JP2005305967A - 液体吐出ヘッドおよび液体吐出装置 - Google Patents

液体吐出ヘッドおよび液体吐出装置 Download PDF

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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CH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TP1、TP2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TP1およびTa保護膜の最高到達温度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。
従来より、このヒータの最高到達温度TP1およびTa保護膜の最高到達温度TP2を下げるために、様々な工夫がなされている。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CH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CH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CH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CH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CHが負荷容量として接続されている。発振回路OSCの出力Fout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Fout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CH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Fout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Fout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CHは比較的大きく、したがって、容量CHを負荷とする発振回路OSCの出力Foutの出力周波数は比較的低くなっているので、Fout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、Fout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Fout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CHの値が小さくなり、発振回路OSCの出力信号Fout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Fout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、Fout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Fout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CH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CH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 (9)

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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。
  4. 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。
  5. 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。
  6. 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。
  7. 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。
  8. 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。
  9. 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。
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