JP2011167963A - インクジェット記録ヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】記録ヘッドの温度をより高精度に検知することでき、インクの吐出特性のばらつきを抑制することができる、インクジェット記録ヘッドを提供する。
【解決手段】本発明のインクジェット記録ヘッドは、インクを吐出するための熱エネルギーを発生させる複数のヒータと、ノズルにインクを供給するための複数のインク供給口１０１と、温度検知素子１０６とが設けられた基板１００を有する。さらに、基板１００上に積層され、基板１００上にインク供給口１０１と連通するノズルを有する層を有する。インク供給口１０１の両側に長手方向に並んだ複数のヒータの列であるヒータ列１０２が設けられ、インク供給口１０１と、該インク供給口１０１を挟んで位置する２つのヒータ列１０２とでインク加熱機構１が構成されている。そして、インク加熱機構１同士の間の中央であり、かつインク加熱機構１の長手方向の中央に温度検知素子１０６が配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明はインクジェット記録ヘッドに関する。

インクジェット記録ヘッドを有するインクジェット記録装置では、記録信号に応じて記録ヘッドの微細な複数のノズルからインクを吐出させ記録媒体に付着させることで、記録媒体に情報を記録する。インクジェット記録装置は、紙などの記録媒体に対し、非接触記録が可能、カラー化が容易、さらに静粛性に富んでいる等の利点がある。

このインクジェット記録装置では、記録ヘッドの基板に作られたヒータを駆動して記録ヘッドに設けられたノズル内のインクに熱エネルギーを印加して発泡を生起し、発泡力によって記録ヘッドのノズルからインクを吐出させて記録を行う。

しかしながら、記録動作を繰り返し行うと、ヒータによる発熱のため、記録ヘッドの温度が上昇し、気泡の形成、成長、収縮、または大きさ等の発泡状態が変化する。その結果、インク吐出量、インク吐出方向、またはインク吐出速度等がばらつき、記録状態が悪化する。従って、インクの吐出精度の安定化、およびインク吐出量の安定化のためには、精確に温度を検知し、記録ヘッドの温度を管理することが非常に重要である。

このため、従来のインクジェット記録装置では、記録ヘッドに温度検知手段を設けて、一定の時間間隔で基板の温度を観察し、その温度によって適切な駆動方法を選択するような制御が行われる。この時、温度を観察する方法として最も一般的な方法は、記録ヘッドの基板上にダイオード（サーマル・ダイオード）を設けて、温度を測定する方法である。
サーマル・ダイオードは、一定の電流を流して電圧を測定することで温度を計測できるダイオードのことである。具体的には、ｐｎ接合部の順方向の電圧降下が、およそ−２ｍＶ／℃程度の温度係数を持つことを利用し、流す電流を一定にして、電圧の変化を測定することで温度を求める。

温度検知素子（例えば、サーマル・ダイオード）は温度出力端子に接続されており、ここに一定の電流を流した時に発生する電圧を読み取ることで基板の温度を検出する。この温度出力信号は温度を電圧に変換したアナログ量であるため、端子から出力される信号はアナログ出力信号となる。この場合、基板上には少なくとも１個の温度出力端子を設け、外部と接続するためのインタフェースとする必要がある。

このように、温度検知素子から配線を少なくとも一本引き出し、温度出力端子に接続することとなる。この時、温度出力端子の数を最も少なくするために、電流を流す配線と電圧を読み取る配線を併用する場合、配線長が長くなると配線抵抗が大きくなり、読み取る電圧に誤差が生じてしまう。そのため、従来は、特許文献１に開示されているインクジェット記録装置のように、温度検知素子は配線長が短くなるように、基板の端部に配置される構成となっていた。

図１０に、従来技術のインクジェット記録ヘッドのブロック図を示す。基板２００にはインク供給口２０１が設けられており、インク供給口２０１と、インク供給口２０１を横手方向に挟むように、インク供給口２０１の両側の長手方向に沿って並んだヒータの列である、２つのヒータ列２０２とでインク加熱機構３０１が構成されている。各ヒータ列２０２に対しては、ドライバトランジスタ部２０３と論理回路部２０４が接続されている。そして、この従来技術の例では、基板２００の中央部に位置するインク加熱機構３０１同士の間の中央であり、かつインク加熱機構３０１の長手方向で一方の端部のみに、温度検知素子２０６が配置されている。

特開２００５−１６９８６７号公報（図４、５参照）

図１０に示した従来技術によると、基板２００の端部では熱が基板２００の外部（例えば、基板支持部材など）へ伝わるため、他の位置の温度推移とは異なる傾向を示す場合がある。また、矢印で示すように、温度検知素子２０６から、温度検知素子２０６に近い位置に配置されているヒータまでと、温度検知素子２０６が配置されていない側の基板２００の端部に配置されているヒータまでとでは、距離が異なる。そのため、温度検知素子２０６にて基板２００全体の平均的な温度を知ることが困難である。

以上のことより、本発明の目的は、高精度な温度検知を行うための温度検知素子を最適な位置に配置することで、温度検知の精度を向上させることができる、インクジェット記録ヘッドを提供する。

本発明のインクジェット記録ヘッドは、インクを吐出するための熱エネルギーを発生させる複数のヒータと、ノズルにインクを供給するための複数のインク供給口と、温度検知素子とが設けられた基板を有する。また、基板上に積層され、基板上にインク供給口と連通するノズルを有する層を有する。そして、インク供給口の両側に長手方向に並んだ複数のヒータの列であるヒータ列が設けられ、インク供給口と、該インク供給口を挟んで位置する２つのヒータ列とでインク加熱機構が構成されている。さらに、インク加熱機構同士の間の中央であり、かつインク加熱機構の長手方向の中央に温度検知素子が配置されている。

本発明によると、温度検知素子で、記録ヘッドの平均的な温度をより高精度に検知することが可能となるため、インクの吐出特性のばらつきを抑制することができ、より高精細な画質を形成することが可能となる。

本発明に係るインクジェット記録ヘッドの第１の実施形態のブロック図である。 第１の実施形態における温度検知素子の配置例を示すブロック図である。 基板をチッププレート上に配置したときの概略構成図である。 本発明に係るインクジェット記録ヘッドの第２の実施形態の個々の基板を示すブロック図である。 ５つの基板を使ったフルマルチヘッドの概略構成図である。 一様なパターンを印字した場合の基板の温度分布である。 第２の実施形態における温度検知素子の配置例を示すブロック図である。 第２の実施形態における温度検知素子の他の配置例を示すブロック図である。 本発明に係るインクジェット記録ヘッドの第３の実施形態のブロック図である。 従来技術のインクジェット記録ヘッドのブロック図である。

以下に、添付の図面に基づき、本発明の実施の形態を説明する。なお、同一の機能を有する構成には添付図面中、同一の番号を付与し、その説明を省略することがある。

［第１の実施形態］
図１は、本発明に係るインクジェット記録ヘッドの第１の実施形態のブロック図である。基板１００は、インクを吐出させる不図示のノズルへインクを供給するインク供給口１０１、ヒータを複数個配列したヒータ列１０２、およびヒータに所望の電流を供給するためのドライバトランジスタを複数個配列したドライバトランジスタ部１０３を有している。また、ヒータ及びドライバトランジスタ部１０３中の個々のセグメントを選択するための信号を作り出す論理回路部１０４、電気信号を基板１００の外部から入力または基板２００の外部へ出力するための接続端子１０５が設けられている。さらに、基板１００の温度を検知するための温度検知素子１０６が設けられている。ここで、温度検知素子１０６とはダイオードや、配線、拡散抵抗等の抵抗素子、ＮＭＯＳトランジスタ、ＰＭＯＳトランジスタ、ドライバトランジスタ等のＭＯＳトランジスタなどである。

ヒータ列１０２は、インク供給口１０１の長手方向に沿って並んだ複数のヒータの列であり、インク供給口１０１を横手方向に挟むように、インク供給口１０１の両側に配置されている。また、各ヒータ列１０２には、ヒータを駆動させる機能素子として、ドライバトランジスタ部１０３と論理回路部１０４がそれぞれ設けられている。

つまり、１つのインク供給口１０１と、インク供給口１０１を横手方向に挟むよう、インク供給口１０１の両側の長手方向に並んだヒータの列である２つのヒータ列１０２とで、インク加熱機構１を構成している。

図１では、４つの加熱機構１が基板１００に設けられた例である。なお、図示していないが、実際は基板１００上に、インク供給口１０１と連通するノズルを有する層が形成される。

基板１００の外部からの電気信号を接続端子１０５から入力し、論理回路部１０４にて発熱させたいヒータを選択し、その選択結果の信号をドライブトランジスタ部１０３に送る。そして、信号を受け取ったドライバトランジスタ部１０３のドライバトランジスタから、発熱させたいヒータに電流を供給し、ヒータで熱エネルギーを発生させ、インク供給口１０１からノズル内に供給されたインクを加熱し、ノズルからインクを吐出させる。

本実施形態の特徴は、温度検知素子１０６を、基板１００の中央部に位置するインク加熱機構１同士の間の中央であり、かつ、インク加熱機構１の長手方向の中央に配置していることである。上述した従来技術では、温度検知素子２０６から温度検知素子２０６が配置されている側に近いヒータまでの距離と、温度検知素子２０６が配置されているのとは反対側に位置するヒータまでとの距離には大きな差がある。そのため、基板１００の全体の平均的な温度を検知するには十分ではなかった。

これに対して、インク加熱機構同士の間の中央であり、かつ、インク加熱機構１の長手方向の中央の位置は、図１の矢印に示すように、温度検知素子１０６からヒータ列１０２内のヒータ各部への距離が最も平均的である。そのため、温度検知素子１０６で検知する温度は、基板１００全体の温度分布を最も反映した温度となっている。よって、インク加熱機構１同士の間の中央であり、かつ、インク加熱機構１の長手方向でも中央の位置に温度検知素子１０６を配置することによって基板１００全体の温度を少ない数の温度検知素子１０６で効率よく高精度で検知できる。

上述した温度検知素子１０６の配置は、各ヒータ列１０２のヒータの使用頻度が同等程度の場合に最も適している。各ヒータ列１０２のヒータの使用頻度が異なる場合や、基板１００が大きい場合などには、他の配置が考えられる。各ヒータ列１０２の使用頻度が異なる場合は、基板１００の中央部のインク加熱機構１同士の間と、それぞれのインク加熱機構１同士の間の中央であり、かつ、インク加熱機構１の長手方向の中央の位置にそれぞれ温度検知素子１０６を配置する（図２（ａ）参照）。基板１００が大きい場合は、基板１００の外側に近い位置に配置されているインク加熱機構１同士の間の中央であり、かつ、インク加熱機構１の長手方向の中央の位置に、温度検知素子１０６を配置する（図２（ｂ）参照）。つまり、温度検知素子１０６は１つでなくてよく、基板１００の構造などに応じて、インク加熱機構１同士の間の中央であり、かつ、インク加熱機構１の長手方向でも中央の位置に配置されるようにすればよい。

また、図３に示すように、基板１００を実装する際には、基板１００のインク供給口１０１にインクを供給するインク供給路１０８を有するチッププレート１０７の上に配置される。このとき、基板１００は、チッププレート１０７のインク供給路１０８と、基板１００のインク供給口１０１とが連通するように（水平方向の位置が一致するように）、チッププレート１０７上に配置する。なお、図３（ａ）は、チッププレート１０７の上方から見た概略構成図であり、図３（ｂ）は、チッププレート１０７の下方から見た概略構成図である。

図３は、基板１００にインク加熱機構１が複数配置されている例である。図１に示した例と同様に、基板１００の中央部のインク加熱機構１同士の間の中央であり、かつ、インク加熱機構１の長手方向の中央の位置に温度検知素子１０６が配置されている。

図３（ｂ）に示す、チッププレート１０７のインク供給路１０８に挟まれた点線で示した部分Ａは、細い梁状の形状となり、インク供給路１０８の外側の広い面積を有する部分Ｂとは異なる温度分布を示す。その結果、チッププレート１０７の温度分布の影響を基板１００も受け、基板１００の端部（部分Ｂに近い位置）とインク供給口１０１に挟まれた部分（部分Ａに対応する位置）も異なる温度分布を示す。

本実施形態では、この様にチッププレート１０７の温度分布の影響を受ける場合にも、基板１００全体の温度分布を反映した温度を検知することができる。

以上のような理由から本実施形態を用いると、少ない数の温度検知素子１０６で基板１００全体の平均的な温度を検知できる。そのため、多数の温度検知素子１０６を基板１００上に設ける必要がないので、基板１００を大きくすることなく、高精度な温度検知が可能となる。

［第２の実施形態］
第１の実施形態では、温度検知素子１０６を配置する数をできる限り少なくし、基板１００全体の温度分布を効率よく検知する構成を述べた。本実施形態では複数の基板１００をつないで長い印字幅を実現するフルマルチヘッドの形態において、基板１００同士のつなぎ部と非つなぎ部の中央部にそれぞれ温度検知素子１０６を配置し、より高精度な温度検知を行う構成について説明する。

図４は、本発明に係るインクジェット記録ヘッドの第２の実施形態の個々の基板１００を示すブロック図である。図５は、それぞれの基板１００に１つのインク供給口１０１と、インク供給口１０１の両側に長手方向に沿って並ぶ複数のヒータの列であるヒータ列１０２とが設けられ、図４の基板１００を５つ並べて１つの記録ヘッド（フルマルチヘッド）が構成される例である。なお、上述の実施形態と同様の構成については説明を省略する。

基板１００、インク供給口１０１、ヒータ列１０２、ドライバトランジスタ部１０３、論理回路部１０４、接続端子１０５、インク加熱機構１の構成は第１の実施形態（図１参照）と同様である。

個別の基板１００の印字幅はヒータ列１０２の長さで決まる。そのため、基板１００を複数つなげることによって長い印字幅を実現したのがフルマルチヘッドである。フルマルチヘッドは、実装する際の基板１００のマウント精度などによってヒータ列１０２のつなぎ目の印字にスジが出来ることを回避する必要がある。そのため、互いに隣接する２つの基板１００のうち、一方の基板１００のヒータ列１０２と他方の基板１００のヒータ列１０２とを部分的にオーバーラップさせる構成としている。ここで、各基板１００のヒータ列１０２が、異なる基板１００のヒータ列１０２とオーバーラップしていない部分を非つなぎ部１１１とし、ヒータ列１０２が基板１００同士でオーバーラップしている部分をつなぎ部１１２とする。

このようなフルマルチヘッドでは、つなぎ部１１２において２つの基板１００を利用して印字する。そのため、同じ基板１００でも、非つなぎ部１１１のヒータは使用するが、つなぎ部１１２のヒータは使用しない場合がある。従って、フルマルチヘッドで一様なパターンを印字すると、非つなぎ部１１１に比べてつなぎ部１１２はヒータの使用頻度が少なくなる。このようにヒータの使用頻度が異なると、非つなぎ部１１１とつなぎ部１１２で大きな温度差が生じる可能性がある。

図６に、一様なパターンを印字した場合の基板１００の温度分布を示す。フルマルチヘッドを構成する複数の基板１００のうちの１つの基板１００の温度分布を測定している。横軸がインク供給口１０１に沿った長手方向の位置であり、縦軸が温度である。非つなぎ部１１１とつなぎ部１１２のヒータの使用頻度が同じ場合の温度分布４１と、つなぎ部１１２のヒータの使用頻度を非つなぎ部１１１のヒータの使用頻度のほぼ半分にした場合の温度分布４２である。２つの温度分布４１、４２を比べると、同様なパターンを印字する場合でも、つなぎ部１１２のヒータと非つなぎ部１１１のヒータの使用頻度が異なるため、基板１００の温度分布も異なっている。

そこで、本実施形態では、図４に示すように、基板１００の中央部に位置するインク加熱機構１同士の間の中央であり、非つなぎ部１１１の中央と、その両端に位置するつなぎ部１１２の中央とにそれぞれ温度検知素子１０６を配置する。この構成にすることで、非つなぎ部１１１とつなぎ部１１２の平均的な温度を読み取ることができるので、より高精度な温度検知を実現できる。

図４では、各ヒータ列１０２のヒータの使用頻度が同等程度の場合の温度検知素子１０６の配置位置の例を示している。各ヒータ列１０２のヒータの使用頻度が異なる場合や、基板１００が大きい場合などは、温度検知素子１０６を他の配置にすることも考えられる。

各ヒータ列１０２のヒータの使用頻度が異なる場合について説明する。基板１００の中央部だけではなく、それぞれのインク加熱機構１同士の間の中央であり、非つなぎ部１１１の中央とつなぎ部１１２の中央とにそれぞれ温度検知素子１０６を配置する（図７（ａ）参照）。

次に、つなぎ部１１２と非つなぎ部１１１に配置する温度検知素子１０６の配線が干渉しないようにする場合について説明する。インク加熱機構１同士の間の中央であり、非つなぎ部１１１の中央と、つなぎ部１１２の中央とに温度検知素子１０６を配置する。このとき、非つなぎ部に配置される温度検知素子１０６と、各つなぎ部に配置される温度検知素子１０６が、それぞれ異なるインク加熱機構１同士の間に配置されるようにする（図７（ｂ）参照）。

次に、基板１００が大きい場合について説明する。基板１００の外側に位置するインク加熱機構１同士の間の中央であり、非つなぎ部１１１の中央と、その両端に位置するつなぎ部１１２の中央とにそれぞれ温度検知素子１０６を配置する（図８参照）。

温度検知素子１０６の配置は、上述の例に限定されることはない。つまり、温度検知素子１０６は、インク加熱機構１同士の間の中央であり、非つなぎ部１１１の中央と、つなぎ部１１２の中央とにそれぞれ配置されればよい。

また、基板１００を実装した場合、チッププレート１０７の形状やインク供給路１０８の形状の影響を受けてつなぎ部１１２や非つなぎ部１１１の温度分布が変わることも有り得る。しかしながら、ヒータ列１０２内の３箇所に温度検知素子１０６を配置することはチッププレート１０７の長手方向の温度変化を検知するという点で有効な構成となる。

［第３の実施形態］
本実施形態では、基板１００に、端部駆動回路が設けられた場合の温度検知素子１０６の配置について説明する。

図９は、本発明に係るインクジェット記録ヘッドの第３の実施形態のブロック図である。なお、上述の実施形態と同様の構成については説明を省略する。

上述の実施形態と同様に、基板１００には、インク供給口１０１、ヒータ列１０２、論理回路部１０４、ドライバトランジスタ部１０３、接続端子１０５、インク加熱機構１、および温度検知素子１０６が設けられている。本実施形態は、さらに、各インク供給口１０１の長手方向の端部に、ラッチ回路、シフトレジスタ、駆動電圧発生回路、または、ＬＶＤＳ（Low Voltage Differential Signal）レシーバ等を含む端部駆動回路１２０が設けられている。ＬＶＤＳとは、伝送する信号を低振幅差動信号とすることでノイズの影響をキャンセルし、高速でシリアルデータを転送する方式のことである。このＬＶＤＳ転送方式を採用した場合、端部駆動回路１２０には高速信号を受けるＬＶＤＳレシーバが配置される。ＬＶＤＳレシーバは他のロジック回路と比較して高速で動作するため消費電流が上がり、発熱量も多くなる。例えばヒータ列１０２の全ての記録データ信号を、パラレル転送ではなくＬＶＤＳを用いて高速シリアル転送すると、クロック信号と記録データ信号がＬＶＤＳ信号として転送されＬＶＤＳレシーバでそれぞれ受信することとなる。クロック信号と記録データ信号は同時に展開され、転送されるのでインク供給口１０１の長手方向の片側端部にのみ発熱量の大きいＬＶＤＳレシーバが配置される。この様な場合、ヒータ列１０２の長手方向の両側の端部に温度差が生じる。この発熱量が顕著となるとヒータ列１０２の端部に配置されているヒータの温度にも影響し、インクの吐出特性が変わる場合がある。

本実施形態では、第１の実施形態と同様に、温度検知素子１０６を、基板１００の中央部に位置するインク加熱機構１同士の間の中央であり、かつ、インク加熱機構１の長手方向の中央に配置する。さらに、この配置位置からインク加熱機構１の長手方向に同じ位置であり、端部駆動回路同士の間の中央に温度検知素子１０６を配置する。この様に温度検知素子１０６を配置することで、端部駆動回路１２０の温度を検知できるようになる。

また、ＬＶＤＳレシーバ以外のラッチ回路、シフトレジスタ、または駆動電圧発生回路等も消費電流が流れるため発熱する。従って、ＬＶＤＳ転送方式を用いない場合でも端部駆動回路１２０の配置によって温度差が生じる可能性がある。この様な場合でも本実施形態を用いると端部駆動回路１２０の温度を検知することが可能となるため、ヒータ列１０２内のヒータの位置による温度差を検知できる。

１ インク加熱機構
１００基板
１０１インク供給口
１０２ヒータ列
１０６温度検知素子

Claims (6)

1. インクを吐出するための熱エネルギーを発生させる複数のヒータと、ノズルにインクを供給するための複数のインク供給口と、温度検知素子とが設けられた基板と、前記基板の上に形成され、前記基板の上に前記インク供給口と連通する前記ノズルを有する層を有するインクジェット記録ヘッドであって、
   前記インク供給口の両側に長手方向に並んだ複数の前記ヒータの列であるヒータ列が設けられ、前記インク供給口と、該インク供給口を挟んで位置する２つの前記ヒータ列とでインク加熱機構が構成され、前記温度検知素子が、前記インク加熱機構同士の間の中央であり、かつインク加熱機構の長手方向の中央に配置されている、インクジェット記録ヘッド。
2. 複数の前記基板が前記ヒータ列の長手方向に並べて配置され、互いに隣接する２つの前記基板のうちの、一方の前記基板の前記ヒータ列と他方の前記基板の前記ヒータ列が部分的にオーバーラップするように配置されており、
   前記温度検知素子が、前記インク加熱機構同士の間の中央であり、かつ、一方の前記基板のヒータ列と、他方の前記基板の前記ヒータ列とがオーバーラップしている部分の中央に配置されている、請求項１に記載のインクジェット記録ヘッド。
3. 前記インク供給口の長手方向の端部に、駆動回路が配置されており、
   温度検知素子が、前記インク加熱機構同士の間の中央の、前記インク加熱機構の長手方向であり、かつ前記駆動回路同士の間の中央に配置されている、請求項１に記載のインクジェット記録ヘッド。
4. インクを吐出するための熱エネルギーを発生させる複数のヒータと、ノズルにインクを供給するための複数のインク供給口と、温度検知素子とが設けられた基板と、前記基板の上に形成され、前記基板の上に前記インク供給口と連通する前記ノズルを有する層を有するインクジェット記録ヘッドにおける、温度検知方法であって、
   前記インク供給口と、前記インク供給口の両側に長手方向に並んだ複数の前記ヒータの列であるヒータ列とで構成されるインク加熱機構同士の間の中央であり、かつ前記インク加熱機構の長手方向の中央に配置した前記温度検知素子で、温度を検知する、温度検知方法。
5. 複数の前記基板が前記ヒータ列の長手方向に並べて配置され、互いに隣接する２つの前記基板のうちの、一方の前記基板の前記ヒータ列と他方の前記基板の前記ヒータ列が部分的にオーバーラップするように配置されており、
   前記インク加熱機構同士の間の中央であり、かつ前記インク加熱機構の長手方向の中央に配置した前記温度検知素子で一方の前記基板の前記ヒータ列と、他方の前記基板の前記ヒータ列とがオーバーラップしていない部分の温度を検知し、
   前記インク加熱機構同士の間の中央であり、一方の前記基板の前記ヒータ列と、他方の前記基板の前記ヒータ列とがオーバーラップしている部分の中央部に配置した前記温度検知素子で、前記オーバーラップしている部分の温度を検知する、請求項４に記載の温度検知方法。
6. 前記インク供給口の長手方向の端部に、駆動回路が配置されており、
   前記インク加熱機構同士の間の中央であり、かつ前記インク加熱機構の長手方向の中央に配置した前記温度検知素子で前記温度を検知し、
   前記インク加熱機構同士の間の中央の、前記インク加熱機構の長手方向であり、かつ前記駆動回路同士の間の中央に配置した温度検知素子で前記駆動回路の温度を検知する、請求項４に記載の温度検知方法。

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