JP2005305967A

JP2005305967A - 液体吐出ヘッドおよび液体吐出装置

Info

Publication number: JP2005305967A
Application number: JP2004129775A
Authority: JP
Inventors: Masanobu Omura; 昌伸大村
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2004-04-26
Filing date: 2004-04-26
Publication date: 2005-11-04
Anticipated expiration: 2024-04-26
Also published as: JP4471357B2

Abstract

【課題】液体吐出用ヘッドの耐久性を向上させる。
【解決手段】インク吐出機構（液体吐出機構）１とスイッチ回路２が電源ＶＨとＧＮＤＨの間に直列に接続されている。スイッチ回路２は、外部制御信号が入力されるスイッチ制御回路４によってＯＮ／ＯＦＦされる。スイッチ制御回路４には、インク吐出機構１とスイッチ回路２の間の容量Ｃ_Hに相関する信号を出力する容量検出回路３の出力信号がさらに入力されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、液体吐出機構にスイッチ回路を有する液体吐出用ヘッドおよび液体吐出装置に関し、特に、インク吐出機構にエネルギーを注入してインクを吐出させ、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およびインクジェット記録装置あるいはＤＮＡチップ、有機トランジスタ、カラーフィルタなどの作製に用いられる装置などに適用できる液体吐出用ヘッド及び装置に関するものである。

液体吐出装置として、インクジェットプリンタのような記録装置を例に挙げて説明する。インク吐出機構（液体吐出機構）の構造として、発熱抵抗体からなるヒータにエネルギーとなる電流を流し、ヒータで発生した熱を用いてインク（液体）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させるものが従来から知られている。このインク吐出機構から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も有している。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る。これらのことから、インクジェット記録方式は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。

図８に、従来のインクジェット記録ヘッド（液体吐出用ヘッド）の主要な回路構成を示す。同図に示すように、この回路では、ヒータを含むインク吐出機構５１とスイッチ回路５２が電源ＶＨと接地電位ＧＮＤＨ間に直列に接続された構成を有している。スイッチ回路５２には画像信号に応じた、インクジェット記録装置本体からの外部制御信号が入力され、それによって、ヒータへ流れる電流のＯＮ／ＯＦＦ制御が行われる。

ヒータは、インクを吐出する吐出口に通じ、インクが充填されるノズル内に形成されている。ヒータ上には、通常、窒化シリコン（ＳｉＮ）からなり絶縁特性を有する第１の保護膜が形成され、さらに、第２の保護膜としてタンタル（Ｔa）膜が形成されている。この第２の保護膜（以下Ｔａ保護膜と呼ぶ）は、インクの気泡が発生する際に、インクの化学的反応や気泡の成長や消滅によって発生する衝撃からヒータを守る働きをする。

スイッチ回路２がＯＮし、ヒータに電流が流れるとヒータは発熱し、発生した熱によって、第１、第２の保護膜を介してインクが加熱される。そして、保護膜とインクの界面温度が所定の温度に達するとインクの気泡が発生し、ヒータ上のインクは吐出口より射出される。

図９に、従来のインクジェット記録ヘッドの、インク吐出時のヒータ部分の温度変化を示す。図９（ａ）は、ヒータ、すなわち発熱抵抗体の温度の変化を実線、第２の保護膜（以下、Ｔａ保護膜と呼ぶ）の表面温度の変化を点線で示すグラフであり、図９（ｂ）は、図９（ａ）に対応する時刻における、スイッチ回路に入力するパルス電圧の波形を示すグラフである。

ヒータ温度およびＴａ保護膜の表面温度は、スイッチ回路がＯＮする直前（時刻ｔ₀）では、室温と同じＴ₀となっている。スイッチ回路をＯＮさせ、ヒータに電流が流れると、それまで室温と同じＴ₀だったヒータ温度およびＴａ保護膜の表面温度が上昇する。Ｔａ保護膜の表面温度がＴ₁（≒３００℃）に達した時刻ｔ₁において、Ｔａ保護膜とインクとの界面に気泡が発生する。この時、ヒータ温度は既にＴ₁よりも少し高いＴ₂に達している。気泡が発生したことにより、Ｔａ保護膜の表面からインク中へ熱が伝搬しなくなるため、Ｔａ保護膜の表面温度は急激な上昇を始める。同様にヒータ温度も急激に上昇する。これらの温度は、スイッチ回路をＯＦＦさせ、ヒータへ流れる電流を遮断する時刻ｔ₃を頂点としており、すなわち、この時ヒータおよびＴａ保護膜の温度は最高到達温度Ｔ_P1、Ｔ_P2となる。スイッチ回路をＯＦＦさせ、ヒータへ流れる電流を遮断した時刻ｔ₃後は、ヒータは発熱しないので、ヒータ温度およびＴａ保護膜の表面温度は急激に低下し、やがてもとの室温Ｔ₀にもどる。

このようなインクジェット記録ヘッドにおいて、インク吐出を耐久限度を越えて繰り返すと、第２の保護膜（Ｔａ）の表面上にインクの焦げが生じることがあり、このインクの焦げは、気泡形成の安定性を低下させる要因となる。さらにインクの吐出を繰り返すと、Ｔａ保護膜の表面が削られて徐々に薄くなり、インクがＴａ保護膜を通り抜け、第１の保護膜へのインクの浸透が進み、さらにはヒータおよび金属配線までインクが浸透し、最終的には断線してしまう。これに対して、スイッチ回路をＯＦＦさせヒータへ流れる電流を遮断する時刻ｔ₃と、気泡が発生する時刻ｔ₁との間の時間を短縮し、ヒータの最高到達温度Ｔ_P1およびＴａ保護膜の最高到達温度Ｔ_P2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。

従来より、このヒータの最高到達温度Ｔ_P1およびＴａ保護膜の最高到達温度Ｔ_P2を下げるために、様々な工夫がなされている。この一例として、特許文献１には、インクジェット記録装置に温度センサを取り付け、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、ヒータに電流を流す時間、すなわち、スイッチ回路をＯＮ状態にさせる制御信号の幅を制御する機構をプリンタ本体に備える構成が開示されている。この際、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している。

また、他の例として、特許文献２には複数のヒータを同時に駆動し、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、ヒータ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構成が開示されている。
特開２００１−１２９９９５号公報特開２００１−３４１３５５号公報

しかしながら、上述した特許文献１に開示された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ものであるので、ヒータ近辺の温度を正確に把握してスイッチ回路を制御するのは困難である。したがって、ヒータ近辺の最高到達温度を低く抑える上では、より有効なスイッチ回路制御を実現できる余地がある。

また、多数のヒータに流れるヒータ電流のばらつきを考慮すると、インクを確実に吐出させるために、スイッチ回路をＯＮさせる時間は、インクの吐出に必要な時間よりも長くする必要があり、電流を流す時間を設定するという方法でヒータの耐久性を向上させるのには限界がある。これに対し、ヒータ電流のばらつきを少なくする対策がとられているが完全にばらつきを無くすのは困難であり、また、ばらつきの補正にはコストがかかる。

また、量産された各インクジェット記録ヘッドでは、プロセスのばらつきが存在するため、工場出荷時前にインクの発泡（吐出）に必要なスイッチ回路のＯＮ時間を測定し、この時間をメモリーに記憶し、パルス幅をプリンタ本体に搭載されているＰＷＭ回路によってこのメモリーに記憶された時間に合わせるのが好ましい。このためには、インクジェット記録ヘッド毎にメモリーが必要となる。このように、工場出荷時前の測定や、メモリーの設置、設定を必要とすることは、プリンタ本体のコストアップの一因となる。

本発明は、液体吐出機構へのエネルギー注入のＯＮ／ＯＦＦを行い、液体吐出機構内に充填された液体を吐出する液体吐出用ヘッドにおいて、ＯＮ／ＯＦＦ制御を適切に実行可能な構成を用い、耐久性の向上を図ると共に、コストも低く抑えることができる液体吐出用ヘッド、およびそれを備える液体吐出装置を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するため、本発明の液体吐出用ヘッドは、第１の電源と第２の電源との間に液体吐出機構とスイッチ回路が電気的に直列に接続され、スイッチ回路によって液体吐出機構へのエネルギー注入をＯＮ／ＯＦＦさせることにより液体の吐出制御を行う液体吐出用ヘッドにおいて、液体吐出機構とスイッチ回路の接続点に接続された寄生素子を含む容量に相関のある信号を、スイッチ回路の動作制御用に出力する容量検出回路を有することを特徴とする。

この構成によれば、液体が吐出されたことを液体吐出機構とスイッチ回路の接続点の容量の変化によって捉え、液体が吐出された後速やかに、液体吐出機構へのエネルギー注入をＯＦＦさせることができる。

本発明を用いることによって、液体が吐出された後も液体吐出機構に過剰にエネルギーが注入されるのを抑えることができ、それによって、ヒータの耐久性を向上させることができる。また、従来技術におけようなヒータ電流のばらつき補正、工場出荷前の、発泡させるために必要なスイッチ回路のＯＮ時間測定、この時間を記憶するメモリー回路の設置、さらには、記録装置本体へのＰＷＭ回路の搭載の必要性を無くし、記録装置の製造コストを大幅に低減することが可能となる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
（第１の実施形態）
図１に、本発明の第１の実施形態のインクジェット記録ヘッド（液体吐出用ヘッド）の、ヒータ２０とノズルを有するインク吐出機構（液体吐出機構）１を含む部分の主要な回路構成図、図２に、この回路構成を適用可能な一例のインクジェット記録ヘッドのインク吐出機構１の断面図を示す。

インク吐出機構１には、発熱抵抗体からなるヒータ層１１と、金属配線層１２が所定のパターンで素子基体１０上に形成されている。これらは、素子基体１０としてのシリコン基板上にヒータ層１１を堆積させ、さらにその上に金属配線層１２を積層し、金属配線層１２とヒータ層１１を同時にエッチングして所定のパターンにした後、所定の位置で金属配線層１２のみを部分的にエッチングしてヒータ層１１を露出させることによって形成することができる。ヒータ層１１を露出させた部分が、金属配線層１２を介して電流が流されて発熱するヒータ２０として働く。

金属配線層１２およびヒータ層１１の露出した部分上には、絶縁特性を有する第１の保護膜１３が形成されている。第１の保護膜１３としては、プラズマＣＶＤ法によって窒化シリコン（ＳｉＮ）を積層するのが一般的である。第１の保護膜１３上には、第２の保護膜１４が形成されている。この第２の保護膜１４は、インクの気泡が発生する際、インクの化学的反応や気泡の成長や消滅によって発生する衝撃からヒータを守る働きをする。第２の保護膜１４としては、タンタル（Ｔa）膜を積層するのが現在では一般的である。

第２の保護膜１４上には、インク１６を吐出させるための吐出口１７と、吐出口１７に通じ、インク１６が充填される流路を形成するノズル形成部材１５が積層されている。吐出口１７は、ヒータ２０の真上に形成されている。流路の一端は、不図示のインク供給系からインクが供給されるインク流入口１８となっている。

図２（ａ）は、インク１６がノズルに充填された状態を示している。この状態から、ヒータ２０に電流が流されると、ヒータ２０が加熱し、インクが発泡させられて、吐出口１７から吐出される。図２（ｂ）は、インク１６が吐出された直後の状態を模式的に示している。インク吐出後、インク流入口１８よりインク１６が供給され、ノズル内にインク１６が再充填され、図２（ａ）に示す状態に戻る。

次に、図１を用いて、本実施形態の、インク吐出機構１を含む部分の回路構成について説明する。

第１の電源ＶＨと第２の電源ＧＮＤＨとの間に、インク吐出機構１とこのインク吐出機構１に注入するエネルギーの制御を行うスイッチ回路２が直列に接続されている。本実施形態では、第２の電源ＧＮＤＨを接地電位としている。

スイッチ回路２には、そのスイッチング動作を制御するスイッチ制御回路４が接続されている。インク吐出機構１とスイッチ２の接続点には、その接続点に接続された寄生素子を含む容量５を検出する容量検出回路３が接続されている。この容量検出回路３は、スイッチ制御回路４に接続されており、容量検出回路３の検出信号が、スイッチ制御回路４に入力される。また、スイッチ制御回路４には、インクジェット記録ヘッドによって形成する画像のデータに応じてインクを吐出させるための、インクジェット記録装置（液体吐出装置）本体側からの外部制御信号も入力される。

次に、図１の回路の動作について説明する。

インクの吐出命令となる制御信号がスイッチ制御回路４に入力されると、スイッチ制御回路４は、スイッチ２をＯＮ状態に移行させ、それによって、インク吐出機構１へのエネルギー注入が開始される。すなわち、ヒータ２０に電流が流れ始める。ヒータ２０に電流が流れ始めると、ヒータ２０は発熱し始め、その熱でインクが加熱される。そして、ヒータ２０の第２の保護膜とインク１６との界面温度が所定の温度に達すると、ノズル内のインク１６は吐出口１７より、記録媒体に向けて吐出される。

この際、インク吐出機構１とスイッチ２の接続点の容量Ｃ_Hが変化する。これは、図２（ａ）に示すように、ヒータ２０上にインク１６が有る時と、図２（ｂ）に示すようにヒータ２０上にインク１６が無い時とで、容量Ｃ_Hが異なるためである。インクが充填されている時の容量値をＣ１とし、インクが無くなった時の容量値をＣ２とすると、Ｃ１＞Ｃ２の関係が成り立つ。

容量検出回路３はこの容量Ｃ_Hの変化を検出した後、吐出が完了したことと相関のある検出信号をスイッチ制御回路４へ出力する。ここで、相関のある、とは完全にインクがなくなった状態以外でも、あらかじめ閾値を設定しておき、インク残量が一定量以下になった場合を、吐出完了したとみなす場合の信号である。スイッチ制御回路４は、この検出信号によってスイッチ２をＯＦＦ状態に移行させ、インク吐出機構１へのエネルギー注入を遮断し、ヒータ２０に流れる電流を遮断する。

以上説明した本実施形態によれば、インクの吐出に相関して発生する容量Ｃ_Hの変化を検出し、それによって、インクが吐出された後速やかに、インク吐出機構１へのエネルギー注入を停止することができる。したがって、ヒータ２０を有するインク吐出機構１に、インクが吐出された後にまでエネルギーが過剰に注入されるのを抑え、ヒータ２０の耐久性を向上させることができる。

この際、本実施形態では、従来技術のように、ヒータへのエネルギー注入量を注入時間によって制御するものではないので、エネルギー注入量を調整するためにヒータ電流のばらつきを補正する必要がない。また、工場出荷前に、発泡させるために必要なヒータへの通電時間を測定してメモリーに記憶させること、このメモリー回路を搭載すること、さらには、インクジェット記録装置本体にＰＷＭ回路を搭載することも不要となる。これらのことから、本実施形態によれば、インクジェット記録装置の製造コストを大幅に低減することができる。
（第２の実施形態）
図３に、本発明の第２の実施形態のインクジェット記録ヘッドの、ヒータＲＨを有するインク吐出機構を含む部分の主要な回路構成図を示す。

ヒータＲＨの一端は、スイッチ回路を構成するパワートランジスタＴｒのドレインに接続され、ヒータＲＨの他端は第１の電源ＶＨに接続され、パワートランジスタのソースは第２の電源ＧＮＤＨに接続されている。なお、本実施形態では、第２の電源ＧＮＤＨは接地電位としている。また、図３では、パワートランジスタＴｒのバックゲートは、ソースとショートされているが、必ずしもこのようにする必要は無く、バックゲートをソースと異なる第３の電源に接続してもよい。

パワートランジスタＴｒのドレインとヒータＲＨとの接続点Ａには、容量検出回路ＤＥＴが接続されている。容量検出回路ＤＥＴは、インバータで構成された発振回路ＯＳＣを有しており、この発振回路ＯＳＣに、接続点Ａの容量Ｃ_Hが負荷容量として接続されている。発振回路ＯＳＣの出力Ｆ_outは、ローパスフィルタＬＰＦを介してバッファ回路ＢＵＦに入力されている。容量検出回路ＤＥＴの出力Ｓ１は、発振回路ＯＳＣの出力Ｆ_outとバッファ回路ＢＵＦの出力Ｓ０を入力とする第１の排他的論理和回路ＸＯＲ１の出力となっている。なお、バッファ回路ＢＵＦは、ローパスフィルタＬＰＦの出力を波形整形するために設けられており、ローパスフィルタＬＰＦの特性によっては無くても構わない。

この際、接続点Ａの容量Ｃ_Hは、ヒータＲＨ上にインクが存在する状態と、存在しない状態では、先述したようにヒータＲＨ上にインクが存在する状態の時の方が大きい。したがって、発振回路ＯＳＣの出力Ｆ_outの発振周波数は、ヒータＲＨ上にインクが存在する時の方が、インクが存在しない時より低くなる。ローパスフィルタＬＰＦの特性は、発振回路ＯＳＣの出力Ｆ_outを、ヒータ上にインクが在る時の、比較的低い出力周波数の時には通過させ、インクが吐出されてヒータ上にインクが存在しない時の、比較的高い出力周波数の時には遮断するように設定されている。

容量検出回路ＤＥＴの出力Ｓ１は、スイッチ制御回路ＣＮＴに入力され、その第１のＤフリップフロップＤＦＦ１のクロック端子に接続されている。また、スイッチ制御回路ＣＮＴには、第１の外部制御信号ＨＥＳがクロック端子に入力されている第２のＤフリップフロップＤＦＦ２が設けられている。第１のＤフリップフロップＤＦＦ１および第２のＤフリップフロップＤＦＦ２の入力Ｄは共にロジック回路の電源電圧ＶＤＤに接続され、また、両者には共にリセット端子があり、両リセット端子には共に第２の外部制御信号ＨＥＲが入力されている。容量検出回路ＤＥＴの出力ＶＧは、第１のＤフリップフロップＤＦＦ１の出力Ｓ２と第２のＤフリップフロップＤＦＦ２の出力Ｓ３を入力とする第２の排他的論理和回路ＸＯＲ２の出力となっており、パワートランジスタＴｒのゲートに接続されている。

次に、本実施形態の動作について図４を参照して説明する。図４は、図３の回路を動作させた時のタイミングチャートである。

インクの吐出前には、第１、第２のＤフリップフロップＤＦＦ１，ＤＦＦ２は、後述するようにリセットされている。ヒータＲＨ上にはインクが存在するため、接続点Ａの容量Ｃ_Hは比較的大きく、したがって、容量Ｃ_Hを負荷とする発振回路ＯＳＣの出力Ｆ_outの出力周波数は比較的低くなっているので、Ｆ_outはローパスフィルタＬＰＦを通過する。このため、第１の排他的論理和回路ＸＯＲ１の両入力は同じになっており、したがって、その出力Ｓ１はローレベルとなっている。この際、図には記載していないが、Ｆ_outがローパスフィルタＬＰＦを通過する際に、第１の排他的論理和回路ＸＯＲ１の出力がローレベルなるように、Ｓ０のＦ_outに対する出力遅延時間を相殺するために、発振回路ＯＳＣと第１の排他的論理和ＸＯＲ１との間に、必要に応じて遅延回路を設けることができる。

Ｓ１がローレベルであるので、外部制御信号ＨＥＳとして、後述するようにパルス信号が入力される前には、第１、第２のＤフリップフロップＤＦＦ１，ＤＦＦ２の出力Ｓ２，Ｓ３は共にローレベルになっている。したがって、Ｓ２，Ｓ３を入力とする第２の排他的論理和回路ＸＯＲ２の出力、すなわちスイッチ制御回路ＣＮＴの出力ＶＧはローレベルであり、パワートランジスタＴｒはＯＦＦ状態となっている。

インク吐出時には、まず、第１の外部制御信号ＨＥＳとして、記録装置本体側から、記録ヘッドによって形成する画像のデータに応じたインクの吐出命令であるパルス信号が入力される。第１の外部制御信号ＨＥＳとしてパルス信号が入力されることによって、その立ち上がりエッジで第２のＤフリップフロップＤＦＦ２の出力Ｓ３がハイレベルになる。この時、ヒータ上にはまだインクが存在した状態のままであるので、第１のＤフリップフロップＤＦＦ１の出力Ｓ２はローレベルのままであり、したがって、第２の排他的論理和回路ＸＯＲ２にはローレベルのＳ２とハイレベルのＳ３が入力されて、その出力ＶＧがハイレベルとなり、これによって、パワートランジスタＴｒがＯＮ状態にされ、ヒータＲＨに電流が流れ始める。

ヒータＲＨに電流が流れ始めるとヒータＲＨが発熱し、この熱によって、ヒータＲＨ上の保護膜を介してインクが加熱される。インクは、所定の温度に達すると発泡し、吐出口から吐出される。これによって、インクがヒータＲＨ上からなくなると、接続点Ａの容量Ｃ_Hの値が小さくなり、発振回路ＯＳＣの出力信号Ｆ_outの発振周波数が高くなる。このとき、先述したローパスフィルタＬＰＦの特性から、発振回路ＯＳＣの出力Ｆ_outはローパスフィルタＬＰＦで遮断され、バッファ回路ＢＵＦの出力Ｓ０はハイレベル（あるいはローレベル）に固定され、第１の排他的論理和回路ＸＯＲ１の出力Ｓ１は、Ｆ_outと同様の周波数のパルス波となる。このＳ１のパルス信号の最初の立ち上がりエッジで、第１のＤフリップフロップＤＦＦ１の出力Ｓ２がハイレベルになる。したがって、第２のＸＯＲの出力ＶＧは再びローレベルになり、それによって、パワートランジスタＴｒがＯＦＦ状態にされ、ヒータＲＨへの電流注入が停止される。

ノズルからインクが吐出されると、ノズルの特性で決まる一定の時間の間に、再びノズル内にインクが充填される。これに伴い、発振回路ＯＳＣの出力信号Ｆ_outの発振周波数は再び低くなり、Ｓ０およびＳ１は、発泡前の状態に戻る。その後、記録装置本体から適当なタイミングで外部制御信号ＨＥＲとしてパルス信号が入力され、これによって、第１および第２のＤフリップフロップＤＦＦ１，ＤＦＦ２がリセットされて、それらの出力Ｓ２，Ｓ３がローレベルに戻され、回路はインク吐出前の状態に戻る。この際、出力Ｓ２，Ｓ３は同時にローレベルに戻されるので、スイッチ制御回路ＣＮＴの出力ＶＧはローレベルのまま変化しない。

以上のように本実施形態の構成によって、ヒータとスイッチ回路の接続点の容量Ｃ_Hの変化に応じて信号を出力する容量検出回路ＤＥＴを用いた、スイッチ回路としてのパワートランジスタＴｒのＯＮ／ＯＦＦ制御を実現することができる。したがって、本実施形態によれば、第１の実施形態において説明したように、ヒータＲＨの耐久性を向上させ、インクジェット記録ヘッドの製造コストを低減することができるという効果を得ることができる。

なお、本実施形態の図３では、パワートランジスタＴｒとしてＭＯＳトランジスタを記載しているが、本発明におけるスイッチ回路は、ＭＯＳトランジスタに限定されるものではなく、ＤＭＯＳトランジスタ、オフセットＭＯＳトランジスタ、バイポーラトランジスタなど、ＯＮ／ＯＦＦ動作可能なスイッチ特性を有する種々のトランジスタを用いることができる。

また、これら実施形態で説明した、本発明の構成はインクの不吐を検知することにも応用することが可能である。ここで、インクの不吐には、大きく３つの原因が考えられる。
原因１：インク流入路にゴミ等が詰まってヒータ抵抗ＲＨ上にインクが充填され無いので、インクが吐出されない。
原因２：ヒータ抵抗ＲＨが寿命等により発熱体として機能しなくなったため（断線した場合等）、インクが吐出されない。
原因３：ノズルの吐出口にゴミ等が詰まって、インクが吐出されない。

本実施形態の構成では、上記の３つの原因のうち、原因１および原因２の場合にインクの不吐を検知することが可能である。

これらの場合は、ヒータ抵抗ＲＨ上にインクが充填され無い、もしくは充填された後吐出されないため、容量値の変化が起こらない。そのため、ヒータ抵抗ＲＨに電圧を印加してから所定の時間が経過しても容量が変化したかどうかを検出すれば、インクの不吐を検出することができる。

このように、本発明の構成によれば、ヒータ抵抗ＲＨとスイッチ回路2との接続点の寄生容量Ｃ_Hの変化を検出する手段である検出回路３と、その検出の有無に応じてスイッチ回路を制御するスイッチ制御回路４とによって、ヒータ抵抗ＲＨの過加熱を防止することができる。
（液体吐出装置）
次に、上述の第１、第２の実施形態の液体吐出用ヘッドを搭載する一例の液体吐出装置の構成について説明する。

本発明の液体吐出用ヘッドは、上述した各実施形態に示した回路を有する半導体装置の絶縁層上に、吐出口やそれに連通する流路を形成する、成形樹脂やフィルムなどからなるノズル形成部材を組み合わせて作製することができる。そして、この液体吐出用ヘッドを、インクを収容するインクタンクと接続して、液体吐出装置としてのインクジェット記録装置本体に搭載し、本体の電源回路から電源電圧を、画像処理回路から画像データを液体吐出用ヘッドに供給すれば、インクジェット記録ヘッドとして動作させることができる。

図５に、このような液体吐出用ヘッドの一構成例を説明するための、液体吐出用ヘッドの一部分の斜視図を示す。同図では、構成を分かりやすくするために、液体吐出用ヘッドの一部を破断して示している。

素子基体１５２上には、本体側からの電気信号に応じて電流が流されることによって熱を発生し、その熱によって発生する気泡によって吐出口１５３からインクを吐出するための電気熱変換素子であるヒータ１４１が複数列状に配置されている。このヒータ１４１のそれぞれには、それを駆動するための電流を供給する配線電極１５４が接続さられており、配線電極１５４の一端側には前述したスイッチ素子（不図示）が電気的に接続されている。さらに、図示していないが、素子基体１５２上には、前述した容量検出回路やスイッチ制御回路などが形成され、これらによって上述の各実施形態に示した回路が構成されている。

素子基体１５２上には、ノズル形成部材１５６が接続されている。これによって、各ヒータ１４１に対向する位置に配置された吐出口１５３、各吐出口１５３に対応して設けられた、各吐出口１５３へインクを供給するための流路１５５、複数の流路１５５にインクを供給するための共通液室１５７が形成されている。

図６に、上記の素子基体１５２を組み込んだ液体吐出用ヘッドの一例の全体構造を示す。ノズル形成部材１５６と接続された素子基体１５２は、枠体１５８に組み込まれている。そして、素子基体１５２には、記録装置本体側からの電気信号を受け取るためのコンタクトパッド１５９が一端に設けられたフレキシブルプリント配線基板１６０が接続されている。このフレキシブルプリント配線基板１６０を介して素子基体１５２に、記録装置本体の制御器から駆動信号などの各種電気信号が供給される。

図７に、本発明の液体吐出用ヘッドを搭載する一例の液体吐出装置であるインクジェット記録装置ＩＪＲＡを示す。

液体吐出用ヘッドは、インクタンクＩＴと共にインクジェット記録カートリッジＩＪＣとして、キャリッジＨＣに搭載されている。キャリッジＨＣは、ガイドレール５００３とリードスクリュー５００５によって支持されており、リードスクリュー５００５のら線溝５００４に係合するピン（不図示）を有している。リードスクリュー５００５は駆動力伝達ギア５０１１、５００９を介して駆動モータ９０１１の正逆回転に連動して回転させられ、それによって、キャリッジＨＣは、矢印ａ，ｂ方向に往復移動させられる。

また、このインクジェット記録装置ＩＪＲＡには、記録媒体である記録紙Ｐを搬送する記録媒体搬送機構が設けられている。記録媒体搬送機構には、キャリッジＨＣに搭載されて往復移動させられる液体吐出用ヘッドのインク吐出面に対向する位置に、プラテンが設けられており、記録紙Ｐは、紙押え板５００２によって、キャリッジＨＣの移動方向にわたってプラテンに向かって押圧される。

キャリッジＨＣの往復移動経路の一端には、フォトカプラ５００７，５００８が設けられている。フォトカプラ５００７，５００８は、キャリッジＨＣのレバー５００６のこの域での存在を確認して、駆動モータ９０１１の回転方向の切換等に利用される信号を発信するホームポジション検知機構として働く。

キャリッジＨＣがホームポジションに位置している状態で、液体吐出用ヘッドのインク吐出面に対向する位置には、インク吐出面をキャッピングするキャップ部材が支持部材５０１３に支持されて設けられており、キャップ部材内には、不図示の吸引手段に接続されたキャップ内開口５０２３が形成されている。液体吐出用ヘッドは、不使用時に適宜このキャップ部材によって覆われて乾燥やごみの付着から保護され、また、液体吐出用ヘッド内のインクの一部を吸引手段によって吸い出す吸引回復が行われる。また、キャップ部材に並んで、液体吐出用ヘッドの吐出口面をクリーニングするクリーニングブレード５０１７が設けられている。クリーニングブレード５０１７は、支持部材５０１９を介して、液体吐出用ヘッドに向かって前後方向に移動可能に本体支持板５０１８に支持されている。クリーニングブレード５０１７は、この形態に限られることはなく、周知のクリーニングブレードを適用できることはいうまでもない。これらの動作は、吸引回復の吸引を開始するためのレバー５０１２、キャリッジＨＣと係合するカム５０２０、カム５０２０の移動に伴って移動し、駆動モータ９０１１からの駆動力を切り換えるクラッチ切換機構などを含む公知の伝達機構などによって制御される。

これらのキャッピング、クリーニング、吸引回復は、キャリッジＨＣがホームポジション側の領域に来た時に、リードスクリュー５００５の作用も利用して、各処理を行うための対応位置で所望の処理を行うことができるように構成されている。これらの処理部は、周知のタイミングで所定の動作を行うように構成することができる。

上述した液体吐出装置としてのインクジェット記録装置ＩＪＲＡの各構成は、単独でも複合的に見ても優れたものであり、本発明にとって好ましい構成例である。なお、詳細には説明しないが、インクジェット記録装置ＩＪＲＡは、電源電圧や画像信号に応じた駆動制御信号などを素子基体１５２に供給するための電気回路からなる制御器駆動信号供給機構（不図示）を有している。

以上、本発明について好ましい各種実施形態を示して説明したが、本発明はこれらの実施形態の詳細に限定されるものではなく、本発明の範囲内で、各実施形態における各構成要素を代替物や均等物に置換できることは明らかである。

本発明の第１の実施形態のインクジェット記録ヘッドの主要な回路構成を示す模式図である。図１のインクジェット記録ヘッドの、ヒータを用いたインク吐出機構部分の一構成例を示す断面図である。本発明の第２の実施形態のインクジェット記録ヘッドの主要な回路構成を示す模式図である。図３の回路を動作させた時のタイミングチャートである。第１、第２の実施形態を適用可能な一例のインクジェット記録ヘッドの要部を、一部を破断して示す斜視図である。図５のインクジェット記録ヘッドの全体構成を示す斜視図である。図５のインクジェット記録ヘッドを搭載する一例のインクジェット記録装置の斜視図である。従来のインクジェット記録ヘッドの主要な回路構成を示す模式図である。従来のインクジェット記録ヘッドを用いてインクを吐出させた時の、ヒータ温度および保護膜表面温度の変化を示すグラフである。

符号の説明

１インク吐出機構
２，ＣＮＴスイッチ回路
３，ＤＥＴ容量検出回路
４スイッチ制御回路
ＯＳＣ発振回路
ＬＰＦローパスフィルタ
ＢＵＦバッファ回路

Claims

第１の電源と第２の電源との間に液体吐出機構とスイッチ回路が電気的に直列に接続され、前記スイッチ回路による前記液体吐出機構へのエネルギー注入の制御により液体の吐出制御を行う液体吐出用ヘッドにおいて、
前記液体吐出機構と前記スイッチ回路の接続点の容量に相関のある信号を検出する容量検出回路を有することを特徴とする液体吐出用ヘッド。
前記容量検出回路は前記容量に相関のある信号を前記スイッチ回路の動作制御用に出力する、請求項１に記載の液体吐出用ヘッド。
前記スイッチ回路の動作を制御するスイッチ制御回路をさらに有し、
該スイッチ制御回路には、前記容量検出回路の出力信号と、液体の吐出を開始させるための外部制御信号が入力され、
前記スイッチ制御回路は、前記外部制御信号が入力されることによって、前記スイッチ回路をＯＮ状態に移行させ、その後、前記容量検出回路の出力信号が変化した時に、前記スイッチ回路をＯＦＦ状態に移行させる、請求項１または２に記載の液体吐出用ヘッド。
前記容量検出回路は、前記容量を負荷とした発振回路を有する、請求項１から３のいずれか１項に記載の液体吐出用ヘッド。
前記容量検出回路は、前記発振回路の出力信号と、前記発振回路の出力信号をローパスフィルタに通過させた信号とを排他的論理和処理した信号を出力する、請求項４に記載の液体吐出用ヘッド。
前記ローパスフィルタは、前記発信回路の、前記液体吐出機構内に液体が存在する時の前記容量の値によって決まる周波数の出力信号は通過させ、前記発振回路の、前記液体吐出機構内に液体が存在しない時の前記容量の値によって決まる周波数の出力信号は遮断する特性を有する、請求項５に記載の液体吐出用ヘッド。
前記スイッチ制御回路は、前記容量検出回路の出力信号の変化時に動作させられるフリップフロップ回路を有する、請求項３から６のいずれか１項に記載の液体吐出用ヘッド。
前記検出回路からの検出結果によって、液体の不吐検出を行うことを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
請求項１から８のいずれか１項に記載の液体吐出用ヘッドを有する液体吐出装置。