JP2001138519A

JP2001138519A - インクジェットプリンタヘッド

Info

Publication number: JP2001138519A
Application number: JP31939499A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Kanemitsu; 聡金光; Koichi Tanaka; 幸一田中
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd
Priority date: 1999-11-10
Filing date: 1999-11-10
Publication date: 2001-05-22

Abstract

(57)【要約】【課題】各インク加圧室毎にインクの供給から吐出に至
るインク流動状態を簡単な装置で正確に検出するインク
ジェットプリンタヘッドを提供する。【解決手段】各インク加圧室１４ (１４i 、１４i+1 〜
１４i+4)毎に各発熱部９の近傍に一対の電極１９を夫々
配設し、駆動パルス信号の発生で、電極１９間の抵抗値
が、インク充満の抵抗値“Ｌ" から気泡充満の抵抗値
“Ｈ" となった後正常に降下すればインクの吐出と補給
が正常と判断する。上記気泡充満の抵抗値“Ｈ" に上昇
したのち再びインク充満の抵抗値“Ｌ" になるまでの抵
抗値の降下が緩慢であるときは、気泡の収縮が遅い、す
なわち吐出ノズルが目詰まりでインクが吐出されなかっ
たと判断する。インク充満の抵抗値“Ｌ" のまま抵抗値
が“Ｈ" にならないときは、電極配線の断線か又は発熱
部９の不良により発熱部９が発熱しなかったと判断す
る。インク充満の抵抗値“Ｌ" から気泡充満の抵抗値
“Ｈ" に上昇したまま降下しないときは、インク加圧室
１４にインクの補給が無いと判断する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、各インク加圧室毎
にインクの供給から吐出に至るインク流動状態を簡単な
装置で正確に検出するインクジェットプリンタヘッドに
関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、インクジェット方式のプリンタが
広く用いられている。このインクジェット方式によるプ
リンタには、発熱体を発熱させてインクとの界面に膜気
泡を発生させ、その膜気泡の圧力でインク滴を飛ばすサ
ーマル方式や、ピエゾ抵抗素子（圧電素子）を変形させ
て、その圧力によりインク滴を飛ばすピエゾ方式等があ
る。

【０００３】これらは、色材たるインクをインク滴にし
て直接記録紙に向かって吐出し印字を行うから、粉末状
の印材であるトナーを用いる電子写真方式と比較した場
合、印字エネルギーが低くて済み、インクの混合による
カラー化が容易であり、印字ドットを小さくできるので
高画質であり、印字に使用されるインクの量に無駄が無
くコストパフォーマンスに優れており、このため特にパ
ーソナル用プリンタとして広く用いられている印字方式
である。

【０００４】このようなインクジェットプリンタの印字
ヘッドは、例えば１４ｍｍ×１８ｍｍの大きさのチップ
基板上に、多いものでは２８８個のインク滴吐出用の吐
出ノズルが、４２．３μｍの配置ピッチで形成されてい
る。このように極めて微細な構成を有しているので、イ
ンクによる吐出ノズルの目詰まりや、インクに圧力を加
えるエネルギー発生素子の不具合が発生し易い。

【０００５】その場合、そのような不具合を出来るだけ
正確に検出して検出した不具合に対処することが望まし
い。そして、吐出ノズルの目詰まりであれば、プライミ
ングと呼ばれる空吐出（印字を伴わないインク又は洗浄
液の吐出）を繰り返し行なって目詰まりを解消する、又
はエネルギー発生素子の不具合であればマルチパス印字
を特別に制御して印字不良ドットを補完する等の処理を
行う必要がある。

【０００６】この吐出ノズル又はエネルギー発生素子の
不具合の検出システムとして、従来、温度センサを個々
のエネルギー発生素子の近傍に夫々配設して、各温度セ
ンサの検出値に基づいて、個々のエネルギー発生素子が
配置されたインク加圧室毎のインクの有無、吐出ノズル
の目詰まり、インクへの気泡混入の有無を検出するシス
テムが提案されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の温度センサをエネルギー発生素子の近傍に配設した
システムは、温度センサによって検出するインクの有無
によるしきい値温度の変動範囲が５〜１０℃と大きく、
これでは検出精度が悪く、不完全な吐出ノズルの目詰ま
りや吐出インク滴の大きさや速さに影響するインク中へ
の微細気泡の混入の有無などを、個々のインク加圧室毎
に検出することは実質的に出来ない、つまり、完全な目
詰まりと不完全な目詰まり或いは気泡の混入と正常な膜
気泡の発泡動作との微妙な識別が困難であるという問題
を有していた。

【０００８】本発明の課題は、上記従来の実情に鑑み、
各インク加圧室毎にインクの供給から吐出に至るインク
流動状態を簡単な装置で正確に検出するインクジェット
プリンタヘッドを提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】以下に、本発明に係わる
インクジェットプリンタヘッドの構成を述べる。本発明
のインクジェットプリンタヘッドは、インクを吐出させ
る為の圧カエネルギーを発生させる複数のエネルギー発
生素子と、該複数のエネルギー発生素子に夫々対応して
設けられ該エネルギー発生素子が発生させた圧力により
インクを所定方向に吐出させる吐出ノズルと、を有する
インクジェットプリンタヘッドであって、複数の上記エ
ネルギー発生素子にそれぞれ対応させて設けられ、該エ
ネルギー発生素子の近傍に存在する物質の物性値を測定
する複数の物性値測定手段と、夫々の上記物性測定手段
からの出力と夫々の上記エネルギー発生素子に対して電
圧印加する印加タイミングとから夫々の上記吐出ノズル
に対するインクの流動状態を検知するインク流動状態検
知手段とを有して構成される。

【００１０】上記物性値測定手段は、例えば請求項２記
載のように、一対の電極を備え、該一対の電極間の物質
の電気抵抗値を測定する電気抵抗値測定手段として構成
するのが良い。この場合、上記インク流動状態検知手段
は、例えば請求項３記載のように、上記エネルギー発生
素子に電圧を印加するのに応じて上記電気抵抗値が増大
し且つ電圧印加の停止と共に電気抵抗値が低減したとき
は上記インクが正常に吐出され且つ正常に補給されたと
判断し、また、例えば請求項４記載のように、上記エネ
ルギー発生素子への電圧の印加を停止した後も電気抵抗
値が低減しないときは上記インクが正常に補給されない
と判断し、また、例えば請求項５記載のように、上記エ
ネルギー発生素子への電圧の印加を開始しても電気抵抗
値が増加しないときは上記圧力エネルギーが発生されて
いないと判断するように構成することが好ましい。

【００１１】また、上記物性値測定手段は、例えば請求
項６記載のように、上記エネルギー発生素子の下部に設
けた圧カセンサで構成してもよい。この場合、上記イン
ク流動状態検知手段は、例えば請求項７記載のように、
上記エネルギー発生素子に電圧を印加したときの圧カセ
ンサの出力値が、正常にインクが吐出されたときの基準
出力値よりも大きいときは上記インクの吐出が不正であ
ると判断し、上記基準出力値よりも小さいときは上記イ
ンクの補給が不正であると判断することにより上記イン
クの流動状態を検知することが好ましい。

【００１２】また、上記エネルギー発生素子は、例えば
請求項８記載のように、発熱素子であることが好まし
い。これにより、各インク吐出経路毎にインクの供給か
ら吐出に至るインク流動状態を簡単な装置で正確に検出
するインクジェットプリンタヘッドが実現する。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照しながら説明する。図１(a) は、一実施の形態に
おける、フルカラー印刷用のインクジェットプリンタヘ
ッド（以下、単に印字ヘッドという）のインク吐出面を
模式的に示す図であり、同図(b) は、この印字ヘッドが
作成されて採取されるシリコンウェハを示す図である。

【００１４】同図(a) に示す印字ヘッド１は、チップ基
板２の上に図では陰になっていて見えないが後述する駆
動回路、発熱素子、電極配線、隔壁等の上にオリフィス
板３が積層されている。このオリフィス板３には多数の
例えば１４４個又は２８８個のインク吐出ノズル４から
なるノズル列５が４列形成されている。

【００１５】フルカラー印刷には、通常、減法混色の三
原色であるイエロー（黄色）、マゼンタ（赤色塗料
名）、及びシアン（緑味のある青色）の３色のインク
に、文字や画像の黒色部分などに用いられるブラック
（黒色）を加えた４色のインクが用いられ、これら４色
のインクが上記４列のノズル列５から吐出量を制御され
がら吐出される。そして、被記録材の１画素に、一部又
は全部の色のインクが適宜に混合吸収されてフルカラー
印刷による画像が形成される。

【００１６】上記の印字ヘッド１のチップ基板２は、お
よそ１４×１８ｍｍ程度の大きさであり、同図(b) に示
すシリコンウェハ６の直径が例えば６×２５．４ｍｍで
あるとすると、このシリコンウェハ６からチップ基板２
つまり印字ヘッド１を９０個以上採取することができ
る。

【００１７】図２(a),(b),(c) は、上記印字ヘッド１の
製造工程順を示す図であり、それぞれ上段に図１(a) の
破線Ａで示す部分を切り出して拡大して示し、中段に同
図(a) 上段のＢ−Ｂ′断面矢視図の部位を示し、下段に
同図(a) 上段のＣ−Ｃ′断面矢視図の部位を示してい
る。

【００１８】先ず、図２(a) に示すように、４×２５．
４ｍｍ以上のシリコンウェハ６（図１(b) 参照）の個々
のチップ基板２毎に、ＬＳＩ形成処理により電極配線を
備える駆動回路７とその駆動回路端子８（図１(a) 参
照）を形成すると共に、特には図示しないが厚さ１〜２
μｍのパッシベーション膜を形成し、この後、上記電極
配線及び駆動回路端子８用のコンタクト孔空けを行うと
共に不用部分のパッシベーション膜を除去する。

【００１９】次に、スパッタ又は蒸着等の薄膜形成技術
を用いて、Ｔａ（タンタル）−Ｓｉ（シリコン）−Ｏ
（酸素）又はＴａ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ（窒素）からなる発熱
部形成用の抵抗体膜を例えば４０００Åの厚さで成膜
し、更に、Ｗ（タングステン）−Ｔｉ（チタン）、Ｗ−
Ａｌ（アルミニューム）又はＷ−Ｓｉ（シリコン）など
からなるバリアメタル膜と、その上のＡｕ（金）からな
る電極膜を連続的に成膜する。

【００２０】そして、フォトリソ技術によって抵抗体
膜、電極膜及びバリアメタル膜をパターン化する。これ
により、抵抗体膜には例えばほぼ正方形の露出部となる
微細な発熱部９が多数（図２(a) では５個）形成され、
この発熱部９の両側にそれぞれ下部の抵抗体膜に重なっ
て成膜されて条形にパターン化された共通電極１１及び
個別配線電極１２が形成され、更にチップ基板２の端部
には共通電極給電端子１３（図１(a) 参照）が形成され
る。また、このとき、図２(a) には図示を省略している
が、詳しくは後述するインクの抵抗を測定するための一
対の電極が発熱部９の近傍に形成される。

【００２１】上記の個別配線電極１２の発熱部９とは反
対側の端部はパッシベーション膜のコンタクト孔を介し
て駆動回路７の電極配線に接続されている。また、共通
電極１１の条形に形成されずべた一面に形成された左方
の中央部には開口１１ａが形成されている。また、上記
の発熱部９及びその両側の条形の共通電極１１及び個別
配線電極１２により、エネルギー発生素子としての抵抗
発熱素子が形成されている。

【００２２】続いて、同図(b) に示すように、個々の発
熱部９に対応するインク加圧室１４及び外部から封止さ
れた共通インク流路１５を形成すべく感光性ポリイミド
などの有機材料からなる隔壁部材をコーティングにより
高さ２０μｍ程度に形成し、これをパターン化した後
に、３０分〜６０分、場合によって２時間、３００℃〜
４００℃の熱を加えるキュア（乾燥硬化、焼成）を行
い、キュア後の高さ１０μｍの上記感光性ポリイミドに
よる隔壁１６（シール隔壁１６−１、１６−２、区画隔
壁１６−３）を形成・固着させる。

【００２３】更に、ウェットエッチングまたはサンドブ
ラスト法などにより、共通電極１１の開口１１ａ内に露
出するチップ基板２の表面にインク溝１７を穿設し、更
にこのインク溝１７に連通し裏面に開口するインク供給
孔１８を貫通・穿設する。

【００２４】これにより、インク溝１７の左側に位置す
る共通電極１１部分と、右方の個別配線電極１２が配設
されている部分、及び各発熱部９間に立設された隔壁１
６（１６−１、１６−２、１６−３）と、この隔壁１６
により形成された発熱部９の数だけのインク加圧室１４
とこれらのインク加圧室１４に共通に連通する共通イン
ク流路１５と、これらに外部からインクを供給するイン
ク供給孔１８及びインク溝１７がチップ基板２上に形成
される。

【００２５】次に、同図(c) に示すように、ポリイミド
からなる厚さ１０〜３０μｍのフィルムのオリフィス板
３を、その片面に接着剤としての熱可塑性ポリイミドを
極薄に例えば厚さ２〜５μｍにコーテングし、上記積層
構造の最上層に張り付けて、２００〜３００℃で加熱し
ながら加圧してオリフィス板３を固着させ、隔壁１６に
よって形成されたインク加圧室１４及び共通インク流路
１５に蓋をする。

【００２６】これにより、外部から封止された隔壁１６
の厚さ１０μｍに対応する高さのインク加圧室１４及び
共通インク流路１５がチップ基板２上に形成される。続
いて、オリフィス板３の表面にマスク用のＮｉ、Ｃｕ又
はＡｌなどの厚さ０．５〜１μｍ程度の金属膜を形成
し、この金属膜をパターン化してポリイミドのオリフィ
ス板３を選択的にエッチングする為のマスクを形成し、
続いて、オリフィス板３をへリコン波エッチング装置な
どにより上記の金属膜マスクに従って、４０μｍφ〜２
０μｍφの孔空けをして多数の吐出ノズル４を一括形成
する。

【００２７】このとき、例えばオリフィス板３が図１
(a) に示す駆動回路端子８及び共通電極給電端子１３を
覆って形成されている場合は、上記の吐出ノズル４の孔
空けと共に、駆動回路端子８や共通電極給電端子１３等
のコンタクト孔も一括形成する。これにより、図１(a)
に示す４列のノズル列５を備えた印字ヘッド１が同図
(b) に示すシリコンウェハ６上に完成する。

【００２８】ここまでが、シリコンウェハ６の状態で処
理される。そして、最後に、ダイシングソーなどを用い
てカッテングして、チップ基板２毎に個別に分割し、実
装基板にダイボンディングし、ワイヤーボンディングな
どによる端子接続後、樹脂封止することにより実用単位
の印字ヘッドが完成する。

【００２９】この印字ヘッド１による印字動作は、駆動
回路７による駆動パルス信号の出力により発熱部９が選
択的に通電駆動されて発熱し、この発熱により発熱部９
とインクとの界面に多数の核気泡が発生し、この核気泡
が合体して膜気泡となり、この膜気泡が成長してインク
加圧室１４内のインクを四方に押し遣り、これにより、
インク加圧室１４内で行き場の無くなったインクは吐出
ノズル４から押し出されて吐出され、インク滴となって
飛翔して、オリフィス板に対向する用紙面に着弾して印
字ドットを形成する。

【００３０】上記の駆動パルス信号の出力を始点とし
て、発熱部９の発熱までおよそ１μｓ、インク滴の飛翔
までおよそ２μｓ、膜気泡が収縮して消滅するまでおよ
そ４〜５．５μｓ、インクがインク加圧室１４内に補給
されて充満するまでおよそ３００μｓである。

【００３１】図３は、上述した図２(a) の工程で、発熱
部９近傍に存在する物質の物性値の内の本実施形態では
電気抵抗を測定するための一対の電極が形成されたイン
ク加圧室１４（１４i 、１４i+1 、１４i+2 、１４i+3
）内の構成を詳細に示す図である。図３は、構成を分
かり易く示すため、図２(b) に示す工程を終了した状態
のものを更に拡大して示している。また、図３には、図
２(b) に示す構成と同一の構成部分には、図２(b) と同
一の番号を付与して示している。

【００３２】図３に示すように、インク加圧室１４内に
は、発熱部９の近傍に物性値測定手段としての一対の電
極１９が配設されている。この電極１９は、隔壁１６−
２の下層、及び不図示の電気絶縁膜を介して個別配線電
極１２の下層、にそれぞれ形成されている。この構成に
おいて、印字待機状態では、同図に示すインク加圧室１
４（１４i 〜１４i+4 ）の内の後述する膜気泡２１が発
生していないインク加圧室１４i 、１４i+3 １４i+4 に
はインクが充満している。したがって、一対の電極１９
間にもインクが充満している。

【００３３】近年では、一般に、インクは電解質溶液で
ある場合が多い。したがって、上記のようにインク加圧
室１４にインクが充満している状態、つまり一対の電極
１９間にインクが充満している状態では、一対の電極１
９間にはインクを介して微弱な電流が流れることにな
る。

【００３４】一方、例えば、インク加圧室１４i+2 の発
熱体９が通電されて、その発熱体９の機能が正常であれ
ば通常に発熱して、同図のインク加圧室１４i+2 に示す
ように、発熱体９とインクとの界面に膜気泡２１が形成
され、これが正常に成長してインク加圧室１４i+2 内に
所期の大きさの正常な膜気泡２１が充満する。したがっ
て、一対の電極１９間にも今まで存在していた液状のイ
ンクが追い出されて膜気泡２１が充満する。

【００３５】このように一対の電極１９間に膜気泡２１
が充満した場合は、通常、気体は電気を通さないから、
一対の電極１９間に電流は流れない。したがって、この
各一対の電極１９間の電気抵抗値を検知することによっ
て、各一対の電極１９間にインクが充満しているか（電
流が流れ、抵抗値が低い）気泡が充満しているか（電流
が流れず、抵抗値が高い）が分かる。換言すれば、各イ
ンク加圧室１４内にインクが充満しているか、又は気泡
が充満しているかが判明する。

【００３６】但し、インク加圧室１４内にインクが充満
しているからといって、そのままでは、印字待機状態に
おける補給されたインクの充満か、印字時における断線
又は発熱不良による滞留したインクの充満かは判明しな
い。また、インク加圧室１４内に気泡が充満しているか
らといって、そのままでは、印字時におけるインク吐出
時の正常な膜気泡２１による気泡の充満か、吐出ノズル
４の目詰まり又はインク補給不良による気泡の充満かは
判明しない。すなわち、このままでは、個々のインク加
圧室毎のインク流動状態を判別することはできない。

【００３７】ここで、前述したようにインクを吐出する
ための駆動パルス信号の出力と、この駆動パルス信号の
出力に基づき発熱部９が発熱してインクが吐出される
（膜気泡が充満する）までと、膜気泡が消滅してインク
がインク加圧室１４に充満するまでの、各タイミングが
判明しているから、このタイミングに合わせてインク加
圧室１４内の状態、すなわち加圧室内を占めるインクと
気泡の大まかな割合を検知することにより、具体的なイ
ンク流動状態を判別することができる。以下これについ
て説明する。

【００３８】上記の図３に示すように、上記一対の電極
１９は、夫々インク流動状態検知手段としての抵抗検出
装置２２に接続されている。抵抗検出装置２２には、特
には図示しないが、ＣＰＵ、メモリ等の他に、各一対の
電極１９にそれぞれ対応するコンパレータ等が設けられ
ている。ＣＰＵは、コンパレータにより各一対の電極１
９間の電気抵抗値を所定のしきい値と比較しながら検出
し、この検出結果と、プリンタ装置本体から印字ヘッド
１に出力される駆動パルス信号とに基づいて、インク流
動状態を判定する。

【００３９】図４(a) 〜(e) は、抵抗検出装置２２にお
けるインク流動状態判定のタイミングチャートである。
同図(a) は発熱部９に対する駆動パルス信号、同図(b)
〜(e) は、一対の電極１９により検知された抵抗値であ
る。抵抗検出装置２２のＣＰＵは、監視対象となってい
る発熱素子つまり発熱部９への同図(a) に示す駆動パル
ス信号２３（２３−１、２３−２、・・・）を検出した
ことに応じて、当該発熱部９が在るインク加圧室１４内
の一対の電極１９により検知され抵抗検出装置２２に入
力された抵抗値を参照する。

【００４０】そして、同図(b) に示すように、時間ｂ１
の気泡発生前のインク充満時における抵抗値“Ｌ" か
ら、上記駆動パルス信号２３−１の出力タイミング後に
核気泡の発生に伴い抵抗値が上昇し、時間ｂ２の核気泡
が膜気泡に成長した気体充満時の抵抗値“Ｈ" となり、
次の駆動パルス信号２３−２の出力タイミングまでに正
常に降下して、タイミングｔ１で再びインク充満時ｂ３
の抵抗値“Ｌ" となったときは、インク流動状態は正常
であり、吐出ノズル４からのインクの吐出が正常に行わ
れ、且つ吐出後のインクの補給が正常に行われたと判断
する。

【００４１】これがもし、同図(c) に示すように、時間
ｃ１のインク充満の抵抗値“Ｌ" から、上記駆動パルス
信号２３−１の出力タイミング後に抵抗値が上昇し、時
間ｃ２の気泡充満時の抵抗値“Ｈ" となったものの、そ
の後の抵抗値の降下状態Ｑ１が緩慢で、再びインク充満
時ｃ３の抵抗値“Ｌ" となったときのタイミングｔ２が
正常時のタイミングｔ１より時間Δｔ程度遅れ気味であ
るときは、インク流動状態は不良であり、この場合は、
吐出ノズルの目詰まりによるインクの吐出不良のため、
インク加圧室１４内のインクや気泡が外部に抜ける分が
ないだけインクの再充填が遅延して気泡の収縮が遅くな
り、その分だけインク再充満のタイミングが遅延したと
判断する。

【００４２】また、同図(d) に示すように、電気抵抗値
がインク充満時ｄ１の抵抗値“Ｌ"から、上記駆動パル
ス信号２３−１の出力にも拘わらず、気泡充満の抵抗値
“Ｈ" となるべき時間ｄ２になっても、インク充満時の
抵抗値“Ｌ" のままであるときには、これもインク流動
状態は不良であると判断する。すなわち、この場合は、
電極配線の断線か又は発熱部９の不良により発熱部９が
発熱せず、インク加圧室１４内には以前から充満したイ
ンクがそのまま滞留していると判断する。

【００４３】そして、同図(e) に示すように、時間ｅ１
のインク充満時の抵抗値“Ｌ" から、上記駆動パルス信
号２３−１の出力タイミング後に抵抗値が上昇し、気泡
充満時ｅ２の抵抗値“Ｈ" となったものの、その後の抵
抗値の降下がなく、次の駆動パルス信号２３−２の出力
タイミングまで再びインク充満の抵抗値“Ｌ" とならず
気泡充満の抵抗値“Ｈ" のままであるときは、この場合
もインク流動状態は不良であり、膜気泡２１が収縮して
消滅したにも拘らず、インク加圧室１４にインクの補給
が無く、消滅した膜気泡に代って吐出ノズル４から流入
した外気が充満している、つまりインク補給不良と判断
する。

【００４４】このように、一対の電極１９により検出さ
れた電気抵抗値と印字ヘッド１に出力される駆動パルス
信号とに基づいて、正常、吐出ノズルの目詰まり、電気
配線の断線（又は発熱体の不良）による吐出不能、イン
クの補給不良という４通りのインク流動状態を、各吐出
ノズル毎に個別に判定することができる。この場合、一
対の電極間に存在する物質に直接アクセスしてその存在
を判定するので、温度等を介した間接的な判定よりも精
度がより高くなる。

【００４５】尚、このように４通りに限定する必要は無
く、図４(b) 〜(e) における時間ｂ１、ｃ１、ｄ１又は
ｅ１において、検出される抵抗値がインク充満の抵抗値
“Ｌ" ではなく、これよりも高い抵抗値で且つ気泡充満
の抵抗値“Ｈ" よりも低い抵抗値であれば、インクに気
泡が不純物とてして混入していると判断でき、この判別
を入れて５通りのインク流動状態を判定することもでき
る。

【００４６】また、一対の電極１９を、インク加圧室１
４の並設方向に並べて配設しているが、一対の電極の配
設はこれに限ることなく、インク加圧室の並設方向に直
角になる方向に並べて配設してもよい。

【００４７】図５は、そのように一対の電極をインク加
圧室の並設方向に直角になる方向に並べて配設した例を
示す図である。同図には、機能的に図３と同一の構成部
分には図３と同一の番号を付与して示している。図５に
示す構成は、一対の電極１９をインク加圧室１４の並設
方向に直角になる方向に並べて配設した分だけ、インク
加圧室１４の配設ピッチを細かくできる。すなわち、印
字ヘッドの解像度を上げることができる。動作について
は図３の場合と全く同様である。

【００４８】また、図６に示すように、インク加圧室１
４の開口部近傍に、第３の電極として更に１本の検知用
電極１９−１を配設してもよい。このように構成する
と、図４(c) に示した吐出ノズルの目詰まりの際、充満
した膜気泡は吐出ノズル４方向に出口が無いため正常の
大きさを超えてインク加圧室１４の開口部方向に膨張す
る。この正常の大きさ以上に膨張した異常な膜気泡２１
´を一対の電極の何れか一方と上記第３の電極１９−１
で検知するようにすると、図４(c) の場合のインク流動
状態をより精度良く検出することができる。

【００４９】また、図２に示されているように、チップ
基板２は、表面及び裏面は絶縁層が形成されているが、
インク溝１７やインク供給孔１８は穿設されたままの状
態で絶縁層が形成されていないから、流通するインクが
直接チップ基板２に接触する。このチップ基板２を抵抗
検知用の一方の電極とすれば、上述した一対の電極１９
は、２本のうちいずれか１本を抵抗検知用の他方の電極
とし、残る１本を削除することができる。

【００５０】尚、上記実施の形態では、インク流動状態
検知手段として個々のインク加圧室内に延設した電極１
９を物性値測定手段とする抵抗検出装置２２を用いてい
るが、インク流動状態検知手段の物性値測定手段はこれ
に限ること無く、インク加圧室内に存在する物質の特性
つまり物性を検知できるものであれば何であっても良
い。例えば、以下に示す様に、物性値測定手段は圧力セ
ンサであってもよい。

【００５１】この圧カセンサには、例えばセラミックス
製の圧電素子、ポリ弗化ビニリデンのような高分子系の
圧電材料、ニオブ酸リチウムのような単結晶圧電材料、
磁歪フェライトのような電気変換可能な圧力磁気を発生
する磁歪素子、ストレインゲージのような歪みを電気変
換する圧電材料等のいずれかを用いる。

【００５２】図７に示すように、この圧力センサ２４を
上述した一対の電極１９に接続して、これら一対の電極
１９を圧電素子の出力検知電極とし、圧カセンサ及び一
対の電極１９をポリイミドなどの有機絶縁膜又は窒化ア
ルミなどの無機絶縁膜で覆った上で、圧カセンサ２４そ
のものは発熱部９の下に配置するようにする。

【００５３】これにより、インクとの電気的絶縁が行な
われて電極の腐蝕が防止されると共に、発熱部９に最も
強く働く膜気泡の圧力をその直下で検知することにより
圧力検出の機能を最大に高めることが出来る。

【００５４】尚、設計の方針によっては、圧力センサを
発熱部９の直下に配置するのではなく、その近傍に配置
するようにしても、インク加圧室内に発生した膜気泡の
発生時と消滅時の圧力の検出は可能である。

【００５５】また、従来のように温度センサであると、
上記のように絶縁層で覆ってしまうと、その絶縁層によ
って熱の伝わりが阻害され、通常でも感度の低い検出性
能がますます低下するが、圧力センサでは絶縁層によっ
て感度特性が低下するような悪影響は受けない。また、
インク自体に通電させないので、インクに電気化学反応
が起こる虞もない。

【００５６】このような圧カセンサを用いて、インクの
吐出時及び膜気泡消滅時のタイミングに合わせて、発熱
部直下の圧力を検出することによって、以下に示すよう
にインク吐出の良否、すなわちインク流動状態を判断す
ることができる。

【００５７】図８(a),(b) は、インク加圧室内に圧力セ
ンサを配設した場合に、この圧力センサの出力に基づい
てインク流動状態を判定するためのタイミングチャート
を示す図である。同図(a) は発熱部９に対する駆動パル
ス信号を示し、同図(b) は、一対の電極１９により検知
された圧力センサの出力を示している。

【００５８】この場合も図５の抵抗検出装置２２のＣＰ
Ｕは、監視対象となっている発熱部９への図６(a) に示
す駆動パルス信号２３（２３−１、２３−２、・・・）
を検出したことに応じて、当該発熱部９が在るインク加
圧室１４内の一対の電極１９により検知され抵抗検出装
置２２に入力された圧力値を参照する。

【００５９】そして、図８(b) の実線Ｐ１に示すよう
に、時間ｂ１のインク充満時の低圧力“Ｌ１" から、上
記駆動パルス信号２３−１の出力タイミング後に圧力値
が上昇し、時間ｂ２で正常の膜気泡充満時の圧力値“Ｈ
１" となり、次の駆動パルス信号２３−２の出力タイミ
ング迄の時間ｂ３で膜気泡が収縮し再びインク充満時の
圧力値“Ｌ１" となったときは、インク流動状態は正常
であり、吐出ノズル４からのインクの吐出が正常に行わ
れ、且つ吐出後のインクの補給が正常に行われたと判断
する。

【００６０】また、同図(b) の破線Ｐ２に示すように、
時間ｂ１のインク充満時の圧力値“Ｌ１" から、上記駆
動パルス信号２３−１の出力タイミング後に圧力値が上
昇したものの、時間ｂ２で平常の膜気泡充満の圧力値
“Ｈ１" よりも高い圧力値“Ｈ２" を示したときは、イ
ンク流動状態は不良であり、この場合は、吐出ノズルが
目詰まりであって、インクの吐出不良のため、時間ｂ２
でインク加圧室１４内に充満した膜気泡が外部に抜ける
分がないだけ周囲のインクから圧迫され、その分だけ気
泡圧が上昇したと判断する。

【００６１】また、同図(b) の二点鎖線Ｐ３に示すよう
に、時間ｂ１のインク充満の圧力値“Ｌ１" から、上記
駆動パルス信号２３−１の出力タイミング後、気泡充満
の圧力値“Ｈ１" となるべき時間ｂ２になっても、圧力
値が初期のインク充満の圧力値“Ｌ１" のまま変わらな
いときには、これもインク流動状態は不良であると判断
する。すなわち、この場合は、電極配線の断線か又は発
熱部９の不良により発熱部９が発熱せず、インク加圧室
１４内には以前から充満したインクがそのまま滞留して
いると判断する。

【００６２】そして、同図(b) の一点鎖線Ｐ４に示すよ
うに、時間ｂ１から圧力値が、インク充満の圧力値“Ｌ
１" よりも低い圧力値“Ｌ０" であり、上記駆動パルス
信号２３−１の出力タイミング後も変化しないときは、
この場合もインク流動状態は不良であり、全行程を通じ
てインク加圧室１４にインクが無く、インク加圧室には
最初から外気が充満していたと判断する。

【００６３】このように、圧力センサにより検出された
圧力値と印字ヘッド１に出力される駆動パルス信号とに
基づいて、正常、吐出ノズルの目詰まり、電気配線の断
線（又は発熱体の不良）による吐出不能、インクの補給
不良という４通りのインク流動状態を、各吐出ノズル毎
に個別に判定することができる。また、この場合も、上
記のインク充満の圧力値“Ｌ１" と、平常の膜気泡充満
の圧力値“Ｈ１" の中間に適切なしきい値を設定して、
上記の圧力値を検知するようにすれば、インクに気泡が
混入している場合の状態も検出することができる。

【００６４】なお、本発明におけるインクの流動状態を
検知するための手段は、上述した電気抵抗値測定手段や
圧力センサを用いるものに限られるものではなく、他
に、例えば、磁歪素子を用いて磁気の変化からインク流
動状態を判定することも可能であり、或いは、ストレイ
ンゲージを用い加圧室の底面の歪み度合いからインク流
動状態を判定することも可能である。

【００６５】また、上記実施の形態では、いずれもルー
フシュータ型サーマル式のインクジェットプリンタヘッ
ドを例として説明したが、エネルギー発生素子の形式と
してはサーマル式に限ること無く、ピエゾ式のインクジ
ェットプリンタヘッドであっても良い。また、ルーフシ
ュータ型に限ることなく、サイドシュータ型のインクジ
ェットプリンタに適用することもできる。

【００６６】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、エネルギー発生素子に対する電圧の印加タイミン
グに対するエネルギー発生素子近傍に存在する物質の物
性値の変化から夫々の吐出ノズルに対するインクの流動
状態を直接的に検知するから、インクの供給状態が良好
であるか否か、インクに気泡が混入しているか否か、及
び発熱部が正常に機能しているか否かのインク流動状態
を、各吐出ノズル毎に簡単な検出回路によって従来の温
度センサに比較してより高い精度で行なうことができ、
これにより、吐出不具合に対するより適切で迅速な対処
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】(a) は一実施の形態におけるフルカラー印刷用
のインクジェットプリンタヘッド（印字ヘッド）のイン
ク吐出面を模式的に示す図、(b) は印字ヘッドが作成さ
れるシリコンウェハを示す図である。

【図２】(a),(b),(c) は印字ヘッドの製造工程順を示す
図であり、上段は図１(a) の破線Ａで示す部分を切り出
して示す拡大図、中段は上段のＢ−Ｂ′断面矢視図、下
段は上段のＣ−Ｃ′断面矢視図である。

【図３】内部の物性値を知るためにその電気抵抗を測定
する一対の電極が配設されたインク加圧室内の構成を詳
細に示す図である。

【図４】(a) 〜(e) は抵抗検出装置におけるインク流動
状態判定のタイミングチャートである。

【図５】一対の電極をインク加圧室の並設方向に直角に
なる方向に並べて配設した変形例を示す図である。

【図６】３個の電極を用いて電気抵抗値を測定する変形
例を示す平面図である。

【図７】本発明の他の実施形態の物性値測定手段として
圧力センサを用いた実施形態例を示す平面図である。

【図８】(a),(b) はインク加圧室に圧力センサを配設し
た場合のインク流動状態を判定するタイミングチャート
を示す図である。

【符号の説明】

１印字ヘッド２チップ基板３オリフィス板４インク吐出ノズル５ノズル列７駆動回路８駆動回路端子９発熱部１１共通電極１１ａ開口１２個別配線電極１３共通電極給電端子１４（１４i 、１４i+1 〜１４i+4 ）インク加圧室１５共通インク流路１６隔壁１６−１、１６−２シール隔壁１６−３区画隔壁１７インク溝１８インク供給孔１９一対の電極（物性値測定手段）２１膜気泡２１´ 膜気泡２２抵抗検出装置（インク流動状態検知手段）２３（２３−１、２３−２、・・・）駆動パルス信号２４圧力センサ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】インクを吐出させる為の圧カエネルギー
を発生させる複数のエネルギー発生素子と、該複数のエ
ネルギー発生素子に夫々対応して設けられ該エネルギー
発生素子が発生させた圧力によりインクを所定方向に吐
出させる吐出ノズルと、を有するインクジェットプリン
タヘッドであって、複数の前記エネルギー発生素子にそれぞれ対応させて設
けられ、該エネルギー発生素子の近傍に存在する物質の
物性値を測定する複数の物性値測定手段と、夫々の前記物性測定手段からの出力と夫々の前記エネル
ギー発生素子に対して電圧印加する印加タイミングとか
ら夫々の前記吐出ノズルに対するインクの流動状態を検
知するインク流動状態検知手段とを有することを特徴と
するインクジェットプリンタヘッド。
【請求項２】前記物性値測定手段は、一対の電極を備
え、該一対の電極間の物質の電気抵抗値を測定する電気
抵抗値測定手段であることを特徴とする請求項１記載の
インクジェットプリンタヘッド。
【請求項３】前記インク流動状態検知手段は、前記エ
ネルギー発生素子に電圧を印加するのに応じて前記電気
抵抗値が増大し且つ電圧印加の停止と共に電気抵抗値が
低減したときは前記インクが正常に吐出され且つ正常に
補給されたと判断することを特徴とする請求項２記載の
インクジェットプリンタヘッド。
【請求項４】前記インク流動状態検知手段は、前記エ
ネルギー発生素子への電圧の印加を停止した後も電気抵
抗値が低減しないときは前記インクが正常に補給されな
いと判断することを特徴とする請求項２記載のインクジ
ェットプリンタヘッド。
【請求項５】前記インク流動状態検知手段は、前記エ
ネルギー発生素子への電圧の印加を開始しても電気抵抗
値が増加しないときは前記圧力エネルギーが発生されて
いないと判断することを特徴とする請求項２記載のイン
クジェットプリンタヘッド。
【請求項６】前記物性値測定手段は、前記エネルギー
発生素子の下部に設けられた圧カセンサであることを特
徴とする請求項１記載のインクジェットプリンタヘッ
ド。
【請求項７】前記インク流動状態検知手段は、前記エ
ネルギー発生素子に電圧を印加したときの圧カセンサの
出力値が、正常にインクが吐出されたときの基準出力値
よりも大きいときは前記インクの吐出が不正であると判
断し、前記基準出力値よりも小さいときは前記インクの
補給が不正であると判断することにより前記インクの流
動状態を検知することを特徴とする請求項６記載のイン
クジェットプリンタヘッド。
【請求項８】前記エネルギー発生素子は、発熱素子で
あることを特徴とする請求項１又は６記載のインクジェ
ットプリンタヘッド。