入力するパル
ス電圧の波形を示すグラフである。図３（ａ）では、発
熱抵抗体３３の温度は実線で表され、Ｔａ保護膜３６の
表面温度は点線で表されている。
【００２２】時刻ｔ0以前では、発熱抵抗体３３の温度
およびＴａ保護膜３６の表面温度は、室温Ｔ0と同じに
なっている。時刻ｔ0において、画像入力信号１５が駆
動制御部１８に入力されると、駆動制御部１８は、スイ
ッチ駆動信号１７を出力し、スイッチ１３をオンする。
スイッチ１３がオンされると、発熱抵抗体３３に電源１
１からパルス電圧が印加され、発熱抵抗体３３の温度が
上昇する。
およびＴａ保護膜３６の表面温度は、室温Ｔ0と同じに
なっている。時刻ｔ0において、画像入力信号１５が駆
動制御部１８に入力されると、駆動制御部１８は、スイ
ッチ駆動信号１７を出力し、スイッチ１３をオンする。
スイッチ１３がオンされると、発熱抵抗体３３に電源１
１からパルス電圧が印加され、発熱抵抗体３３の温度が
上昇する。
【００２３】時刻ｔ1において、発熱抵抗体３３の温度
がＴ2の温度まで上昇した時、Ｔａ保護膜３６のインク
界面の表面温度は気泡発生温度Ｔ1に到達し、Ｔａ保護
膜３６とインクとの界面に気泡が発生し始める。センサ
１４が気泡の発生を検出すると、センサ１４は制御信号
１６を駆動制御部１８に出力する。駆動制御部１８は制
御信号１６を入力するとスイッチ制御信号１７を出力
し、スイッチ１３をオフする。スイッチ１３がオフされ
る時刻は、センサ１４がインクの気泡の発生を検出して
から駆動制御部１８がスイッチ制御信号１７を出力する
動作の遅れによって時刻ｔ2となる。
がＴ2の温度まで上昇した時、Ｔａ保護膜３６のインク
界面の表面温度は気泡発生温度Ｔ1に到達し、Ｔａ保護
膜３６とインクとの界面に気泡が発生し始める。センサ
１４が気泡の発生を検出すると、センサ１４は制御信号
１６を駆動制御部１８に出力する。駆動制御部１８は制
御信号１６を入力するとスイッチ制御信号１７を出力
し、スイッチ１３をオフする。スイッチ１３がオフされ
る時刻は、センサ１４がインクの気泡の発生を検出して
から駆動制御部１８がスイッチ制御信号１７を出力する
動作の遅れによって時刻ｔ2となる。
【００２４】この時刻ｔ2以降は、発熱抵抗体３３の温
度およびＴａ保護膜３６の表面温度は低下するため、時
刻ｔ2における発熱抵抗体の温度ＴP2’およびＴａ保護
膜３６の表面温度ＴP1’がそれぞれの最高到達温度とな
る。発熱抵抗体３３およびＴａ保護膜３６の表面の最高
到達温度ＴP2’、ＴP1’は、図５に示したＴP2、ＴP1の
値よりも低い温度に抑制される。
度およびＴａ保護膜３６の表面温度は低下するため、時
刻ｔ2における発熱抵抗体の温度ＴP2’およびＴａ保護
膜３６の表面温度ＴP1’がそれぞれの最高到達温度とな
る。発熱抵抗体３３およびＴａ保護膜３６の表面の最高
到達温度ＴP2’、ＴP1’は、図５に示したＴP2、ＴP1の
値よりも低い温度に抑制される。
【００２５】本実施形態のインクジェット記録ヘッドに
おけるセンサ１４は温度センサであるが、シリコン基板
中に形成された半導体拡散抵抗体は、圧力を受けた時、
その機械的変位量に応じて抵抗値が変化するため、イン
クの気泡の発生を検出するセンサは、この抵抗値変化を
利用した圧力センサであってもよい。
おけるセンサ１４は温度センサであるが、シリコン基板
中に形成された半導体拡散抵抗体は、圧力を受けた時、
その機械的変位量に応じて抵抗値が変化するため、イン
クの気泡の発生を検出するセンサは、この抵抗値変化を
利用した圧力センサであってもよい。
【００２６】本実施形態のインクジェット記録ヘッド
は、１つの発熱抵抗体に１つのセンサを設け、個々の発
熱抵抗体に対しインクの気泡の発生の制御が行われる。
したがって、各発熱抵抗体における気泡発生の時間的な
ばらつきや、温度上昇のばらつきに影響されない正確な
制御が可能となる。しかし、実際のインクジェット記録
ヘッドは、複数の発熱抵抗体を同時に駆動する場合が多
いため、複数個の発熱抵抗体に対し、１つのセンサを設
けて制御することも可能である。
は、１つの発熱抵抗体に１つのセンサを設け、個々の発
熱抵抗体に対しインクの気泡の発生の制御が行われる。
したがって、各発熱抵抗体における気泡発生の時間的な
ばらつきや、温度上昇のばらつきに影響されない正確な
制御が可能となる。しかし、実際のインクジェット記録
ヘッドは、複数の発熱抵抗体を同時に駆動する場合が多
いため、複数個の発熱抵抗体に対し、１つのセンサを設
けて制御することも可能である。
【００２７】また、本実施形態のインクジェット記録ヘ
ッドでは、発熱抵抗体および保護膜はシリコン基板上に
形成され、発熱抵抗体を制御する制御部を構成するトラ
ンジスタ回路も同じくシリコン基板上に同時に形成され
ている。上述のセンサは、このシリコン基板中にトラン
ジスタ回路や、発熱抵抗体、保護膜等を形成する過程に
おいて、同時に形成することができる。また、発熱抵抗
体が形成されているシリコン基板の裏面に、上述のセン
サを設けることもできる。
ッドでは、発熱抵抗体および保護膜はシリコン基板上に
形成され、発熱抵抗体を制御する制御部を構成するトラ
ンジスタ回路も同じくシリコン基板上に同時に形成され
ている。上述のセンサは、このシリコン基板中にトラン
ジスタ回路や、発熱抵抗体、保護膜等を形成する過程に
おいて、同時に形成することができる。また、発熱抵抗
体が形成されているシリコン基板の裏面に、上述のセン
サを設けることもできる。
【００２８】本実施形態のインクジェット記録ヘッドで
は、発熱抵抗体３３の駆動時間を制御することによっ
て、発熱抵抗体３３に加えられる電気エネルギーを最小
限に抑えることができるので、インクジェット記録ヘッ
ドの省電力化を計ることができる。
は、発熱抵抗体３３の駆動時間を制御することによっ
て、発熱抵抗体３３に加えられる電気エネルギーを最小
限に抑えることができるので、インクジェット記録ヘッ
ドの省電力化を計ることができる。
【００２９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のインクジ
ェット記録ヘッドでは、半導体基板に形成されている半
導体拡散抵抗体によって気泡の発生を検出するセンサと
することによって、センサの小型化を計り、センサを発
熱抵抗体近辺に設置し、発熱抵抗体近辺の温度を正確に
計測することができるため、インクジェット記録ヘッド
が多数の発熱抵抗体を有していても、発熱抵抗体の駆動
時間を制御することによって発熱抵抗体の余分な加熱が
抑制されるので、インクジェット記録ヘッドの耐久性を
向上させることが可能となる。
ェット記録ヘッドでは、半導体基板に形成されている半
導体拡散抵抗体によって気泡の発生を検出するセンサと
することによって、センサの小型化を計り、センサを発
熱抵抗体近辺に設置し、発熱抵抗体近辺の温度を正確に
計測することができるため、インクジェット記録ヘッド
が多数の発熱抵抗体を有していても、発熱抵抗体の駆動
時間を制御することによって発熱抵抗体の余分な加熱が
抑制されるので、インクジェット記録ヘッドの耐久性を
向上させることが可能となる。
【図１】本発明の一実施形態のインクジェット記録ヘッ
ドの断面図である。
ドの断面図である。
【図２】本発明の一実施形態のインクジェット記録ヘッ
ドの制御部の等価回路図である。
ドの制御部の等価回路図である。
【図３】本発明の一実施形態のインクジェット記録ヘッ
ドの発熱抵抗体の温度および保護膜の表面温度の変化を
示すグラフである。
ドの発熱抵抗体の温度および保護膜の表面温度の変化を
示すグラフである。
【図４】従来のインクジェット記録ヘッドの断面図であ
る。
る。
【図５】従来のインクジェット記録ヘッドにおける発熱
抵抗体の温度および保護膜表面の表面温度の変化を示す
グラフである。
抵抗体の温度および保護膜表面の表面温度の変化を示す
グラフである。
１１ 電源 １３ スイッチ １４ センサ １５ 入力信号 １６ 制御信号 １７ スイッチ駆動信号 １８ 駆動制御部 ３１ シリコン基板 ３２ 酸化膜 ３３ 発熱抵抗体 ３４ 電極配線 ３５ 絶縁保護膜 ３６ Ｔａ保護膜 ３７ ノズル ３８ インク滴 ４０ 半導体拡散抵抗体
Claims (6)
- 【請求項１】 インクを吐出する吐出口と、該吐出口に
連通するインク路と、半導体基板と、該インク路のイン
クを加熱して気泡を発生させるために前記半導体基板上
に絶縁薄膜を介して形成された少なくとも１つの発熱抵
抗体とを備えたインクジェット記録ヘッドにおいて、 前記発熱抵抗体近傍に設置され、インクの気泡の発生を
検出する少なくとも１つのセンサと、 該センサにより気泡の発生が検出されると前記各発熱抵
抗体の加熱を停止させる駆動制御手段とをさらに備える
ことを特徴とするインクジェット記録ヘッド。 - 【請求項２】 前記センサは、前記半導体基板の前記各
発熱抵抗体の下の領域に不純物を拡散することにより形
成されている少なくとも１つの半導体拡散抵抗体の抵抗
値の変化に基づいて気泡の発生をそれぞれ検出する請求
項１記載のインクジェット記録ヘッド。 - 【請求項３】 前記センサは、温度によって抵抗値が変
化する前記半導体拡散抵抗体の特性に基づいて、インク
が気泡発生温度に達し、気泡が発生することを前記抵抗
値から検出する請求項２記載のインクジェット記録ヘッ
ド。 - 【請求項４】 前記センサは、外部から圧力を受けるこ
とにより生ずる機械的変位量によって抵抗値が変化する
前記半導体拡散抵抗体の特性に基づいて、気泡が発生す
る時の衝撃による前記抵抗値の変化からインクの気泡の
発生を検出する請求項２記載のインクジェット記録ヘッ
ド。 - 【請求項５】 １個の前記発熱抵抗体に対して１個の前
記センサが設けられている請求項１から４のいずれか１
項記載のインクジェット記録ヘッド。 - 【請求項６】 複数の前記発熱抵抗体に対して１個の前
記センサが設けられている請求項１から４のいずれか１
項記載のインクジェット記録ヘッド。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31846799A JP2001129995A (ja) | 1999-11-09 | 1999-11-09 | インクジェット記録ヘッド |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31846799A JP2001129995A (ja) | 1999-11-09 | 1999-11-09 | インクジェット記録ヘッド |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001129995A true JP2001129995A (ja) | 2001-05-15 |
Family
ID=18099451
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31846799A Pending JP2001129995A (ja) | 1999-11-09 | 1999-11-09 | インクジェット記録ヘッド |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001129995A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1591252A1 (en) * | 2004-04-26 | 2005-11-02 | Canon Kabushiki Kaisha | Liquid discharge head |
-
1999
- 1999-11-09 JP JP31846799A patent/JP2001129995A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1591252A1 (en) * | 2004-04-26 | 2005-11-02 | Canon Kabushiki Kaisha | Liquid discharge head |
| US7350891B2 (en) | 2004-04-26 | 2008-04-01 | Canon Kabushiki Kaisha | Liquid discharge head |
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