JP2008273013A - インクジェット記録装置及びインクジェット記録装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】記録ヘッドの特性のバラツキに関わらず、安定したインク滴を吐出することができるインクジェット記録装置及びインクジェット記録装置の制御方法を提供することを目的とする。
【解決手段】駆動波形の印加エネルギーを漸増または漸減し、上記漸増、漸減のそれぞれにおいて温度情報として、上記温度検知素子の電圧変化を測定し、記憶装置に記憶する電圧変化測定工程を有する。また、上記測定された電圧変化に基づいて、インク滴を吐出するために必要な最小限の入力エネルギーを決定し、記憶装置に記憶する入力エネルギー決定工程を有するインクジェット記録装置の制御方法である。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気熱エネルギー変換体の熱エネルギーを、記録用インクに作用させ、吐出口から吐出させるタイプの記録ヘッドに関する。また、本発明は、上記記録ヘッドが記録用インク液滴を紙等の被記録材に吐出して付着させることによって、各種情報を記録するインクジェット記録装置に関する。詳細には、本発明は、インクジェット記録装置内の記録ヘッドに入力されるエネルギーの最適値を、決定する方法に関する。

インクジェット記録装置は、いわゆるノンインパクト記録方式の記録装置であり、高速な記録や、様々な記録メディアに対する記録が可能であるとともに、記録時における騒音がほとんど生じないという特徴を有する。このために、プリンタ、ワードプロセッサ、ファクシミリ、複写機等の記録機構を担う装置として広く採用されている。

以下、従来のインクジェット記録装置の構成例について説明する（たとえば、特許文献１参照。）。

図１３は、従来のインクジェット記録装置Ｍ１０００の一例を示す斜視図である。

図１４は、従来のインクジェット記録装置Ｍ１０００の内部構造を示す斜視図である。

図１５は、従来のインクジェット記録装置Ｍ１０００に搭載されているインクジェット記録ヘッドＨ１００１を、その吐出口側から見た斜視図である。

インクジェット記録装置Ｍ１０００は、図１４に示すように、記録紙を給送する給送部Ｍ３０２２と、給送された記録紙にインクを吐出し、記録する記録部Ｍ３０００とを有し、通常、図１３に示すように、筐体Ｍ１００５によって覆われて使用される。

給送部Ｍ３０２２は、不図示の給送ローラを備え、所定の駆動信号に応じて、記録紙を記録部Ｍ３０００に給送する。

記録部Ｍ３０００は、インクジェット記録装置Ｍ１０００の基体であるシャーシＭ３０１９に固定されているガイドシャフトＭ３０２０と、インクジェット記録ヘッドＨ１００１（図１５参照）を搭載する。

また、ガイドシャフトＭ３０２０に沿う方向（図１４中、Ｘ方向）に、往復移動自在に構成されているキャリッジＭ４００１を具備する。そして、記録紙に対してキャリッジＭ４００１を走査させながら、インクジェット記録ヘッドＨ１００１の吐出口（不図示）からインクを吐出し、記録する。

図１５に示すインクジェット記録ヘッドＨ１００１は、電気的信号に応じて、電気熱変換素子（エネルギー発生素子）を駆動させ、インクに膜沸騰を生じさせることによって、インクを吐出する。インクジェット記録ヘッドＨ１００１は、バブルジェット（登録商標）方式のサイドシュータ型の記録ヘッドである。

インクジェット記録ヘッドＨ１００１は、たとえば、樹脂材料で形成されたホルダＨ１５００と、ホルダＨ１５００の下面側に取り付けられ、吐出口（不図示）からインクを吐出するように構成されている記録素子基板Ｈ１１００とを有する。また、インクジェット記録ヘッドＨ１００１は、記録素子基板Ｈ１１００に電気的信号を供給する電気配線基板Ｈ１３００を有する。

ホルダＨ１５００は、複数のインクタンク（不図示）を保持するとともに、上記キャリッジＭ４００１（図１４参照）に対して、着脱自在な形状に形成されている。

図１６は、図１５に示すインクジェット記録ヘッドＨ１００１の分解斜視図である。

ホルダＨ１５００の下面側には、図１６に示すように、ほぼ平坦な面として形成されている吐出口部Ｈ１５５０が設けられ、この吐出口部Ｈ１５５０には、記録素子基板Ｈ１１００を取り付けるための支持凹部１５０１が形成されている。支持凹部１５０１には、インクタンク（不図示）のインクを、記録素子基板Ｈ１１００に供給するための複数のインク流路Ｈ１５０２が開口している。

記録素子基板Ｈ１１００は、シリコン製の基板で構成され、その外形が長方形に形成されている。記録素子基板Ｈ１１００には、複数の吐出口群Ｈ１１０１が設けられ、吐出口群Ｈ１１０１は、互いにほぼ等間隔で、キャリッジＭ４００１の走査方向（図面Ｘ方向）に配置されている。各吐出口群Ｈ１１０１には、複数の吐出口が配列され、その配列方向は、インクジェット記録ヘッドＨ１００１を組み立てた状態で、キャリッジの走査方向と直交する方向（図面Ｙ方向）である。

電気配線基板Ｈ１３００は、たとえば可撓性を有するＴＡＢフィルムからなり、一端側が、ホルダＨ１５００の下面に貼り付けられ、他端側は、ホルダの側面に固定されている。電気配線基板Ｈ１３００の、ホルダＨ１５００の下面に貼り付けられる側の一端には、開口部Ｈ１３０１が形成され、他端側には、外部の電気的接続部（不図示）と接触するコンタクト部Ｈ１３５０が設けられている。なお、ＴＡＢフィルムの厚みは、たとえば０．１２ｍｍ程度である。

次に、記録素子基板Ｈ１１００単体の構造と、記録素子基板Ｈ１１００が取り付けられる支持凹部Ｈ１５０１周辺の構造とについて、より詳細に説明する。

図１７は、図１５のインクジェット記録ヘッドＨ１００１の吐出口周辺の構造部を示す図である。

図１７（ａ）は、インクジェット記録ヘッドＨ１００１の吐出口周辺の構造部を、吐出口側から見た図であり、図１７（ｂ）は、図１７（ａ）のＡ−Ａ線における断面を示す図である。

図１８は、従来例における記録素子基板Ｈ１１００のみを示す拡大断面図である。

記録素子基板Ｈ１１００は、図１８に示すように、複数の吐出口Ｈ１１０１ａを有するオリフィスプレートＨ１１１５ａと、インク供給口Ｈ１１０１ｂが形成されているヒータボードＨ１１１５ｂとが積層されている。

オリフィスプレートＨ１１１５ａは、薄い板状部材で構成され、図１７（ａ）に示すように、複数の吐出口Ｈ１１０１ａが配列されている６列の吐出口群Ｈ１１０１を有する。吐出口群Ｈ１１０１の配置数は、ホルダＨ１５００（図１６参照）に搭載されているインクタンク（不図示）の数に対応し、各インクタンク（不図示）からのインクがそれぞれ対応する吐出口群Ｈ１１０１から吐出される。

ヒータボードＨ１１１５ｂのインク供給口Ｈ１１０１ｂは、図示しないが、図１７（ａ）に示す吐出口群Ｈ１１０１と同じ方向に延びる長穴として形成されている。インク供給口Ｈ１１０１ｂは、オリフィスプレートＨ１１１５ａの各吐出口群Ｈ１１０１毎に、１つずつ形成され、各吐出口群Ｈ１１０１のそれぞれの吐出口Ｈ１１０１ａに、インクを供給できるように構成されている。

ヒータボードＨ１１１５ｂのオリフィスプレートＨ１１１５ａが接着されている側の表面には、不図示の複数の発熱抵抗体（電気熱変換素子）が、エネルギー発生素子として設けられている。この発熱抵抗体（不図示）は、互いにほぼ等間隔で、インク供給口Ｈ１１０１ｂの両側に並んで配置されている。また、ヒータボードＨ１１１５ｂの同表面上には、上記発熱抵抗体に電力を供給するための配線（不図示）が引き回されている。この配線は、ヒータボードＨ１１１５ｂ表面の長手方向の両側に設けられている電極パッド（不図示）と結線されている。

図１７（ａ）に示すように、記録素子基板Ｈ１１００が配置されている支持凹部Ｈ１５０１は、その外形が、記録素子基板Ｈ１１００の外形よりも大きな長方形形状に形成されている。また、その深さは、図１７（ｂ）に示すように、記録素子基板Ｈ１１００を支持凹部Ｈ１５０１内に配置したときに、記録素子基板Ｈ１１００の表面が電気配線基板Ｈ１３００の表面とほぼ同一面となるように調整されている。なお、この面を「吐出口面」と呼ぶ。

記録素子基板Ｈ１１００は、支持凹部Ｈ１５０１のほぼ中央に配置され、インク供給口Ｈ１１０１ｂと、ホルダＨ１５００側のインク流路Ｈ１５０２とが連通するように接着固定される。

記録素子基板Ｈ１１００を支持凹部Ｈ１５０１内に配置すると、記録素子基板Ｈ１１００の周りには、溝部Ｈ１５０３（図１７（ｂ）参照）が形成される。溝部Ｈ１５０３は、より詳細には、記録素子基板Ｈ１１００の外周面と支持凹部Ｈ１５０１の内周面との間に形成されている。溝部Ｈ１５０３は、第１の封止材Ｍ１３０３ａと第２の封止材Ｍ１３０３ｂとで充填されることによって、封止されている。第１の封止材Ｍ１３０３ａは、記録素子基板Ｈ１１００の短辺側の２辺を封止し、第２の封止材Ｍ１３０３ｂは、長辺側の２辺を封止している。

再び図１６を参照し、記録素子基板Ｈ１１００と電気配線基板Ｈ１３００との電気的接続は、電気配線基板Ｈ１３００に設けられているリードＨ１３０２を用いて行われる。リードＨ１３０２は、電気配線基板Ｈ１３００に形成されている長方形の開口部Ｈ１３０１の長辺側の２辺に設けられている。したがって、リードＨ１３０２と記録素子基板Ｈ１１００の電極パッド（不図示）とは、記録素子基板Ｈ１１００の長辺側の辺で電気的に接続されている。この電気的接続は、ヒータボードＨ１１１５ｂの電極パッド（不図示）上にバンプを形成し、リードＨ１３０２を、ＴＡＢ実装法によって実装することによって、実施可能であり、その電気的接続部（不図示）は封止材によって封止されている。

上記のように構成されているインクジェット記録ヘッドＨ１００１は、電気配線基板Ｈ１３００のコンタクト部Ｈ１３５０を介して入力された電気的信号に応じて、記録素子基板Ｈ１１００の発熱抵抗体（不図示）が駆動される。そして、吐出口Ｈ１１０１ａからインクを吐出しながら記録する。

ここで、ヒータボードＨ１１１５ｂの製造時において、電気熱変換体や電気配線の膜厚のばらつき等によって、インクに気泡を生じさせるために必要な最小限の投入エネルギー（すなわち発泡しきい値エネルギー）が、インクジェット記録ヘッド毎に異なる。このために、インクジェット記録装置からの印加するエネルギーが、発泡しきい値エネルギーによらずに一定であるとすると、印加エネルギーが低すぎ、インクが正常に発泡しない。また、その逆に、印加エネルギーが高すぎ、電気熱変換体に過剰な負荷がかかり、インクジェット記録ヘッドの寿命が損なわれるという不具合が発生する。

そこで、従来は、インクジェット記録ヘッドの製造工程で、個々のインクジェット記録ヘッドの発泡しきい値エネルギーを求め、その発泡しきい値エネルギーに応じて、インクジェット記録ヘッドを複数種類のランクに分ける。そして、インクジェット記録装置側で、ランクを識別し、ランクに応じて、インクジェット記録ヘッドの駆動電圧や駆動パルス幅を変えている。

そして、インクジェット記録ヘッドのランクを、インクジェット記録装置側で識別するために、中継配線基板に専用の配線を設け、ランクに応じて、配線の所定の部位を切断し、インクジェット記録装置との電気的接続状態を変化させる。また、インクジェット記録ヘッドに、記憶素子を設け、この記憶素子に、ランクに関するデータを入力し、インクジェット記録装置側で、そのデータを読み取る。

また、発泡しきい値エネルギーの他に、インクジェット記録装置側で、個々に駆動条件を変える必要のある特性についても、同様の手法によって、インクジェット記録装置で識別可能である。
特開２００５−１６１６１４号公報

しかし、インクジェット記録ヘッドの駆動条件を、インクジェット記録装置側で識別可能とするために、上記手段を用いると、次の問題がある。

まず、一つ一つ工場出荷時に印字物を検査し、インクジェット記録ヘッドに入力する最小限のエネルギー値を測定する工程が増えるという問題がある。

そして、その情報を、記憶素子に記憶させる工程も入るので、スループットが低下するという問題がある。

また、識別のための専用の配線を設け、この配線を、インクジェット記録ヘッドの特性に応じて切断する従来例では、配線を切断するための特別な工具が必要であり、作業が煩雑になるという問題がある。また、切断の際に発生した切り粉が、吐出口やインク流路内に侵入し、目詰まりの原因になるという問題がある。そして、なによりも、出荷時以降の変化に対応できないという問題がある。

本発明は、記録ヘッドの特性のバラツキに関わらず、安定したインク滴を吐出することができるインクジェット記録装置及びインクジェット記録装置の制御方法を提供することを目的とする。

また、本発明は、記録ヘッドの電気熱変換素子の長寿命化を図ることができるインクジェット記録装置及びインクジェット記録装置の制御方法を提供することを目的とする。

本発明は、上記駆動波形の印加エネルギーを漸増又は漸減し、上記漸増、漸減のそれぞれにおいて温度情報として、上記温度検知素子の電圧変化を測定し、記憶装置に記憶する電圧変化測定工程を有する。また、上記測定された電圧変化に基づいて、インク滴を吐出するために必要な最小限の入力エネルギーを決定し、記憶装置に記憶する最小限入力エネルギー決定工程を有するインクジェット記録装置の制御方法である。

本発明によれば、ノズル内温度を監視し、各電気熱変換素子に印加するエネルギーを調整するので、記録ヘッドの個体差又は経時変化による吐出状態の違いがあっても、安定したインク滴を吐出することができるという効果を奏する。

発明を実施するための最良の形態は、次の実施例である。

図１は、本発明の実施例１である記録ヘッド１０を示す図である。

図１（ａ）は、吐出ノズルを省略した記録ヘッド１０を示す断面図である。

図１（ｂ）は、吐出ノズルを省略した記録ヘッド１０を示す平面図である。

記録ヘッド１０は、Ｓｉ基板１と、蓄熱層２と、温度検知素子３と、個別配線３１と、共通配線３３と、層間絶縁膜４と、吐出用ヒータ５と、パシベーション膜６と、耐キャビテーション膜７とを有する。なお、吐出用ヒータ５は、電気熱変換素子の例である。

Ｓｉ基板１には、熱酸化膜ＳｉＯ２等からなる蓄熱層２を介して、Ａｌ、Ｐｔ、Ｔｉ、ＴｉＮ、ＴｉＳｉ、Ｔａ、ＴａＮ、ＴａＳｉＮ、ＴａＣｒ、Ｃｒ、ＣｒＳｉＮ、Ｗ等の薄膜抵抗体で構成されている温度検知素子３が形成されている。また、Ｓｉ基板１には、接続配線のためのＡｌ等の個別配線３１、共通配線３３と、ヒータ５と、Ｓｉ基板に形成されている制御回路を接続するＡｌ配線とが形成されている。

層間絶縁膜４を介して、ＴａＳｉＮ等の吐出用ヒータ（電気熱変換素子）５と、ＳｉＯ２等のパシベーション膜６と、電気熱変換素子上の耐キャビテーション性を高めるために、Ｔａ等の耐キャビテーション膜７とが、半導体プロセスで高密度に積層されている。

薄膜抵抗体で形成されている温度検知素子３は、吐出用ヒータ５のそれぞれの直下に、分離独立して配置されている。各温度検知素子に接続されている温度検知素子の個別配線３１、共通配線３３は、温度検知素子の情報を検出する検出回路の一部として構成されている。

Ｓｉ基板１には、熱酸化膜ＳｉＯ２等からなる蓄熱層２を介して、ヒータとＳｉ基板とに形成されている制御回路を接続するＡｌ配線が形成されている。

また、層間絶縁膜４を介して、ＴａＳｉＮ等の吐出用ヒータ（電気熱変換素子）５と、ＳｉＯ２等のパシベーション膜６と、電気熱変換素子との上の耐キャビテーション性を高めるために、次にようにしている。つまり、Ｔａ等の耐キャビテーション膜７が形成されている従来の構成の蓄熱層２上に、温度検知素子３と、接続配線のためのＡｌ等の個別配線３１と、共通配線３３とを成膜する。温度検知素子３は、Ａｌ、Ｐｔ、Ｔｉ、ＴｉＮ、ＴｉＳｉ、Ｔａ、ＴａＮ、ＴａＳｉＮ、ＴａＣｒ、Ｃｒ、ＣｒＳｉＮ、Ｗ等の薄膜抵抗体で形成されている。

そして、パターンニングすることによって、従来の記録ヘッド構造を変えることなく、作製することができる。したがって、工業生産上も大きな利点を有する。

図２は、記録ヘッド１０の変形例である記録ヘッド１０ａの形状を示す平面図である。

図１（ｂ）に示す記録ヘッド１０では、正方形の温度検知素子３を、ヒータ５の直下に配置してあるが、温度検知素子１０ａは、スネーク形の温度検知素子３ａが、ヒータ５の直下に配置されている。

図１（ｂ）に示す記録ヘッド１０では、層間絶縁膜４を介したヒータ５の平面形状を平坦に形成することができ、吐出の安定性がより容易に確保できる。

図２に示すスネーク形の温度検知素子３ａでは、温度検知素子３ａの抵抗値を大きく設定することが容易であるので、微小の温度変化を、精度良く検出することができる。

図３は、記録ヘッド１０の別の変形例である記録ヘッド１０ｂを示す断面図である。

図１に示す記録ヘッド１０では、温度検知素子３をヒータ５の直下に配置したが、図３に示す記録ヘッド１０ｂでは、温度検知素子３ｂをヒータ５の直上に配置してある。図１に示す記録ヘッド１０では、インクと接する耐キャビテーション膜７を平坦に形成することができる。図３に示す記録ヘッド１０ｂでは、図１に示す記録ヘッド１０に比べ、インク層との距離が近いので、インク吐出動作に伴う温度変化を、より高精度に検出することができる。

次に、実施例１における駆動回路構成の概要について説明する。

図４は、実施例１における駆動回路構成の概要を示す図である。

吐出用ヒータ（電気熱変換素子）５は、２０個単位で１つの駆動ブロックが構成され、３２個の駆動ブロックが構成され、時分割で駆動される。駆動ブロックは、信号ＢＬＥ０〜３１によって選択され、駆動ブロック内に属する２０個の吐出ヒータ５を駆動するか否かを決定する。

信号ＤＡＴＡには、クロックＣＬＫに同期して、転送データが出力され、シフトレジスタにシリアル転送される。そして、シフトレジスタに格納されているデータは、次の駆動ブロックの最初に出力される信号ＬＴのタイミングで、ラッチに記憶される。したがって、最初の転送データに従って、実際の駆動がされるのは、その次のブロックの転送が行われるタイミングである。

ここで、転送されるデータ内容は、駆動されるブロックの番号、そのブロックで駆動される吐出用ヒータ５（電気熱変換素子）の駆動データ、アナログスイッチの選択データ、温度検知素子３のスイッチングデータである。駆動ブロックは、デコーダで、信号ＢＬＥ０〜３１にデコードされ、常に３２個の吐出用ヒータ５のうちの１個だけが駆動される。ＡＮＤゲートの一方の入力には、２０ビットの駆動データ信号が接続され、もう一方の入力には、吐出用ヒータ５を実際に駆動するタイミングを与えるパルス信号ＨＥが接続されている。

２０個のビットの駆動データによって指定されたセグメントに対して、パルスＨＥのタイミングで駆動される。上記のように、最初に０ブロック目が駆動され、順次１、２、…が駆動され、最後に、３１ブロック目の駆動が完了し、全ヒータボードの全ノズルの吐出が制御される。

次に、温度検知回路について、以下に説明する。

温度検知素子３の一方には、個別配線３２に接続され、ＯＮ／ＯＦＦ制御する第１のＳＷ素子３４が設けられ、他方は、Ａｌ共通配線によって複数の温度検知素子３が接続され、温度検知素子群を形成している。この温度検知素子群を複数構成し、各温度センサ群には、一定電流を流す定電流源、各温度検知素子群の出力を切り替えるアナログスイッチ回路や、ＳＷ素子（以下、「第２のＳＷ素子」という）が設けられている。第１、第２のＳＷ素子を制御する制御回路（不図示）が構成されている。温度検知素子群を選択する第２のＳＷ素子と、各素子を制御する第１のＳＷ素子とによって、検知する温度検知素子３が選択される。

第２のＳＷ素子を設けることによって、各検知素子群から、直接個々に温度情報を取り出す必要がなく、端子数を削減することができる。各素子を制御する制御回路において、センサＢＬＥは、各検知素子群に１ビットずつ共通に接続されている。温度検知素子群を構成する素子数分の共通配線がなされ、信号ＰＴＥＮは、各素子に対応するＡＮＤ回路に共通に配線されている。

ＯＮしたビットの出力は、アナログスイッチによって、出力する温度検知素子群が選択され、出力端子から電圧として出力される。上記構成では、温度検知素子３の少なくとも一方を共通配線化することができるので、レイアウト上もメリットがある。

図５は、実施例１において、ヒータ５に印加される入力エネルギーの矩形波と温度検知素子３が検出する温度曲線の時間変化とを示す図である。

たとえば、初期温度が２５℃であるときに、層間絶縁膜４の膜厚が０．９５μｍであり、抵抗値が３６０Ωのヒータ５に、２０Ｖのパルスを０．８０μｓ印加すると、インクは吐出口から正常に吐出する。この際における温度検知素子３が検出する温度特性が、図５に実線で示す特性である。

しかし、同一のヒータ５に、２０Ｖのパルスを０．７９μｓ印加すると、吐出口からメニスカスが突起するが、インクが吐出せずに、再び吐出口内部に移動した。このときの温度特性は、図５に点線で示す特性であることが、本願の特許出願の発明者の実験によって解明された。

ヒータ５に印加する電圧を固定し、パルス幅を正常にインクが吐出したときの値から漸増したときに温度検知素子３が検出する温度曲線の降温過程では、パルス印加から１２μｓ以内で、降温速度の急激な変化が起こる。一方、パルス幅を漸減した際の温度曲線の変化は、パルス印加から１２μｓ以内に、降温速度の急激な変化は起こっていない。

次に、ヒータ５に印加する矩形波の幅が同じで、電圧値が異なる場合における温度変化を測定した。

図６は、ヒータ５に印加する矩形波の幅が同じで、電圧値が異なる場合における温度変化を測定した結果を示す図である。

図６に示す実線が、初期温度２５℃のときに、層間絶縁膜４の膜厚が０．９５μｍで、抵抗値が３６０Ωのヒータ５に、２０．０Ｖのパルスを０．８０μｓ印加したときに、温度検知素子３が検出する温度特性である。この条件のときには、インクは、正常に吐出口から吐出した。しかし、パルス幅が０．８０μｓであり、印加電圧が１９．８Ｖであるときには、インクが吐出せず、そのときの温度変化は、図６に点線で示す特性であることが分かった。

この場合も、先ほどと同じように、ヒータ５に印加するパルス幅を固定して印加する電圧を、漸増、漸減した場合の温度変化を測定する。印加電圧を漸増した場合、インクは、正常に吐出し、降温過程での降温速度の急激な変化が、パルス印加から１２μｓ以内で起こる。しかし、印加電圧を漸減した場合、インクは吐出せず、降温過程での降温速度の急激な変化も起こっていない。

電圧をヒータ５に印加することによって発する熱エネルギー（つまり、ジュール熱）は、次式によって表現することができる。
Ｑ＝（Ｖｌ（Ｒ_{ｈｅａｔｅｒ}＋Ｒ_配線抵抗＋Ｒ_ＭＯＳ））^２×Ｒ_{ｈｅａｔｅｒ}×ｔ_パルス幅
ここで、Ｒ_{ｈｅａｔｅｒ}は、吐出用ヒータ５の抵抗値であり、Ｒ_配線抵抗は、配線抵抗値であり、Ｒ_ＭＯＳは、ＭＯＳのｏｎ抵抗値であり、Ｖは、駆動電圧である。

したがって、温度センサが検出した温度曲線から、インク吐出が正常に行われるために必要最小限のジュール熱を求めることができ、上式から、印加電圧又はパルス幅を算出することができる。

このように、インク吐出可能な必要最小限のジュール熱に基づいて、印加電圧やパルス幅等、駆動条件を決定し、これによって、個体バラツキや経時変化による伝熱特性がノズル毎に異なっても、各ノズルに適した駆動条件を選択することができる。したがって、安定したインク吐出を保証することができ、しかも、過度なエネルギー印加による記録ヘッドへの負担をなくすことができる。

次に、上記構成のインクジェット記録装置を、共通装置として用いるインク滴を吐出するために必要な最小限の入力エネルギーを決定する方法について説明する。

図７は、インク滴を吐出するための必要最小限の入力エネルギーを決定する動作を示すフローチャートである。

図８は、実施例１において、インク滴を吐出するために必要な最小限の入力エネルギー閾値を算出する方法の説明図である。

Ｓ１１で、インクが正常に吐出するために十分な駆動条件を選択し、ヒータ５に印加する。Ｓ１２で、そのときのノズル内温度を温度センサが測定する。Ｓ１３では、Ｓ１２で測定した温度変化曲線を、微分器に入力し、温度変化を時間で１階微分し、この結果を出力する。図８（ｂ）は、このときの結果を示す図である。

Ｓ１４では、Ｓ１３で得られた温度変化曲線の１階微分した値を、さらにもう一度微分器に入力することによって、温度変化を時間で２階微分した結果を出力する。この結果を、図８（ｃ）に示す。

Ｓ１５では、Ｓ１４で出力された温度変化を、時間で２階微分した曲線において、２回目に値が０になった以後の時間において、負のピークが出現するかどうかを判定する。そして、『ピークあり』と判定されれば、Ｓ１６に進み、ヒータ５に入力した駆動条件を記憶手段に保存する。

そして、Ｓ１７で、入力した駆動条件を印加した際のヒータ５が発するジュール熱エネルギーから、漸減した発熱量になるように、駆動電圧固定でパルス幅を短くする。又はパルス幅固定で駆動電圧を低下させるか等、駆動条件を選択し、ヒータ５に印加し、再びＳ１２に戻る。そしてＳ１５で、再び『ピークあり』と判定されれば、Ｓ１６に進み、ヒータ５に入力した駆動条件を、記憶手段に上書き保存し、Ｓ１７に進む。

Ｓ１５で『ピークなし』と判定されれば、Ｓ１８に進み、Ｓ１６で保存された値を、インク滴を吐出するための必要最小限の駆動条件であると決定する。

実施例１では、最初の駆動条件を、インクが正常に吐出するのに十分な条件であるとしたが、この逆に、インク吐出が異常になるのに十分小さなものであるとしてもよい。ただし、この場合、Ｓ１５での判定基準は、『ピークなし』である。また、Ｓ１７では、入力した駆動条件を印加した際に、ヒータ５が発するジュール熱エネルギーから、漸増した発熱量になるように、駆動電圧固定でパルス幅を長くするか、又は、パルス幅固定で駆動電圧を増加させる等、駆動条件を選択する。Ｓ１８では、Ｓ１５で『ピークあり』と判定されると、そのときの駆動条件を、インク滴を吐出するための必要最小限の駆動条件であると決定する必要がある。

図９は、本発明の実施例２の動作であるインク滴を吐出するために必要最小限の入力エネルギーを決定する動作を示すフローチャートである。

Ｓ２１で、インクが正常に吐出するために十分な駆動条件を選択し、ヒータ５に印加する。Ｓ２２で、インクが正常に吐出すると、降温過程で降温速度の変化が急激に起こる時間から、所定時間後におけるノズル内温度、たとえば、降温速度の変化が急激に起こる時間から２μｓ後におけるノズル内温度Ｔａを、温度センサ（温度検知素子３）が測定する。

Ｓ２３で、予め設定していた閾値Ｔｔｈと、Ｓ２２で測定した温度Ｔａとを比較する。このときに、『Ｔｔｈ＞Ｔａ』であると判定されれば、Ｓ２４に進み、ヒータ５に入力した駆動条件を記憶手段に保存する。Ｓ２５で、入力した駆動条件を印加した際のヒータ５が発するジュール熱エネルギーに基づいて、漸減する発熱量になるように、駆動電圧固定で、パルス幅を短くする。又は、パルス幅固定で、駆動電圧を低下させる等、駆動条件を選択し、ヒータ５に印加し、再びＳ２２に戻る。そして、Ｓ２３で、再び『Ｔｔｈ＞Ｔａ』であると判定されれば、Ｓ２４に進み、ヒータ５に入力した駆動条件を、記憶手段に上書き保存し、Ｓ２５に進む。

Ｓ２３で、『Ｔａ＞Ｔｔｈ』であると判定されると、Ｓ２６に進み、Ｓ２４で、保存された値を、インク滴を吐出するための必要最小限の駆動条件であると決定する。

実施例２でも、最初の駆動条件が、インクが正常に吐出するために十分なものであるという駆動条件であるが、この逆に、インク吐出が異常となるために十分に小さな条件であるとしてもよい。ただし、この場合、Ｓ２３での判定基準は、『Ｔａ＞Ｔｔｈ』であり、Ｓ２５では、入力した駆動条件を印加した際のヒータ５が発するジュール熱エネルギーから漸増した発熱量になるように、駆動電圧固定でパルス幅を長くする。又は、パルス幅固定で、駆動電圧を増加させる等、駆動条件を選択する。そして、Ｓ２６では、Ｓ２３において、『Ｔｔｈ＞Ｔａ』であると判定された場合、そのときの駆動条件を、インク滴を吐出するための必要最小限の駆動条件であると決定する必要がある。

図１０は、本発明の実施例３の動作であるインク滴を吐出するために必要最小限の入力エネルギーを決定する動作を示すフローチャートである。

Ｓ３１で、インクが正常に吐出するのに十分な駆動条件を選択し、ヒータ５に印加する。そして、Ｓ３２で、所定時間範囲内のノズル内温度の値を積分する。

上記「所定時間範囲」は、開始時間が、ヒータ５に駆動電圧が印加されるタイミングからインクが正常に吐出した場合、降温過程で降温速度の変化が急激に起こるタイミングの間である。また、上記「所定時間範囲」は、終了時間が吐出に伴う共通液室側からのインク再充填が完全に終了するタイミングから、次の駆動信号が入力されるまでの間である。

たとえば、駆動信号がヒータ５に印加されてから６．０μｓのタイミングから、実施例１で用いた記録ヘッド構造において、共通液室からの再充填が終わる間での時間であるヒータ５のｏｎから１５μｓ後までの範囲である。

次に、Ｓ３３で、予め設定していた閾値Ａｔｈと、Ｓ３２で測定した積分値Ａａとを比較する。このときに、『Ａｔｈ＞Ａａ』であると判定されれば、Ｓ３４に進み、ヒータ５に入力した駆動条件を記憶手段に保存する。そして、Ｓ３５で、入力した駆動条件を印加した際のヒータ５が発するジュール熱エネルギーから漸減した発熱量になるように、駆動電圧固定でパルス幅を短くする。又は、パルス幅固定で、駆動電圧を低下させる等、駆動条件を選択し、ヒータ５に印加し、再び、Ｓ３２に戻る。そして、Ｓ３３で、再び『Ａｔｈ＞Ａａ』であると判定されれば、Ｓ３４に進み、ヒータ５に入力した駆動条件を記憶手段に上書き保存し、そしてＳ３５に進む。

Ｓ３３で、『Ａａ＞Ａｔｈ』であると判定されれば、Ｓ３６に進み、Ｓ３４で、保存された値を、インク滴を吐出するための必要最小限の駆動条件であると決定する。

実施例１では、最初の駆動条件を、インクが正常に吐出するのに十分な条件であるとしたが、これとは逆に、インク吐出が異常となる駆動条件を、インクが正常に吐出するために十分小さな条件であるとしてもよい。ただし、この場合、Ｓ３３での判定基準は、『Ａａ＞Ａｔｈ』であり、Ｓ３５では、入力した駆動条件を印加した際のヒータ５が発するジュール熱エネルギーから漸増した発熱量になるように、駆動電圧固定でパルス幅を長くする。又は、パルス幅固定で駆動電圧を増加させる駆動条件を選択する。そして、Ｓ３６では、Ｓ３３で『Ａｔｈ＞Ａａ』であると判定された場合、そのときの駆動条件を、インク滴を吐出するための必要最小限の駆動条件であると決定する必要がある。

実施例１〜３では、ヒータ５のそれぞれの直下又は直上に配置されている温度センサ一つ一つから、温度情報を出力する。

本発明の実施例４は、駆動ブロック内の温度センサ群の中から、１つだけ温度情報を出力し、この出力された温度情報に基づいて、インク滴を吐出するために必要最小限の駆動条件を決定する。

実施例４によれば、検出するデータ量が少ないので、判定処理スピードが向上する。

図１１は、本発明の実施例５である記録ヘッド１０ｃを示す図である。

記録ヘッド１０ｃは、１つの駆動ブロック内のヒータ群のどれか１つのヒータ５の直下又は直上だけに温度センサを配置し、この温度検知素子３ｃが測定した温度情報から、インク滴を吐出するための必要最小限の駆動条件を決定する実施例である。

記録ヘッド１０ｃは、１つの駆動ブロック内のヒータ群に属する１つのヒータ５の直下又は直上だけに、温度検知素子３ｃを配置し、温度検知素子３ｃが測定した温度情報に基づいて、インク滴を吐出するために必要最小限の駆動条件を決定する実施例である。

実施例５によれば、温度変化に対する応答が鈍るが、温度検知素子３ｃが配置されていない部分は、ヒータ５の平面形状を平坦に形成することができ、吐出の安定性をより容易に確保することができる。また、実施例５によれば、検出するデータ量が少ないので、処理スピードが向上する。

図１２は、本発明の実施例６である記録ヘッド１０ｄを示す図である。

実施例６である記録ヘッド１０ｄは、図１２に示すように、１つの駆動ブロック内のヒータ群に属するヒータ５の領域を覆う程度の大きさの温度検知素子３ｄを、ヒータ５の直上又は直下に配置する実施例である。そして、記録ヘッド１０ｄは、この温度検知素子３ｄが測定した温度情報から、インク滴を吐出するための必要最小限の駆動条件を決定する実施例である。

実施例６によれば、温度変化に対する応答が鈍るが、ヒータ５の平面形状を損なわないように温度検知素子３ｄのサイズが大きいので、吐出の安定性を、容易に確保することができ、さらに、検出するデータ量が少ないので、処理スピードが向上する。

実施例１〜６において、インク滴を吐出するための必要最小限のエネルギー決定手段は、前の印字が終わり、次の印字が始まるまでの間に、インク滴を吐出するための必要最小限のエネルギーを決定する。しかし、たとえば、記録に備えてインクをリフレッシュするための予備吐出処理を行っている際に、インク滴を吐出するための必要最小限のエネルギー決定手段が、インク滴を吐出するための必要最小限のエネルギーを決定するようにしてもよい。

上記実施例の印字時の駆動条件を決定する場合、たとえば、以上のようにして求めたインク滴を吐出するための必要最小限のエネルギー値の１．２０倍になるように、駆動電圧、パルス幅を設定するようにしてもよい。

さらに、記録装置が記録できるプリント材の最大幅に対応した長さを有するフルラインタイプの記録ヘッドにおいて、複数記録ヘッドの組合せによって、その記録ヘッドの長さを満たすようにしてもよい。また、一体的に形成されている１個の記録ヘッドとして、その記録ヘッドの長さを構成するようにしてもよい。

さらに、シリアルタイプのものでも、装置本体に固定されている記録ヘッド、又は装置本体に装着されることによって、装置本体との電気的な接続や、装置本体からのインクの供給が可能になる交換自在のチップタイプの記録ヘッドを用いてもよい。また、記録ヘッド自体に一体的にインクタンクが設けられているカートリッジタイプの記録ヘッドを用いてもよい。

また、上記実施例の記録装置の構成として、記録ヘッドの吐出回復手段、予備的な補助手段等を付加することは、本発明の効果を一層安定できるので、好ましい。

上記付加手段は、記録ヘッドに対してのキャッピング手段、クリーニング手段、加圧又は吸引手段、吐出用ヒータ５又はこれとは別の加熱素子又はこれらの組合せを用いて加熱を行う予備加熱手段、記録とは別の吐出を行う予備吐出手段である。

つまり、上記実施例は、複数の電気熱変換素子と、上記電気熱変換素子の直上又は直下に配置されている温度検知素子と、上記温度検知素子に接続され、温度を検出する検出回路とを具備する。上記実施例は、駆動波形に応答して、上記電気熱変換素子の熱エネルギーをインクに作用させ、吐出口からインクを吐出させる記録ヘッドである。また、上記実施例は、上記駆動波形の印加エネルギーを漸増又は漸減し、上記漸増、漸減のそれぞれにおいて温度情報として、上記温度検知素子の電圧変化を測定し、記憶装置に記憶する電圧変化測定工程を有する。さらに、上記実施例は、上記測定された電圧変化に基づいて、インク滴を吐出するために必要な最小限の入力エネルギーを決定し、記憶装置に記憶する最小限入力エネルギー決定工程を有するインクジェット記録装置の制御方法の例である。

この場合、上記複数の温度検知素子を、順次選択し、全ｂｉｔの温度情報を測定し、インク滴を吐出するために必要な最小限の入力エネルギーを決定する。また、上記電圧変化測定工程は、上記複数の電気熱変換素子と上記複数の温度検知素子とを複数のブロックに分け、ブロック毎に、１つの上記温度検知素子によって温度情報を測定する工程である。さらに、上記最小限入力エネルギー決定工程では、温度検知素子が検出する温度曲線の降温過程において、温度曲線の傾き変化を検出することによって、ノズル毎にインク吐出が可能な入力エネルギーと、インクが吐出しなくなる入力エネルギーとの閾値を測定する。
しかも、上記最小限入力エネルギー決定工程は、上記温度検知素子が検出する温度曲線の降温過程において、インクが正常に吐出した場合、降温過程で降温速度の変化が急激に起こるタイミング以降から、所定時間経過後の温度を閾値と比較する工程である。これによって、インク吐出が可能な入力エネルギーと、インクが吐出しなくなる入力エネルギーとの閾値を、ノズル毎に、測定する。

最小限入力エネルギー決定工程は、上記温度検知素子が検出する温度曲線の降温過程において、インクが正常に吐出した場合、降温過程で、降温速度の変化が急激に起こるタイミング以降から、所定時間範囲内の検出温度を積分した値を、参照値と比較する。これによって、インク吐出が可能な入力エネルギーと、インクが吐出しなくなる入力エネルギーとの閾値とを、ノズル毎に測定する。

また、上記実施例を装置の発明として把握することができる。つまり、上記実施例は、複数の電気熱変換素子と、上記電気熱変換素子の直上又は直下に配置されている温度検知素子と、上記温度検知素子に接続され、温度を検出する検出回路とを具備する。また、上記実施例は、駆動波形に応答して上記電気熱変換素子の熱エネルギーをインクに作用させ、吐出口からインクを吐出させる記録ヘッドである。さらに、上記実施例は、上記駆動波形の印加エネルギーを漸増又は漸減し、上記漸増、漸減のそれぞれにおいて温度情報として、上記温度検知素子の電圧変化を測定する電圧変化測定手段を有する。しかも、上記実施例は、上記測定された電圧変化に基づいて、インク滴を吐出するために必要な最小限の入力エネルギーを決定する最小限入力エネルギー決定手段を有するインクジェット記録装置の例である。

本発明の実施例１である記録ヘッド１０を示す図である。 記録ヘッド１０の変形例である記録ヘッド１０ａの形状を示す平面図である。 記録ヘッド１０の別の変形例である記録ヘッド１０ｂを示す断面図である。 実施例１における駆動回路構成の概要を示す図である。 ヒータ５に印加される入力エネルギーの矩形波と温度検知素子３が検出する温度曲線の時間変化とを示す図である。 ヒータ５に印加する矩形波の幅が同じで、電圧値が異なる場合における温度変化を測定した結果を示す図である。 インク滴を吐出するための必要最小限の入力エネルギーを決定する動作を示すフローチャートである。 実施例１において、インク滴を吐出するために必要な最小限の入力エネルギー閾値を算出する方法の説明図である。 本発明の実施例２の動作であるインク滴を吐出するために必要最小限の入力エネルギーを決定する動作を示すフローチャートである。 本発明の実施例３の動作であるインク滴を吐出するために必要最小限の入力エネルギーを決定する動作を示すフローチャートである。 本発明の実施例５である記録ヘッド１０ｃを示す図である。 本発明の実施例６である記録ヘッド１０ｄを示す図である。 従来のインクジェット記録装置Ｍ１０００の一例を示す斜視図である。 従来のインクジェット記録装置Ｍ１０００の内部構造を示す斜視図である。 従来のインクジェット記録装置Ｍ１０００に搭載されているインクジェット記録ヘッドＨ１００１を、その吐出口側から見た斜視図である。 従来のインクジェット記録ヘッドＨ１００１の分解斜視図である。 図１５のインクジェット記録ヘッドＨ１００１の吐出口周辺の構造部を示す図である。 従来例における記録素子基板Ｈ１１００のみを示す拡大断面図である。

符号の説明

１０、１０ａ、１０ｃ、１０ｄ…記録ヘッド、
１…Ｓｉ基板、
２…蓄熱層、
３、３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ…温度検知素子、
４…層間絶縁膜、
５…吐出用ヒータ、
６…パシベーション膜、
７…耐キャビテーション膜、
３１、３２…温度検知素子の個別配線、
３３…Ａｌ共通配線。

Claims (7)

1. 複数の電気熱変換素子と、上記電気熱変換素子の直上又は直下に配置されている温度検知素子と、上記温度検知素子に接続され、温度を検出する検出回路とを具備し、駆動波形に応答して、上記電気熱変換素子の熱エネルギーをインクに作用させ、吐出口からインクを吐出させる記録ヘッドにおいて、
   上記駆動波形の印加エネルギーを漸増又は漸減し、上記漸増、漸減のそれぞれにおいて温度情報として、上記温度検知素子の電圧変化を測定し、記憶装置に記憶する電圧変化測定工程と；
   上記測定された電圧変化に基づいて、インク滴を吐出するために必要な最小限の入力エネルギーを決定し、記憶装置に記憶する入力エネルギー決定工程と；
   を有することを特徴とするインクジェット記録装置の制御方法。
2. 請求項１において、
   上記複数の温度検知素子を、順次選択し、全ｂｉｔの温度情報を測定し、インク滴を吐出するために必要な最小限の入力エネルギーを決定することを特徴とするインクジェット記録装置の制御方法。
3. 請求項１において、
   上記電圧変化測定工程は、
   上記複数の電気熱変換素子と上記複数の温度検知素子とを複数のブロックに分け、ブロック毎に、１つの上記温度検知素子によって温度情報を測定することを特徴とするインクジェット記録装置の制御方法。
4. 請求項１において、
   上記入力エネルギー決定工程は、上記温度検知素子が検出する温度曲線の降温過程において、温度曲線の傾き変化を検出することによって、ノズル毎にインク吐出が可能な入力エネルギーと、インクが吐出しなくなる入力エネルギーとの閾値を測定する工程であることを特徴とするインクジェット記録装置の制御方法。
5. 請求項１において、
   上記入力エネルギー決定工程は、上記温度検知素子が検出する温度曲線の降温過程において、インクが正常に吐出した場合、降温過程で降温速度の変化が急激に起こるタイミング以降から、所定時間経過後の温度を閾値と比較することによって、インク吐出が可能な入力エネルギーと、インクが吐出しなくなる入力エネルギーとの閾値を、ノズル毎に、測定する工程であることを特徴とするインクジェット記録装置の制御方法。
6. 請求項１において、
   上記入力エネルギー決定工程は、上記温度検知素子が検出する温度曲線の降温過程において、インクが正常に吐出した場合、降温過程で、降温速度の変化が急激に起こるタイミング以降から、所定時間範囲内の検出温度を積分した値を、参照値と比較することによって、インク吐出が可能な入力エネルギーと、インクが吐出しなくなる入力エネルギーとの閾値とを、ノズル毎に測定する工程であることを特徴とするインクジェット記録装置の制御方法。
7. 複数の電気熱変換素子と、上記電気熱変換素子の直上又は直下に配置されている温度検知素子と、上記温度検知素子に接続され、温度を検出する検出回路とを具備し、駆動波形に応答して上記電気熱変換素子の熱エネルギーをインクに作用させ、吐出口からインクを吐出させる記録ヘッドにおいて、
   上記駆動波形の印加エネルギーを漸増又は漸減し、上記漸増、漸減のそれぞれにおいて温度情報として、上記温度検知素子の電圧変化を測定する電圧変化測定手段と；
   上記測定された電圧変化に基づいて、インク滴を吐出するために必要な最小限の入力エネルギーを決定する入力エネルギー決定手段と；
   を有することを特徴とするインクジェット記録装置。

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