JP2020090051A - 記録装置及び最小吐出エネルギーの決定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】外乱の影響を抑制し記録ヘッドの最小吐出エネルギーを決定する方法を提供する。【解決手段】対応する電気熱変換素子の温度を検知する温度検知素子と吐出口とを備えた記録ヘッドからインクを吐出して記録を行う記録装置において、電気熱変換素子に対してエネルギーを供給することにより発生する熱により変化する当該電気熱変換素子の温度を前記温度検知素子を用いて測定する。次に、測定温度に基づいて前記記録ヘッドからインクが正常に吐出される状態から不吐出の状態への変化点を示し、かつ、当該電気熱変換素子の温度変化を反映する前記温度検知素子の出力信号に基づくピーク電圧を検出し、そのピーク電圧と閾値を比較し、前記電気熱変換素子に供給するエネルギーを変更しながら供給して、前記ピーク電圧が前記閾値以上となるまで繰り返す。前記ピーク電圧が前記閾値以上となった時のエネルギーを最小吐出エネルギーとする。【選択図】図９

Description

本発明は記録装置及び最小吐出エネルギーの決定方法に関し、特に、例えば、複数の記録素子を備えた素子基板を組み込んだ記録ヘッドをインクジェット方式に従って記録を行うために適用した記録装置及び最小吐出エネルギーの決定方法に関する。

インクジェット記録装置（以下、記録装置）に用いられるインクジェット記録ヘッド（以下、記録ヘッド）がインクを吐出する方法として、インクを加熱して膜沸騰させ、その発泡の力を利用したサーマルインクジェット方式が挙げられる。サーマルインクジェット方式に用いられる記録ヘッドは、インクを吐出する吐出口と、その吐出口と連通する圧力室と、圧力室にインクを供給する流路と、その流路にインクを供給する供給口とが形成された素子基板を有する。その素子基板の圧力室内には、発熱抵抗素子（ヒータ）が形成されており、発熱抵抗素子が発生させた吐出エネルギーによってインクが吐出口から吐出される。

上述のようなサーマルインクジェット方式では、吐出エネルギーが小さすぎると、正常にインクが発泡せず吐出不良が発生する可能性があり、また吐出エネルギーが大きすぎると過剰なエネルギーによりヒータを損傷させ、寿命が短くなる可能性がある。そのため、記録ヘッドは適切な吐出エネルギーでインクを吐出させる必要がある。適切な吐出エネルギーを測定する方法として、インク吐出可能な最小エネルギーを測定し、一定の係数を乗じて使用する方法が提案されている。

その測定する方法として、特許文献１は、素子基板に、各記録素子に絶縁膜を介し薄膜抵抗体で形成される温度検知素子を設け、ノズル毎の温度情報を検知して温度変化の具合から吐出可能な最小エネルギーを測定し、吐出条件を決定する方法を提案している。

特開２０１１−１８９７０８号公報

しかしながら上記従来例では、０．５〜１．０℃という微小な温度変化を精度良くとらえる必要があり、外乱の影響でＳ／Ｎ比が低くなりがちであるという課題があった。例えば、最小吐出可能エネルギーを測定しようとした場合、記録直後には素子基板の温度が上昇しているが、測定中に温度が低下していくため、微小な温度変化を精度良く捉えるのが困難であった。

本発明は上記従来例に鑑みてなされたもので、外乱の影響を抑制し記録ヘッドの最小吐出エネルギーを決定することが可能な記録装置及び最小吐出エネルギーの決定方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明の記録装置は次のような構成からなる。

即ち、複数の電気熱変換素子と、対応する電気熱変換素子の温度を検知する複数の温度検知素子と、前記複数の電気熱変換素子に対応して設けられた複数の吐出口とを備えた記録ヘッドからインクを記録媒体に吐出して記録を行う記録装置であって、前記複数の電気熱変換素子から選択した電気熱変換素子に対してエネルギーを供給することにより発生する熱により変化する当該電気熱変換素子の温度を対応する温度検知素子を用いて測定する測定手段と、前記測定手段により測定される温度に基づいて、前記記録ヘッドからインクが正常に吐出される状態から吐出されない状態への変化点を示し、かつ、当該電気熱変換素子の温度変化を反映する前記温度検知素子からの出力信号に基づくピーク電圧を検出する検出手段と、前記検出手段により検出されるピーク電圧と閾値とを比較する比較手段と、前記選択した電気熱変換素子に供給するエネルギーを変更する変更手段と、前記変更手段により変更されたエネルギーを供給して、前記測定手段による測定と、前記検出手段による検出と、前記比較手段による比較とを、前記比較手段による比較により前記ピーク電圧が前記閾値以上となるまで、繰り返す繰り返し手段と、前記ピーク電圧が前記閾値以上となった時に供給されたエネルギーを最小吐出エネルギーと決定する決定手段とを有することを特徴とする。

また本発明を別の側面から見れば、複数の電気熱変換素子と、対応する電気熱変換素子の温度を検知する複数の温度検知素子と、前記複数の電気熱変換素子に対応して設けられた複数の吐出口とを備えた記録ヘッドからインクを記録媒体に吐出して記録を行う記録装置における最小吐出エネルギーの決定方法であって、前記複数の電気熱変換素子から選択した電気熱変換素子に対してエネルギーを供給することにより発生する熱により変化する当該電気熱変換素子の温度を対応する温度検知素子を用いて測定する測定工程と、前記測定工程において測定される温度に基づいて、前記記録ヘッドからインクが正常に吐出される状態から吐出されない状態への変化点を示し、かつ、当該電気熱変換素子の温度変化を反映する前記温度検知素子からの出力信号に基づくピーク電圧を検出する検出工程と、前記検出工程において検出されたピーク電圧と閾値とを比較する比較工程と、前記選択した電気熱変換素子に供給するエネルギーを変更する変更工程と、前記変更工程において変更されたエネルギーを供給して、前記測定工程における測定と、前記検出工程における検出と、前記比較工程による比較とを、前記比較工程における比較により前記ピーク電圧が前記閾値以上となるまで、繰り返す繰り返し工程と、前記ピーク電圧が前記閾値以上となった時に供給されたエネルギーを最小吐出エネルギーと決定する決定工程とを有することを特徴とする最小吐出エネルギーの決定方法を備える。

本発明によれば、外乱の影響を抑制し記録ヘッドの最小吐出エネルギーを決定することができるという効果がある。

本発明の代表的な実施例であるフルライン記録ヘッドを備えた記録装置の構造を説明するための斜視図である。 図１に示した記録装置の制御構成を示すブロック図である。 記録ヘッドとインクタンクとの間のインクの循環構成を示す模式図である。 記録ヘッド３の概略構成を示す斜視図である。 素子基板の吐出口の形成面の拡大平面図である。 図５で示した素子基板１０と蓋部材の断面を示す斜視図である。 記録素子と温度検知素子の関係を示す図である。 ヒータの温度を検知する回路の構成と、検出された温度プロファイルとを示す図である。 吐出エネルギーを変化させたときの差動アンプ出力Ｖｄｉｆや出力電圧のピーク電圧Ｖｐのプロファイルを示す図である。 実施例１に従うインク最小吐出エネルギー（Ｅｔｈ）を算出する処理を示すフローチャートである。 実施例２に従うインク最小吐出エネルギー（Ｅｔｈ）を算出する処理を示すフローチャートである。 実施例３に従うインク最小吐出エネルギー（Ｅｔｈ）を算出する処理を示すフローチャートである。 実際の記録に使用する駆動エネルギーを求める処理のフローチャートである。 最小吐出エネルギーを決定するために用いる駆動パルスを示す図である。

以下添付図面を参照して本発明の好適な実施例について、さらに具体的かつ詳細に説明する。

なお、この明細書において、「記録」（「プリント」という場合もある）とは、文字、図形等有意の情報を形成する場合のみならず、有意無意を問わない。また人間が視覚で知覚し得るように顕在化したものであるか否かを問わず、広く記録媒体上に画像、模様、パターン等を形成する、または媒体の加工を行う場合も表すものとする。

また、「記録媒体」とは、一般的な記録装置で用いられる紙のみならず、広く、布、プラスチック・フィルム、金属板、ガラス、セラミックス、木材、皮革等、インクを受容可能なものも表すものとする。

さらに、「インク」（「液体」と言う場合もある）とは、上記「記録（プリント）」の定義と同様広く解釈されるべきものである。従って、記録媒体上に付与されることによって、画像、模様、パターン等の形成または記録媒体の加工、或いはインクの処理（例えば記録媒体に付与されるインク中の色剤の凝固または不溶化）に供され得る液体を表すものとする。

またさらに、「ノズル（「記録素子」という場合もある）」とは、特にことわらない限り吐出口ないしこれに連通する液路およびインク吐出に利用されるエネルギーを発生する素子を総括して言うものとする。

以下に用いる記録ヘッド用の素子基板（ヘッド基板）とは、シリコン半導体からなる単なる基体を指し示すものではなく、各素子や配線等が設けられた構成を差し示すものである。

さらに、基板上とは、単に素子基板の上を指し示すだけでなく、素子基板の表面、表面近傍の素子基板内部側をも示すものである。また、本発明でいう「作り込み（built-in）」とは、別体の各素子を単に基体表面上に別体として配置することを指し示している言葉ではなく、各素子を半導体回路の製造工程等によって素子板上に一体的に形成、製造することを示すものである。

以下の説明においては、インクジェット記録方式を用いた記録装置を例に挙げて説明する。その記録装置は、例えば、記録機能のみを有するシングルファンクションプリンタであっても良いし、記録機能、ＦＡＸ機能、スキャナ機能等の複数の機能を有するマルチファンクションプリンタであっても良い。また、カラーフィルタ、電子デバイス、光学デバイス、微小構造物等を所定の記録方式で製造するための製造装置であっても良い。

さらに、上記記録装置は、インク等の液体をタンクと記録ヘッドとの間で循環させる構成（インク循環方式）を採用しているが、その他の形態であっても良い。例えば、インクを循環せずに、記録ヘッドの上流側と下流側に２つのタンクを設け、一方のタンクから他方のタンクへインクを流すことで圧力室内のインクを流動させるような形態であっても良い。

＜フルライン記録ヘッドを搭載した記録装置（図１）＞
図１は本発明の代表的な実施例であるインクを吐出して記録を行うフルライン記録ヘッドを用いた記録装置１０００の概略構成を示した図である。

図１に示されるように、記録装置１０００は、記録媒体２を搬送する搬送部１と、記録媒体２の搬送方向と略直交して配置されるフルライン記録ヘッド３とを備え、複数の記録媒体２を連続的又は間欠的に搬送しながら連続記録を行うライン型記録装置である。フルライン記録ヘッド３には、インク経路内の圧力（負圧）を制御する負圧制御ユニット２３０と、負圧制御ユニット２３０と連通した液体供給ユニット２２０と、液体供給ユニット２２０へのインクの供給及び排出口となる液体接続部１１１Ａとを設ける。

図１に示すように、記録ヘッド３の両端部に設けられた液体接続部１１１Ａは、記録装置１０００の液体供給系と接続される。これにより、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロ（Ｙ）、ブラック（Ｋ）の４色のインクが記録装置１０００の供給系から記録ヘッド３に供給され、また、記録ヘッド３内を通ったインクが記録装置１０００の供給系へ回収されるようになっている。このように各色のインクは、記録装置１０００の経路と記録ヘッド３の経路を介して循環可能である。

筺体８０には、負圧制御ユニット２３０と液体供給ユニット２２０と液体接続部１１１Ａとが備えられる。

なお、記録媒体２は、カットシートに限らず、連続したロールシートであっても良い。

フルライン記録ヘッド（以下、記録ヘッド）３は、Ｃ、Ｍ、イエロ、ブラックのインクによるフルカラー記録が可能である。記録ヘッド３に対しては、インクを記録ヘッド３へ供給する供給路である液体供給ユニット２２０と、メインタンクが接続される。また、記録ヘッド３には、記録ヘッド３へ電力および吐出制御信号を伝送する電気制御部（不図示）が電気的に接続される。

また、記録媒体２はその搬送方向に長さＦの距離だけ離して設けられた２つの搬送ローラ８１、８２を回転することにより搬送される。

この実施例の記録ヘッドは、熱エネルギーを利用してインクを吐出するインクジェット方式を採用している。このため、記録ヘッド３の各吐出口には電気熱変換素子（ヒータ）を備えている。この電気熱変換素子は各吐出口のそれぞれに対応して設けられ、記録信号に応じて対応する電気熱変換素子にパルス電圧を印加して電気エネルギーを供給することによって対応する吐出口からインクを吐出する。

なお、記録装置は、上述した記録媒体の幅に相当する記録幅をもつフルライン記録ヘッドを用いた記録装置に限定するものではない。例えば、記録媒体の搬送方向に吐出口を配列した記録ヘッドをキャリッジに搭載して、そのキャリッジを往復走査しながらインクを記録媒体に吐出して記録を行ういわゆるシリアルタイプの記録装置にも適用できる。このようなシリアルタイプの記録装置に用いられる記録ヘッドとしては、例えば、ブラックインク用とカラーインク用の素子基板を各１つずつ搭載する構成が挙げられる。しかしながらこれに限らず、数個の素子基板をノズル列方向に吐出口列をオーバラップさせるよう配置した記録媒体の幅よりも短い記録ヘッドを形成し、それを記録媒体に対してスキャンさせる形態のものであっても良い。

また、記録ヘッドから吐出される液体は、インクに限定されるものではなく、インクの定着性を高めるために用いられる液体などもあるので、記録ヘッドは一般的には液体吐出ヘッドを呼ばれることもある。

さらに、記録装置に用いる記録ヘッドとして、ＣＭＹＫのインクごとに対応した単色用の記録ヘッド３を４つ並列配置させることで記録媒体へフルカラー記録を行う構成を用いても良い。この場合、図１に示した記録装置の記録ヘッドが１色あたりに使用できる吐出口列数が１列だったのに対し、インク１色あたりに使用できる吐出口列数は複数列（例えば、２０列）に構成できる。このため、記録データを複数の吐出口列に適宜振り分けて記録を行うことで非常に高速な記録が可能となる。更に、吐出不良になる吐出口があったとしても、その吐出口に対して記録媒体の搬送方向に対応する位置にある他列の吐出口から補間的に吐出を行って補完記録を行うことも可能になる。これにより、記録信頼性が向上するので、商業印刷などに好適である。

＜制御構成の説明（図２）＞
図２は記録装置１０００の制御回路の構成を示すブロック図である。

図２に示すように、記録装置１０００は、主に記録部を統括するプリントエンジンユニット４１７と、スキャナ部を統括するスキャナエンジンユニット４１１と、記録装置１０００の全体を統括するコントローラユニット４１０によって構成されている。ＭＰＵや不揮発性メモリ（ＥＥＰＲＯＭなど）を内蔵したプリントコントローラ４１９は、コントローラユニット４１０のメインコントローラ４０１の指示に従ってプリントエンジンユニット４１７の各種機構を制御する。スキャナエンジンユニット４１１の各種機構は、コントローラユニット４１０のメインコントローラ４０１によって制御される。

以下、制御構成の詳細について説明する。

コントローラユニット４１０において、ＣＰＵにより構成されるメインコントローラ４０１は、ＲＯＭ４０７に格納されているプログラムや各種パラメータに従って、ＲＡＭ４０６を作業領域としながら記録装置１０００の全体を制御する。例えば、ホストＩ／Ｆ４０２またはワイヤレスＩ／Ｆ４０３を介してホスト装置４００から印刷ジョブが入力されると、メインコントローラ４０１の指示に従って、画像処理部４０８は受信した画像データに対して所定の画像処理を施す。そして、メインコントローラ４０１はプリントエンジンＩ／Ｆ４０５を介して、画像処理を施した画像データをプリントエンジンユニット４１７へ送信する。

なお、記録装置１０００は無線通信や有線通信を介してホスト装置４００から画像データを取得しても良いし、記録装置１０００に接続された外部記憶装置（ＵＳＢメモリ等）から画像データを取得しても良い。無線通信や有線通信に利用される通信方式は限定されない。例えば、無線通信に利用される通信方式として、Ｗｉ−Ｆｉ（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｆｉｄｅｌｉｔｙ）（登録商標）やＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）が適用可能である。また、有線通信に利用される通信方式としては、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）等が適用可能である。また、例えば、ホスト装置４００から読取命令が入力されると、メインコントローラ４０１は、スキャナエンジンＩ／Ｆ４０９を介してこの命令をスキャナエンジンユニット４１１に送信する。

操作パネル４０４は、ユーザが記録装置１０００に対して入出力を行うためのユニットである。ユーザは、操作パネル４０４を介してコピーやスキャン等の動作を指示したり、記録モードを設定したり、記録装置１０００の情報を認識したりすることができる。

プリントエンジンユニット４１７では、ＣＰＵにより構成されるプリントコントローラ４１９がＲＯＭ４２０に記憶されているプログラムや各種パラメータに従って、ＲＡＭ４２１を作業領域として、プリントエンジンユニット４１７の各種機構を制御する。

コントローラＩ／Ｆ４１８を介して各種コマンドや画像データが受信されると、プリントコントローラ４１９は、これを一旦ＲＡＭ４２１に保存する。記録ヘッド３が記録動作に利用できるように、プリントコントローラ４１９は画像処理コントローラ４２２に、保存した画像データは記録データへ変換される。記録データが生成されると、プリントコントローラ４１９は、ヘッドＩ／Ｆ４２７を介して記録ヘッド３に記録データに基づく記録動作を実行させる。この際、プリントコントローラ４１９は、搬送制御部４２６を介して搬送ローラ８１、８２を駆動して、記録媒体２を搬送する。プリントコントローラ４１９の指示に従って、記録媒体２の搬送動作に連動して記録ヘッド３による記録動作が実行され、記録処理が行われる。

ヘッドキャリッジ制御部４２５は、記録装置１０００のメンテナンス状態や記録状態といった動作状態に応じて記録ヘッド３の向きや位置を変更する。インク供給制御部４２４は、記録ヘッド３へ供給されるインクの圧力が適切な範囲に収まるように、液体供給ユニット２２０を制御する。メンテナンス制御部４２３は、記録ヘッド３に対するメンテナンス動作を行う際に、メンテナンスユニット（不図示）におけるキャップユニットやワイピングユニットの動作を制御する。

スキャナエンジンユニット４１１においては、メインコントローラ４０１が、ＲＯＭ４０７に記憶されているプログラムや各種パラメータに従って、ＲＡＭ４０６を作業領域としながら、スキャナコントローラ４１５のハードウェア資源を制御する。これにより、スキャナエンジンユニット４１１が備える各種機構は制御される。例えば、コントローラＩ／Ｆ４１４を介してメインコントローラ４０１がスキャナコントローラ４１５内のハードウェア資源を制御して、ユーザによってＡＤＦ（不図示）に積載された原稿を搬送制御部４１３を介して搬送し、センサ４１６によって読取る。そして、スキャナコントローラ４１５は読取った画像データをＲＡＭ４１２に保存する。

なお、プリントコントローラ４１９は、上述のように取得された画像データを記録データに変換することで、記録ヘッド３にスキャナコントローラ４１５で読取った画像データに基づく記録動作を実行させることが可能である。

＜インク循環経路の説明（図３）＞
図３は記録ヘッドとインクタンクとの間のインクの循環構成を示す模式図である。

図３に示されるように、記録ヘッド３はポンプ（高圧側）１００１、ポンプ（低圧側）１００２、及びバッファタンク１００３等に流路を介して流体的に接続されている。

なお、図３では、説明を簡略化するために、一色のインクが循環する経路のみを示しているが、実際には、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロ（Ｙ）、ブラック（Ｋ）の４色分のインクの循環経路が、記録ヘッド３と記録装置本体に設けられる。

メインタンク１００６と接続される、サブタンクとしてのバッファタンク１００３は、タンク内部と外部とを連通する大気連通口（不図示）を有し、インク中の気泡を外部に排出することが可能である。バッファタンク１００３は、ポンプ１００５を介してメインタンク１００６と接続されている。ポンプ１００５は記録ヘッド３でインクが消費された際にその消費されたインク分をメインタンク１００６からバッファタンク１００３へ移送する。インクは、例えば、実際の画像記録や吸引回復等、記録ヘッド３の吐出口からインクを吐出（排出）する場合に消費される。

２つのポンプ１００１、１００２は、記録ヘッド３の液体接続部１１１からインクを引き出してバッファタンク１００３へ流す役割を有する。ポンプ１００１としては定量的な送液能力を有する容積型ポンプが好ましい。具体的には、チューブポンプ、ギアポンプ、ダイヤフラムポンプ、シリンジポンプ等が挙げられるが、例えば、一般的な定流量弁やリリーフ弁をポンプ出口に配して一定流量を確保する形態であっても用いることができる。記録ヘッド３の駆動時にはポンプ（高圧側）１００１とポンプ（低圧側）１００２とによって、それぞれ共通供給経路２１１、共通回収流路２１２内をある一定量のインクが流れる。この流量としては、記録ヘッド３内の各素子基板１０間の温度差が、記録画質に影響しない程度以上に設定することが好ましい。しかしながら、あまりに大きな流量を設定すると、液体吐出ユニット３００内の流路の圧損の影響により、各素子基板１０で負圧差が大きくなり過ぎて画像に濃度ムラが生じてしまう。このため、各素子基板１０間の温度差と負圧差を考慮しながら流量を設定することが好ましい。

負圧制御ユニット２３０は、ポンプ１００４と液体吐出ユニット３００との経路の間に設けられている。このため、負圧制御ユニット２３０は、記録を行うＤｕｔｙの差によって循環インクの流量が変動した場合でも負圧制御ユニット２３０よりも下流側（即ち、液体吐出ユニット３００側）の圧力を予め設定した一定圧力に維持するように動作する機能を有する。負圧制御ユニット２３０を構成する２つの圧力調整機構としては、それ自身よりも下流の圧力を、所望の設定圧を中心として一定の範囲以下の変動で制御できるものであれば、どのような機構を用いても良い。

例えば、所謂「減圧レギュレータ」と同様の機構を採用することができる。減圧レギュレータを用いた場合には、図３に示したように、ポンプ１００４によって、液体供給ユニット２２０を介して負圧制御ユニット２３０の上流側を加圧するようにすることが好ましい。このようにすると、バッファタンク１００３の記録ヘッド３に対する水頭圧の影響を抑制できるので、記録装置１０００におけるバッファタンク１００３のレイアウトの自由度を広げることができる。ポンプ１００４としては記録ヘッド３の駆動時に使用するインク循環流量の範囲において、一定圧以上の揚程圧を有するものであればよく、ターボ型ポンプや容積型ポンプなどを使用できる。具体的には、ダイヤフラムポンプ等が適用可能である。また、ポンプ１００４の代わりに、例えば、負圧制御ユニット２３０に対してある一定の水頭差をもって配置された水頭タンクでも適用可能である。

図３に示したように負圧制御ユニット２３０は、それぞれが互いに異なる制御圧が設定された２つの圧力調整機構を備えている。２つの負圧調整機構の内、相対的に高圧設定側（図３で“Ｈ”と記載）、相対的に低圧設定側（図３で“Ｌ”と記載）はそれぞれ、液体供給ユニット２２０内を経由して、液体吐出ユニット３００内の共通供給経路２１１、共通回収流路２１２に接続されている。液体吐出ユニット３００には、共通供給経路２１１、共通回収流路２１２、及び各素子基板１０と連通する個別供給流路２１３ａ及び個別回収流路２１３ｂが設けられている。個別供給流路２１３ａ及び個別回収流路２１３ｂは共通供給経路２１１及び共通回収流路２１２と連通しているので、インクの一部が共通供給流路２１１から素子基板１０の内部流路を通過して共通回収流路２１２への流れ（図２の矢印）が発生する。これは、共通供給流路２１１には圧力調整機構Ｈが、共通回収流路２１２には圧力調整機構Ｌが接続されているため、２つの共通流路間に差圧が生じているからである。

このようにして、液体吐出ユニット３００では、共通供給流路２１１及び共通回収流路２１２内をそれぞれ通過するようにインクを流しつつ、一部のインクが各素子基板１０内を通過するような流れが発生する。このため、各素子基板１０で発生する熱を共通供給流路２１１と共通回収流路２１２の流れで素子基板１０の外部へ排出することができる。また、このような構成により、記録ヘッド３による記録を行っている際に、記録を行っていない吐出口や圧力室においてもインクの流れを生じさせることができるので、その部位でインク粘度が増加するのを抑制できる。また、粘度の増加したインクやインク中の異物を共通回収流路２１２へと排出することができる。

このような構成により、記録ヘッド３は高速で高画質な記録を達成している。

＜記録ヘッドの構成説明（図４）＞
図４は記録ヘッド３の概略構成を示す斜視図である。記録ヘッド３はＣ／Ｍ／Ｙ／Ｋの４色のインクを吐出可能な素子基板１０が直線上に１５個配列（インラインに配置）されたライン型の記録ヘッドである。なお、このような構成の他に、１つの記録ヘッド３が１色のインクを吐出する構成のものを４つ、記録媒体の搬送方向に配置してＣ／Ｍ／Ｙ／Ｋの４色のインクを吐出するように構成しても良い。

図４に示すように、記録ヘッド３には各素子基板１０と、フレキシブル配線基板４０および電気配線基板９０を介して電気的に接続された信号入力端子９１と電力供給端子９２を備える。信号入力端子９１及び電力供給端子９２は記録装置１０００の制御部と電気的に接続され、それぞれ、吐出駆動信号及び吐出に必要な電力を素子基板１０に供給する。電気配線基板９０内の電気回路によって配線を集約することで、信号出力端子９１及び電力供給端子９２の数を素子基板１０の数に比べて少なくできる。これにより、記録装置１０００に対して記録ヘッド３を装着する時又は記録ヘッドの交換時に取り外しが必要な電気接続部数が少なくて済む。

＜素子基板の構造の説明（図５〜図６）＞
ここでは、素子基板１０の構成について説明する。

図５は素子基板の吐出口の形成面の拡大平面図である。

図６は図５で示した素子基板１０と蓋部材の断面を示す斜視図である。

図５に示すように、各吐出口１３に対応した位置にはインクを熱エネルギーにより発泡させるための発熱素子である記録素子１５が配置され、また、隔壁２２により、記録素子１５を内部に備える圧力室２３が区画されている。記録素子１５は素子基板１０に設けられる電気配線（不図示）によって、素子基板１０の端部に設けられた端子と電気的に接続されている。記録素子１５は、記録装置１０００の制御回路から、電気配線基板９０及びフレキシブル配線基板４０を介して入力されるパルス信号に基づいて発熱してインクを沸騰させる。この沸騰による発泡力でインクを吐出口１３から吐出する。

図５に示すように、各吐出口列に沿って、一方の側には液体供給路１８が、他方の側には液体回収路１９が延在している。液体供給路１８と液体回収路１９は素子基板１０に設けられた吐出口列方向に伸びた流路であり、それぞれ供給路１７ａ、回収路１７ｂを介して吐出口１３と連通している。

図６に示すように、素子基板１０の吐出口１３の形成面の裏面にはシート状の蓋部材２０が積層されており、蓋部材２０には、液体供給路１８と液体回収路１９に連通する開口２１が複数設けられている。この実施例では、液体供給路１８の１本に対して３個、液体回収路１９の１本に対して２個の開口２１が蓋部材２０に設けられている。

図５に示すように、蓋部材２０の夫々の開口２１は、複数の連通口（不図示）と連通している。図６に示すように、蓋部材２０は、素子基板１０の基板１１に形成される液体供給路１８と液体回収路１９の壁の一部を形成する蓋としても機能する。蓋部材２０は、インクに対して十分な耐食性を有している材質が好ましく、また、混色防止の観点から、開口２１の開口形状および開口位置には高い精度が求められる。このため、蓋部材２０の材質として、感光性樹脂材料やシリコン板を用い、フォトリソグラフィープロセスによって開口２１を設けることが好ましい。このように蓋部材は開口２１により流路のピッチを変換するものであり、圧力損失を考慮すると厚みは薄いことが望ましく、フィルム状の部材で構成されることが好ましい。

次に、素子基板１０内でのインクの流れについて説明する。

素子基板１０はＳｉにより形成される基板１１と感光性の樹脂により形成される吐出口形成部材１２とが積層されており、基板１１の裏面には蓋部材２０が接合されている。基板１１の一方の面側には記録素子１５が形成されており（図５）、その裏面側には、吐出口列に沿って延在する液体供給路１９と液体回収路１８を構成する溝が形成されている。基板１１と蓋部材２０によって形成される液体供給路１８と液体回収路１９はそれぞれ、流路部材内の共通供給流路２１１と共通回収流路２１２と接続されており、液体供給路１８と液体回収路１９との間には差圧が生じている。

記録ヘッド３の複数の吐出口１３からインクを吐出し記録を行っている際に、吐出動作を行っていない吐出口においては、この差圧によって、基板１１内に設けられた液体供給路１８内のインクの流れは、図６の矢印Ｃで示したようになる。即ち、インクは、供給路１７ａ、圧力室２３、回収路１７ｂを経由して液体回収路１９へ流れる。この流れによって、記録を休止している吐出口１３や圧力室２３において、吐出口１３からの蒸発によって生じる粘度の増大したインクや、泡・異物などを液体回収路１９へ回収することができる。また、吐出口１３や圧力室２３のインク粘度の増大を抑制することができる。

液体回収路１９へ回収されたインクは、蓋部材２０の開口２１及び支持部材の液体連通口を通じて、流路部材内の連通口、個別回収流路２１３ｂ、共通回収流路２１２の順に回収される。このインクは、最終的には記録装置１０００の供給経路へと回収される。

つまり記録装置本体から記録ヘッド３へ供給されるインクは次の順に流動し、供給および回収される。インクはまず、液体供給ユニット２２０の液体接続部１１１から記録ヘッド３の内部に流入する。その後、支持部材に設けられた液体連通口、蓋部材２０に設けられた開口２１、基板１１に設けられた液体供給路１８と供給路１７ａを順に介して圧力室２３に供給される。圧力室２３に供給されたインクのうち、吐出口１３から吐出されなかったインクは、基板１１に設けられた回収路１７ｂ、液体回収路１９、蓋部材２０に設けられた開口２１、支持部材に設けられた液体連通口を順に流れる。

さらに、液体供給ユニット２２０に設けられた液体接続部１１１から記録ヘッド３の外部へインクが流動する。

図３に示すインク循環経路の形態では、液体接続部１１１から流入したインクは負圧制御ユニット２３０を経由した後に記録ヘッド３とのジョイントゴム（不図示）に供給される。

また、図３に示すように、液体吐出ユニット３００の共通供給流路２１１の一端から流入した全てのインクが個別供給流路２１３ａを経由して圧力室２３に供給されるわけではない。個別供給流路２１３ａに流入することなく、共通供給流路２１１の他端から液体供給ユニット２２０に流動するインクもある。このように、素子基板１０を経由することなく流動する経路を備えることで、この実施例のような微細で流抵抗の大きい流路を備える素子基板１０を備える場合であっても、インクの循環流の逆流を抑制することができる。このようにして、記録ヘッド３では、圧力室や吐出口近傍部のインク粘度の増大を抑制できるので吐出の方向の正常な方向からのずれや不吐を抑制でき、結果として高画質な記録を行うことができる。

なお、ここで用いた素子基板の主平面の形状は平行四辺形としたが、本発明はこれに限るものではなく、例えば、長方形や台形など、他の形状の素子基板を用いても良い。

＜素子基板上における記録素子と温度検知素子の関係（図７）＞
図７は記録素子と温度検知素子の関係を示す図である。図７において、（ａ）は素子基板１０に形成されている記録素子(ヒータ)１５と温度検知素子９０５との位置関係を示す素子基板の断面図であり、（ｂ）に、ヒータ１５と温度検知素子９０５の位置関係を示す平面図である。なお、図７（ａ）は図７（ｂ）のＡ−Ａ断面図であり、図７（ｂ）は温度検知素子９０５の位置関係を示すＳｉ基板９０１側からの透視図となっており、ここでは説明の便宜上、吐出口１３等のノズル部や一部の膜の図示は省略している。

図７（ａ）に示すように、素子基板１０では、Ｓｉ基板９０１上に複数の層が形成される。具体的には、Ｓｉ基板９０１上には、ＳｉＯ₂等のフィールド酸化膜９０２を介して絶縁膜ＰＳＧ９０３が形成される。絶縁膜ＰＳＧ９０３上には、Ａｌ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｔａ等の薄膜抵抗体で形成される温度検知素子９０５が設けられるとともに、温度検知素子９０５を接続配線するＡＬ１配線９０４が設けられる。

またさらに上層には、ＳｉＯ等の層間絶縁膜９０６が設けられ、層間絶縁膜９０６上には、ＴａＳｉＮ等の電気熱変換するヒータ１５や、ヒータ１５とＳｉ基板９０１に形成された駆動回路とを接続するＡＬ２配線９０８が設けられる。この他、ＳｉＯ₂等のパシベーション膜９０９や、ヒータ１５上の耐キャビテーション性を高めるＴａ、Ｉｒ等の耐キャビテーション膜９１０も設けられる。

図７（ｂ）に示すように、素子基板１０の平面上には、ヒータ１５の領域９１１、ヒータ１５と駆動回路と接続するＡＬ２配線９１２を示す領域、温度検知素子９０５の個別配線のＡＬ１配線９１４を示す領域を示す領域がある。

このような素子基板１０の構成は、半導体製造過程で形成される。この実施例に係わる素子基板１０は、温度検知素子９０５をＡＬ１層に置いて、成膜、パターニングすることで作製できるため、従来の素子基板の構造を変更せずに作製できる。
なお、図７（ｂ）では、温度検知素子９０５が蛇行形状で示されているが、これに限られず、例えば、矩形形状で形成されていても良い。図７（ｂ）に示したような蛇行形状の場合、温度検知素子９０５の抵抗値が大きくなるほど検知信号が大きくなるので、温度変化を精度良く検知できるという利点がある。

次に、以上説明した構成の記録装置に搭載される記録ヘッドの吐出条件（最小吐出エネルギー）を決定する方法についての実施例を説明する。

図８はヒータの温度を検知する回路の構成と、検出された温度プロファイルとを示す図である。図８において、（ａ）は記録ヘッドに実装される温度検知回路の構成を示す図であり、（ｂ）はヒータ１５に駆動電圧を印加した際の、温度検知素子９０５において検知されるインク正常吐出時とインク不吐出時の温度プロファイルを示す図である。

図８（ａ）に示すように、ヒータ１５は記録装置１０００の本体部に備えられた定電圧源７０１により駆動され、ヒータ駆動信号ＨＥがＯＮ（Ｈｉｇｈアクティブ）になるとスイッチ素子８０５が閉じ、定電圧ＶＨがヒータ１５に印加される。また、ヒータ駆動信号ＨＥがＯＦＦ（Ｌｏｗ）になるとスイッチ素子８０５が開き、定電圧ＶＨのヒータ１５への印加が遮断される。このように、ヒータ駆動信号ＨＥのＯＮ／ＯＦＦによって定電圧ＶＨがヒータ１５に対して矩形状パルスとして印加される。

一方、温度検知素子９０５は薄膜抵抗体であり、定電流源８０１から電流が供給され、センサ選択信号ＳＥがＯＮ（Ｈｉｇｈアクティブ）になるとスイッチ素子８０６が閉じ、定電流Ｉｒｅｆが温度検知素子９０５に印加される。これと同時に、温度検知素子９０５の両端の電圧信号が差動アンプ９５０に入力される。また、センサ選択信号ＳＥがＯＦＦ（Ｌｏｗ）になると、スイッチ素子８０６が開いて定電流Ｉｒｅｆの温度検知素子９０５への供給が遮断されるとともに、温度検知素子９０５の両端の電圧信号の差動アンプ９５０への入力も遮断される。

以上の構成から分かるように、記録ヘッド３に備えられた複数のヒータ１５から１つのヒータとこれに対応する温度検知素子が記録装置の本体部から供給されるヒータ駆動信号ＨＥとセンサ選択信号ＳＥにより選択され、選択ヒータの温度が検知される。

定電流Ｉｒｅｆは、例えば、０．１ｍＡ刻みで０．６ｍＡ〜３．７ｍＡまで３２段階で設定可能となっている。以下、１段階の設定幅ことを１ランクという。

３２ランクのレンジであれば、定電流Ｉｒｅｆの記録装置１０００の本体部から入力される設定値Ｄｉｒｅｆは５ビットのデジタル値として定められ、クロック信号（不図示）に同期してシフトレジスタ（ＳＲ）８０２に転送される。そして、ラッチ信号（不図示）によるタイミングでラッチ回路（ＬＡＴ）８０３にラッチされ、電流出力型のデジタルアナログコンバータ（ＤＡＣ）８０４に出力される。

ラッチ回路８０３の出力信号は、次のラッチタイミングまでの間保持され、その間に次の設定値Ｄｉｒｅｆがシフトレジスタ８０２に転送される。デジタルアナログコンバータ（ＤＡＣ）８０４の出力電流Ｉｒｅｆｉｎは定電流源８０１に入力され、例えば、１２倍に増幅されて定電流Ｉｒｅｆとして出力される。

温度検知素子９０５の温度Ｔにおける抵抗Ｒｓは、常温をＴ０、そのときの抵抗をＲｓ０、温度検知素子９０５の温度抵抗係数をＴＣＲとして、式（１）で表される。即ち、
Ｒｓ＝Ｒｓ０｛１＋ＴＣＲ（Ｔ−Ｔ０）｝ ……（１）
である。温度検知素子９０５にＩｒｅｆが印加されると、両端の差電圧ＶＳは式（２）で表される。即ち、
ＶＳ＝Ｉｒｅｆ・Ｒｓ＝Ｉｒｅｆ・Ｒｓ０｛１＋ＴＣＲ（Ｔ−Ｔ０）｝……（２）
である。差電圧ＶＳは差動アンプ９５０に反転入力されるが、そのままでは出力Ｖｄｉｆが接地電位ＧＮＤ以下の負電圧となり、実際にはＶｄｉｆ＝０Ｖとなって差動アンプ９５０内部のオペアンプの−端子にフィードバックされる。このため、最終的に予期しない信号が出力されてしまう。これを回避するため、出力Ｖｄｉｆが接地電位ＧＮＤ以上となるのに十分なオフセット電圧Ｖｒｅｆを、定電圧源８０７により差動アンプ９５０に印加する。

図８（ｃ）は、温度検知素子９０５により検知されるヒータ１５の温度プロファイルが図８（ｂ）に示すようなものであるときの、インク正常吐出時とインク不吐出時の出力Ｖｄｉｆのプロファイルを示している。図８（ｃ）に示すように、出力波形は温度波形としては上下反転しているため、傾きが負のときは昇温過程を表し、傾きが正のときは降温過程を表す。

図８（ｂ）〜図８（ｃ）に示すように、インク正常吐出時には、発泡後の泡の収縮により吐出液滴の一部がヒータ１５に落下し、それによって、ヒータ１５の温度が急激に低下する特徴点が現れる。それに対し、インク不吐出時には液滴の落下がないため、温度はなだらかに変化し、特徴点が現れない。

さて、差動アンプ９５０の出力Ｖｄｉｆは、次にフィルタ回路（ＢＰＦ）９５１に入力される。フィルタ回路９５１は、出力Ｖｄｉｆにおける吐出状態を表す降温時の最大勾配をピークに変換するための回路であり、２次のローパスフィルタと１次のハイパスフィルタをカスケード接続したバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）で構成される。ローパスフィルタにより、カットオフ周波数ｆｃＬよりも高域側の高周波ノイズを減衰させ、ハイパスフィルタにより、カットオフ周波数ｆｃＨよりも低域側を１階微分して降温時の勾配を抽出して直流成分を除去する。このようなフィルタ回路９５１による信号処理により、フィルタ回路９５１は、インク正常吐出とインク不吐出のどちらかを判定する元となる信号ＶＦを出力する。

なお、ここでも信号ＶＦが接地電位ＧＮＤ以下の負電圧となる可能性があるため、前述のように、接地電位ＧＮＤ以上となるのに十分なオフセット電圧Ｖｏｆｓを、定電圧源８０８により＋端子に印加している。

フィルタ回路９５１の出力信号ＶＦは、ハイパスフィルタで低域信号が減衰して出力電圧が低下するため、後段の反転アンプ（ＩＮＶ）９５２で増幅する。

反転アンプ（ＩＮＶ）９５２では正電圧の入力信号ＶＦが反転して負電圧になるため、ハイパスフィルタと同様にオフセット電圧Ｖｏｆｓを印加して信号電圧をかさ上げする。具体的には、ハイパスフィルタにオフセット電圧Ｖｏｆｓを印加する定電圧源８０８の出力を分岐させて、同じオフセット電圧Ｖｏｆｓを反転アンプ（ＩＮＶ）９５２にも印加する。

その結果、反転アンプ（ＩＮＶ）９５３の増幅率をＧｉｎｖとすると、反転アンプ（ＩＮＶ）９５２の出力信号Ｖｉｎｖは式（３）のようになる。即ち、
Ｖｉｎｖ＝Ｖｏｆｓ＋Ｇｉｎｖ（Ｖｏｆｓ−ＶＦ） ……（３）
である。

図８（ｄ）はインク正常吐出時とインク不吐出時の出力信号Ｖｉｎｖのプロファイルを示している。図８（ｄ）によれば、インク正常吐出時には、特徴点以降の最大降温速度に起因するピークＶｐが出現し、インク不吐出時には、特徴点が現れないため降温速度も低く、波形に現れるピークは正常吐出時の波形よりも小さくなる。

反転アンプ（ＩＮＶ）９５２の出力信号Ｖｉｎｖはコンパレータ９５３の正端子に入力され、負端子に入力された閾値電圧Ｄｔｈとの比較が行われて、Ｖｉｎｖ＞Ｄｔｈであれば有効となる判定パルス信号ＣＭＰを出力する。

閾値電圧Ｄｔｈは、例えば、８ｍＶ刻みで０．５Ｖ〜２．５４Ｖまで２５６ランクで設定可能となっている。２５６ランクのレンジであれば、閾値電圧Ｄｔｈの設定値Ｄｄｔｈは８ビットのデジタル値として定められ、クロック信号（不図示）に同期してシフトレジスタ（ＳＲ）８１０に転送される。そして、ラッチ信号（不図示）によるタイミングでラッチ回路（ＬＡＴ）８１１にラッチされ、電圧出力型のデジタルアナログコンバータ（ＤＡＣ）８１２に出力される。ラッチ回路８１１の出力信号は、次のラッチタイミングまでの間保持され、その間に次の設定値Ｄｄｔｈがシフトレジスタ８１０に転送される。

出力電圧Ｖｉｎｖのピーク電圧Ｖｐの検出は、コンパレータ９５３を用いて次に説明する手順により実行する。

まず、初めのラッチ期間において、基準設定値Ｄｉｒｅｆ０に対応した定電流Ｉｒｅｆ０（例えば１．６ｍＡ）を温度検知素子９０５に印加した状態で、ヒータ１５に駆動パルスを印加する。このとき、基準となる閾値電圧Ｄｔｈ０に対応した基準設定値Ｄｄｔｈ０をコンパレータ９５３に入力して出力信号Ｖｉｎｖのピーク値と比較する。コンパレータ９５３から判定パルスＣＭＰが出力されたなら、次のラッチ期間において、閾値電圧Ｄｔｈのランクを１つ上げて、同様に出力信号Ｖｉｎｖのピーク値と比較する。

このような処理を、判定パルスＣＭＰが出力されなくなるまで繰り返し、判定パルスＣＭＰが出力された最後のランクの閾値電圧Ｄｔｈをピーク電圧Ｖｐとする。従って、ピーク電圧Ｖｐはインクが正常に吐出される状態から吐出されない状態への変化点を反映した情報となる。図８（ｄ）の例では、インク正常吐出におけるピーク電圧検出において閾値電圧Ｄｔｈ０から順次Ｄｔｈ１、Ｄｔｈ２……と上げていくと閾値電圧Ｄｔｈ５でＣＭＰ出力がされなくなるので、最後にＣＭＰ出力が得られた閾値電圧Ｄｔｈ４がピーク電圧Ｖｐとなる。

一方、初めのラッチ期間において判定パルスＣＭＰが出力されなかったら、次のラッチ期間において閾値電圧Ｄｔｈのランクを１つ下げて、同様にこれを出力信号Ｖｉｎｖのピーク値と比較する。このような処理を判定パルスＣＭＰが出力されるまで繰り返し、判定パルスＣＭＰが出力されたランクの閾値電圧Ｄｔｈをピーク電圧Ｖｐとする。図８（ｄ）に示したインク正常吐出の例では、閾値電圧をＤｔｈ５、Ｄｔｈ４と下げていき、Ｄｔｈ４で判定パルスＣＭＰから出力されるようになるので閾値電圧Ｄｔｈ４がピーク電圧Ｖｐとなる。

この実施例では、上述のようなインク正常吐出か不吐出かの判定方法を使用して最小吐出可能エネルギー（Ｅｔｈ）を測定する。最小吐出可能エネルギーに未達であるエネルギーを印加した場合、ヒータ１５による発泡が不十分であり、インク液滴は吐出されず（不吐出）、最小吐出可能エネルギーに達した場合、発泡力によりインク液滴が吐出される。つまり、吐出エネルギーを変化させながら、出力信号Ｖｉｎｖのピーク電圧Ｖｐを順次測定していき、そのピーク電圧Ｖｐの変化から、最小吐出可能エネルギー（Ｅｔｈ）を求めるのである。

図９は吐出エネルギーを変化させたときの差動アンプ出力Ｖｄｉｆや出力電圧のピーク電圧Ｖｐのプロファイルを示す図である。図９（ａ）は差動アンプ出力Ｖｄｉｆの変化を、図９（ｂ）は出力電圧Ｖｉｎｖのピーク電圧Ｖｐの変化を示している。図９（ａ）〜図９（ｂ）では、吐出エネルギーについては、実際に紙面上にインク吐出を行い、記録が確認できた最小のエネルギーを１（Ｅ＝１．００）として表している。

図９（ａ）に示すように、吐出エネルギーが１より低くインク吐出していない場合は、そもそもエネルギー量が小さいため最高温度も低く、特徴点も現れないが、吐出エネルギーが１以上となると、最高温度も上昇し、特徴点も現れるようになる。従って、出力電圧Ｖｉｎｖのピーク電圧Ｖｐと吐出エネルギーの関係は、図９（ｂ）に示すように、Ｅ＝１．００より小さいときにはピーク電圧Ｖｐの変化量が小さいのに対し、Ｅ＝１．００以上ではピーク電圧Ｖｐが大きく変化するようになる。

さて、図９（ｃ）は、図９（ｂ）に示した吐出エネルギーをＥ＝０．８１から１．１０まで１１ステップ変化させながら得た１２個のピーク電圧Ｖｐを、１ステップ前のピーク電圧Ｖｐとの差分（Ｖｐ＿ｄｉｆ）と吐出エネルギーとの関係を示している。図９（ｃ）から分かるように、差分値がＥ＝１．００で大きく変化していることから、この変化を検知することで、最小吐出エネルギー（Ｅｔｈ）を測定することが可能となる。図９（ｃ）の例では、閾値を２０ｍＶに設定することで、最小吐出エネルギー（Ｅｔｈ）の測定が可能となる。このように差分（Ｖｐ＿ｄｉｆ）の大きなところで最小吐出エネルギーを検出することができる。このため、測定時の種々の外的な要因により、測定されるピーク電圧Ｖｐや差動アンプ出力Ｖｄｉｆなどが多少変化しても、その変化による最小吐出エネルギーの検出結果に及ぼす影響が小さくなるという効果がある。

図１０は以上のことを利用したインク最小吐出エネルギー（Ｅｔｈ）を算出する処理を示すフローチャートである。

まず、ステップＳ１０では、最小吐出エネルギー（Ｅｔｈ）を測定したいヒータを決定し、そのヒータに対し、設定可能な最小の吐出エネルギーを設定する。次に、ステップＳ２０では、温度検知素子９０５でピーク電圧Ｖｐを測定する。さらに、ステップＳ３０では、吐出エネルギーを１段階（以下、１ランク）引き上げ、ステップＳ４０では再度、ピーク電圧Ｖｐを測定する。そして、ステップＳ５０では、１回前に測定したピーク電圧Ｖｐと今回測定したピーク電圧Ｖｐの差分（Ｖｐ＿ｄｉｆ）を算出し、ステップＳ６０ではその値が閾値（図９（ｃ）の例では２０ｍＶ）以上であるかどうかを調べる。

ここで、差分（Ｖｐ＿ｄｉｆ）が閾値以上であると判定されれば、処理はステップＳ７０に進み、その時の吐出エネルギーを最小吐出エネルギー（Ｅｔｈ）として処理を終了する。これに対して、差分（Ｖｐ＿ｄｉｆ）が閾値未満であると判定されれば、処理はステップＳ３０に戻り、差分（Ｖｐ＿ｄｉｆ）が閾値以上となる吐出エネルギーを見つけるまでステップＳ３０〜Ｓ６０の処理を繰り返す。

従って以上説明した実施例に従えば、外的な要因の変化に影響を受けずにヒ実際の測定からータの最小吐出エネルギー（Ｅｔｈ）を求めることができる。

実際に記録ヘッドを用いて記録を行う場合、高速吐出を実行する点や記録制御を簡便にする点から、複数のヒータ１５に対し同一の駆動条件を適用することが多い。ヒータ１５を複数製造する場合、ヒータ１５の抵抗が製造時にバラつくため、同一の駆動条件を与えたとしても、実際に発生するエネルギー量はヒータ１５により変化してしまう。従って、その場合、複数のヒータ１５に対し、同一駆動条件における最適な最小吐出エネルギー（Ｅｔｈ）を測定する必要がある。

この実施例は、このような複数のヒータ１５に対し、最小吐出エネルギー（Ｅｔｈ）を測定する場合に適用される。

図１１はインク最小吐出エネルギーを算出する処理を示すフローチャートである。

図１１（ａ）によれば、ステップＳ１１０では、設定可能な最小の吐出エネルギーを設定する。次に、ステップＳ１２０では、対象となるヒータ全てについて対応する温度検知素子９０５でピーク電圧Ｖｐを測定する。ここで対象となるヒータとは、例えばグループ化された複数のヒータである。一例としては、吐出するインクの色ごと４つにグループ化し、各グループ内における全てのヒータについて測定を行う。さらに、ステップＳ１３０では、吐出エネルギーを１ランク引き上げ、ステップＳ１４０では再度、対象となるグループ内のヒータ全てについてピーク電圧Ｖｐを測定する。ステップＳ１５０では、各ヒータについて１回前に測定したピーク電圧Ｖｐと今回測定したピーク電圧Ｖｐの差分（Ｖｐ＿ｄｉｆ）を算出し、ステップＳ１６０では各ヒータについて、その値が閾値（図９（ｃ）の例では２０ｍＶ）以上であるかどうかを調べる。

ここで、各ヒータについて差分（Ｖｐ＿ｄｉｆ）が閾値以上であると判定されれば、処理はステップＳ１７０に進み、その時の吐出エネルギーを最小吐出エネルギー（Ｅｔｈ）とする。これに対して、いずれかのヒータの差分（Ｖｐ＿ｄｉｆ）が閾値未満であると判定されれば、処理はステップＳ１３０に戻り、全ヒータの差分（Ｖｐ＿ｄｉｆ）が閾値以上となる吐出エネルギーを見つけられるまでステップＳ１３０〜Ｓ１６０の処理を繰り返す。

さらにステップＳ１８０では、対象となるグループ内のヒータ全てについての最小吐出エネルギーの平均値（Ｅｔｈ＿ａｖｅ）を算出し、ステップＳ１９０では、平均値（Ｅｔｈ＿ａｖｅ）を対象となる全ヒータの最小吐出エネルギーとする。

以上、図１１（ａ）を参照して説明したように、複数のヒータ１５に対し、吐出エネルギーを変化させながら温度検知素子９０５でピーク電圧Ｖｐを測定し、差分（Ｖｐ＿ｄｉｆ）を算出する。そして、各ヒータ１５に関し、差分（Ｖｐ＿ｄｉｆ）が初めて閾値を超えた時の吐出エネルギーを最小吐出エネルギー（Ｅｔｈ）とし対象の全ヒータ１５の最小吐出エネルギーを平均化して得られた吐出エネルギーを最小吐出エネルギー（Ｅｔｈ＿ａｖｅ）とする。

このとき、平均化の際には端数が出るが、その際には記録装置で設定可能な吐出エネルギー値の近似値を選択すればよい。また、図１１（ａ）に示した例では各ヒータの最小吐出エネルギーを平均化したが、中央値（メジアン）を求めても構わない。メジアンの場合には、極端な値の吐出エネルギーをもつヒータ１５が存在する場合に、その影響を少なくする効果が得られる。

また、複数のヒータ１５の最小吐出エネルギー（Ｅｔｈ）を測定した後に、算出した平均値を用いるのではなく、その中の最大値を使用してもよい。最大値を使用することで、測定した全ヒータ１５に対して、必ず吐出可能な吐出エネルギーを設定することができ、不吐出のリスクを低減することが可能となる。

さらには、図１１（ｂ）に示すように、複数のヒータ１５の最小吐出エネルギーを測定した後に、その中の最小値（Ｅｔｈ＿ｍｉｎ）を使用する方法もある。図１１（ｂ）によれば、図１１（ａ）と同様に、ステップＳ１１０〜Ｓ１７０の処理を実行した後に、ステップＳ１８０’では、対象となるグループ内のヒータ全てについての最小吐出エネルギーの最小値（Ｅｔｈ＿ｍｉｎ）を算出する。そして、ステップＳ１９０’では、最小値（Ｅｔｈ＿ｍｉｎ）を対象となる全ヒータの最小吐出エネルギーとする。

一般に、得られた最小吐出エネルギー（Ｅｔｈ）に一定の係数をかけた吐出エネルギーを実際の記録に使用するが、その際に、過剰な吐出エネルギーをヒータ１５に与えると、耐キャビテーション膜９１０を含むヒータ１５の損傷が大きくなる。そのため、その寿命に影響を及ぼすことがある。そこで、最小吐出エネルギーとして、対象となるグループ内のヒータ全てについての最小吐出エネルギーの最小値（Ｅｔｈ＿ｍｉｎ）を使用することで、過剰な吐出エネルギーを与えることなくヒータ１５を駆動でき、ヒータの損傷を最小限に留めることができる。

以上説明したようにこの実施例に従えば、複数のヒータに対して外的要因による影響を受けない最適な最小吐出エネルギーを求めることができる。

最小吐出エネルギー（Ｅｔｈ）を測定する際には、回路中のノイズによりピーク電圧Ｖｐが変化したり、インク温度などの測定環境により最小吐出可能エネルギー自体が変化したりする可能性がある。この実施例では、そのような際により安定的に最小吐出エネルギー（Ｅｔｈ）を測定する方法について説明する。

図１２はインク最小吐出エネルギーを算出する処理を示すフローチャートである。なお、図１２において、既に図１０を参照して実施例１で説明したのと同じ処理ステップについては同じステップ参照番号を付し、その説明は省略する。

図１２（ａ）によれば、選択した１つのヒータ１５について、ステップＳ１０〜Ｓ７０の処理を実行後、ステップＳ８０では、そのヒータについて指定回数の測定を行ったかどうかを調べる。ここで、その測定回数が指定回数未満であれば、処理はステップＳ１０に戻り、指定回数分の処理を行う。これに対して、その測定回数が指定回数になったなら、処理はステップＳ９０に進む。そして、ステップＳ９０では、各測定において得た最小吐出エネルギーを平均し、その平均値を最小吐出エネルギー（Ｅｔｈ）に決定する。

以上、図１２（ａ）を参照して説明したように、１つのヒータ１５について、複数回、ピーク電圧Ｖｐを測定し、差分（Ｖｐ＿ｄｉｆ）が初めて閾値を超えたときの吐出エネルギーを最小吐出エネルギー（Ｅｔｈ）とする処理を実行する。そして、得られた測定結果を平均化して、最小吐出エネルギー（Ｅｔｈ）に決定する。

従って以上説明した実施例に従えば、複数回の測定結果を平均化することで、種々の変動要因の影響を排除した最小吐出エネルギー（Ｅｔｈ）を測定できる。

また、上記の複数回の結果を平均化ではなく、最大値を使用してもよい。最大値を使用することで、ほぼ吐出可能な吐出エネルギーを設定することができ、不吐出のリスクを低減することが可能となる。

さらには、図１２（ｂ）に示すように、複数回の最小吐出エネルギー測定結果の最小値を最小吐出エネルギー（Ｅｔｈ）とすることも可能である。図１２（ｂ）によれば、図１２（ａ）と同様に、ステップＳ１０〜Ｓ８０の処理を実行した後に、ステップＳ１００において、各測定において得た最小吐出エネルギーの最小値を最小吐出エネルギー（Ｅｔｈ）に決定する。

実施例２でも説明したように、過剰な吐出エネルギーをヒータ１５に与えると、耐キャビテーション膜９１０を含むヒータ１５の損傷が大きくなり、寿命に影響を及ぼすことがある。そのため、最小値を使用することで、ヒータ１５に過剰な吐出エネルギーを与えることなく、ヒータ１５を駆動でき、ヒータの損傷を最小限に留めることができる。

以上、実施例１〜３について説明したが、いずれの実施例においても、最小吐出エネルギー測定を実施するにはある程度の時間を要する。その間に吐出口からのインクの蒸発が進み、吐出口近傍のインク粘度が増加し、インク吐出が妨げられ、適切に最小吐出エネルギーの測定ができなくなってしまうことがある。そのため、インクの蒸発による粘度増加の影響が出るのを防止するために、図６に示した圧力室２３の内部と外部とで、インク循環がなされていることが望ましい。

また、インクの蒸発による粘度増加の影響を防止する別の方法として、上記実施例のような最小吐出エネルギー（Ｅｔｈ）測定の直前に予備吐出動作を加えてもよい。予備吐出動作を実行することで、最小吐出エネルギー（Ｅｔｈ）測定時にはフレッシュなインクが圧力室２３内に満たされるため、より適切に測定可能となる。

また、吐出エネルギーがヒータ１５から付与される場合、Ｅを吐出エネルギー、ＶＨをヒータ駆動電圧、Ｐｗをヒータ駆動パルス長、Ｒｈｅをヒータ１５の抵抗とすると、吐出エネルギーＥは、式（４）で表せる。即ち、
Ｅ＝ＶＨ×ＶＨ×Ｐｗ／Ｒｈｅ ……（４）
である。従って、吐出エネルギーは、ヒータ駆動パルス長（Ｐｗ）或いはヒータ駆動電圧（ＶＨ）かをいずれかを変化させることにより、変化させられる。

さらには、以上説明した最小吐出エネルギー（Ｅｔｈ）は、インク液滴が吐出する限界値であるため、例えば、わずかな周囲環境温度の変化等により、発泡状態が変化することがある。このため、一定の係数をかけて、実際の記録に用いる最小吐出エネルギーとするのが望ましい。

図１３は実際の記録に用いる駆動エネルギーを求める処理のフローチャートである。

図１３に示すように、ステップＳ２１０では、実施例１〜３で求められた最小吐出エネルギー（Ｅｔｈ）に係数を乗じたものを実際の記録でヒータを駆動するのに用いる吐出エネルギーとする。この実施例では、特にその係数として、１．１０〜１．４４の値を用いることが望ましい。そして、ステップＳ２２０では、ステップＳ２１０において算出された吐出エネルギーを実際の記録時における吐出エネルギーとして決定する。

上記の実施例で挙げた処理は、実際の記録中、例えば、次に記録媒体に記録するまでの間に実行してもよいが、その場合には記録時間を長くしてしまうため、記録動作を実行していない時間に最小吐出エネルギーを決定する処理を実行するのが望ましい。例えば、記録ヘッドの回復動作等のメンテナンス動作時に実行するのが望ましい。

また上記の実施例で挙げた処理において、最小吐出エネルギーを測定する際のヒータ１５の駆動パルスとしては以下に示すようなパルスを用いることができる。

図１４は最小吐出エネルギーを決定するために用いる駆動パルスを示す図である。

通常、サーマルインクジェットでは、図１４（ａ）に示すようにインク吐出の安定化を目的に記録時には発泡しない程度の熱を加えるためのプレパルスと、実際に発泡させてインク吐出のためのメインパルスとの２種類のパルス（ダブルパルス）が使用される。プレパルスとメインパルスのパルス幅によりインク吐出の調節を行うが、以上説明した最小吐出エネルギー（Ｅｔｈ）を測定する際には、吐出エネルギーが等しければこのようなダブルパルスを使用しなくとも良い。

例えば、図１４（ｂ）に示すような、メインパルスのみのシングルパルスでも良いし、図１４（ｃ）に示すような、メインパルス後に特徴点を強調するためのパルス（ポストパルス）を印加してもよい。図１４（ｃ）のようなポストパルスは、発泡後の泡の収縮により吐出液滴の一部がヒータ１５に墜落する直前に印加するのが良く、ヒータ１５が高温なときに相対的に冷たい液滴が墜落してくるため、ヒータ１５の温度変化を最大化できる。その結果、図１４（ｄ）に示すように特徴点が強調され、最小吐出エネルギー（Ｅｔｈ）の測定に関し、最小吐出エネルギー（Ｅｔｈ）に達する直前の吐出エネルギーと最小吐出エネルギー（Ｅｔｈ）により、出力信号Ｖｉｎｖの出力差が大きくなる。これにより、より最小吐出エネルギー（Ｅｔｈ）を検知しやすくなる。なお、このときインクが再発泡してしまうと出力信号Ｖｉｎｖが低下してしまうため、再発泡しない程度にポストパルスを印加し、ヒータ１５を加熱するのが良い。

これまでの実施例では最小吐出エネルギー測定時の最初に、設定可能な最小エネルギーから順次吐出エネルギーを上げてピーク電圧Ｖｐを測定したが、前回の最小吐出エネルギー（Ｅｔｈ）に基づいて、測定開始時に供給する吐出エネルギーを決定してもよい。例えば、前回測定された最小吐出可能エネルギーよりも５ランク下の吐出エネルギーから測定を開始してもよい。このようにすることで、ピーク電圧Ｖｐを探索するループ回数が少なくすみ、測定時間の短縮化が可能となる。同様に、測定時間の短縮化として、吐出エネルギーの変化量を最初に１ランクずつではなく数ランクずつとし、ピーク電圧Ｖｐが検知されたランク周辺のみ１ランクずつ測定する等のシーケンスを実行しても良い。いずれにせよ、吐出エネルギーを変化させながらピーク電圧Ｖｐを取得する限り、類似のシーケンスについても本発明の趣旨を外れることなく適用可能である。

本発明は上記実施形態に制限されるものではなく、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、本発明の範囲を公にするために以下の請求項を添付する。

１ 搬送部、２ 記録媒体、３ 記録ヘッド、１０ 素子基板、１１ 基板、
１２ 吐出口形成部材、１３ 吐出口、１５ 記録素子（ヒータ）、１７ａ 供給口、
１７ｂ 回収口、１８ 液体供給路、１９ 液体回収路、２３ 圧力室、２４ 流路、
８０ 筺体、８１、８２ 搬送ローラ、
２１１ 共通供給流路、２１２ 供給回収流路、２１３ａ 個別供給流路、
２１３ｂ 個別回収流路、２２０ 液体供給ユニット、２３０ 負圧制御ユニット、
４００ ホスト装置、４０４ 操作パネル、４１７ プリントエンジンユニット、
４１９ プリントコントローラ、４２１ ＲＡＭ、４２７ ヘッドＩ／Ｆ、
８０１ 定電流源、９０１ Ｓｉ基板、９０５ 温度検知素子、９５０ 差動アンプ、
１０００ インクジェット記録装置

Claims (18)

1. 複数の電気熱変換素子と、対応する電気熱変換素子の温度を検知する複数の温度検知素子と、前記複数の電気熱変換素子に対応して設けられた複数の吐出口とを備えた記録ヘッドからインクを記録媒体に吐出して記録を行う記録装置であって、
   前記複数の電気熱変換素子から選択した電気熱変換素子に対してエネルギーを供給することにより発生する熱により変化する当該電気熱変換素子の温度を対応する温度検知素子を用いて測定する測定手段と、
   前記測定手段により測定される温度に基づいて、前記記録ヘッドからインクが正常に吐出される状態から吐出されない状態への変化点を示し、かつ、当該電気熱変換素子の温度変化を反映する前記温度検知素子からの出力信号に基づくピーク電圧を検出する検出手段と、
   前記検出手段により検出されるピーク電圧と閾値とを比較する比較手段と、
   前記選択した電気熱変換素子に供給するエネルギーを変更する変更手段と、
   前記変更手段により変更されたエネルギーを供給して、前記測定手段による測定と、前記検出手段による検出と、前記比較手段による比較とを、前記比較手段による比較により前記ピーク電圧が前記閾値以上となるまで、繰り返す繰り返し手段と、
   前記ピーク電圧が前記閾値以上となった時に供給されたエネルギーを最小吐出エネルギーと決定する決定手段とを有することを特徴とする記録装置。
2. 前記測定手段による測定と前記検出手段による検出と前記比較手段による比較とを、前記複数の電気熱変換素子に対して実行し、各電気熱変換素子に対して得られた最小吐出エネルギーを平均する平均化手段をさらに有し、
   前記決定手段は、前記平均化手段により得られた平均値を前記複数の電気熱変換素子に対する前記最小吐出エネルギーに決定することを特徴とする請求項１に記載の記録装置。
3. 前記測定手段による測定と前記検出手段による検出と前記比較手段による比較とを、前記複数の電気熱変換素子に対して実行し、各電気熱変換素子に対して得られた最小吐出エネルギーのうちの最小値を算出する算出手段をさらに有し、
   前記決定手段は、前記算出手段により得られた最小値を前記複数の電気熱変換素子に対する前記最小吐出エネルギーに決定することを特徴とする請求項１に記載の記録装置。
4. 前記測定手段による測定と前記検出手段による検出と前記比較手段による比較とを、前記複数の電気熱変換素子に対して実行し、各電気熱変換素子に対して得られた最小吐出エネルギーのうちの最大値を算出する算出手段をさらに有し、
   前記決定手段は、前記算出手段により得られた最大値を前記複数の電気熱変換素子に対する前記最小吐出エネルギーに決定することを特徴とする請求項１に記載の記録装置。
5. 前記測定手段による測定と前記検出手段による検出と前記比較手段による比較とを、前記選択した電気熱変換素子に対して複数回、実行し、前記選択された電気熱変換素子に対して各実行ごとに得られた最小吐出エネルギーを平均する平均化手段をさらに有し、
   前記決定手段は、前記平均化手段により得られた平均値を前記最小吐出エネルギーに決定することを特徴とする請求項１に記載の記録装置。
6. 前記測定手段による測定と前記検出手段による検出と前記比較手段による比較とを、前記選択した電気熱変換素子に対して複数回、実行し、前記選択された電気熱変換素子に対して各実行ごとに得られた最小吐出エネルギーのうちの最小値を算出する算出手段をさらに有し、
   前記決定手段は、前記算出手段により得られた最小値を前記最小吐出エネルギーに決定することを特徴とする請求項１に記載の記録装置。
7. 前記測定手段による測定と前記検出手段による検出と前記比較手段による比較とを、前記選択した電気熱変換素子に対して複数回、実行し、前記選択された電気熱変換素子に対して各実行ごとに得られた最小吐出エネルギーのうちの最大値を算出する算出手段をさらに有し、
   前記決定手段は、前記算出手段により得られた最大値を前記最小吐出エネルギーに決定することを特徴とする請求項１に記載の記録装置。
8. 前記最小吐出エネルギーの決定は、記録動作の間に行うことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の記録装置。
9. 前記最小吐出エネルギーの決定は、記録動作を実行していない時に行うことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の記録装置。
10. 前記記録ヘッドに対してインクを供給するインクタンクと、
    前記インクタンクと前記記録ヘッドとの間に接続されるサブタンクと、
    前記サブタンクと前記記録ヘッドとの間でインクを循環させる循環手段とをさらに有することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の記録装置。
11. 前記記録ヘッドは、
    前記複数の電気熱変換素子それぞれにインクが供給される第１の流路と、
    前記複数の電気熱変換素子それぞれからインクが回収される第２の流路とを有することを特徴とする請求項１０に記載の記録装置。
12. 前記変更手段は、前記電気熱変換素子に印加するパルスのパルス幅の変化により、前記供給するエネルギーを変更することを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の記録装置。
13. 前記変更手段は、前記供給するエネルギーを、大きいエネルギーから小さいエネルギーに、又は、小さいエネルギーから大きいエネルギーに順次、変化させていくことを特徴とする請求項１２に記載の記録装置。
14. 前記決定手段により決定された最小吐出可能エネルギーに所定の係数をかけたエネルギーを、実際の記録に使用する吐出エネルギーとすることを特徴する請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の記録装置。
15. 前記記録ヘッドはフルライン記録ヘッドであることを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の記録装置。
16. 前記温度変化のプロファイルは、前記記録ヘッドからインクが正常に吐出された場合とインクが吐出されない場合とでは異なり、
    前記記録ヘッドからインクが正常に吐出される場合でも、前記供給するエネルギーが異なると、前記ピーク電圧が異なることを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の記録装置。
17. 前記供給するエネルギーを変化させた場合、前記ピーク電圧の変化は前記最小吐出エネルギーにおいて最大となることを特徴とする請求項１６に記載の記録装置。
18. 複数の電気熱変換素子と、対応する電気熱変換素子の温度を検知する複数の温度検知素子と、前記複数の電気熱変換素子に対応して設けられた複数の吐出口とを備えた記録ヘッドからインクを記録媒体に吐出して記録を行う記録装置における最小吐出エネルギーの決定方法であって、
    前記複数の電気熱変換素子から選択した電気熱変換素子に対してエネルギーを供給することにより発生する熱により変化する当該電気熱変換素子の温度を対応する温度検知素子を用いて測定する測定工程と、
    前記測定工程において測定される温度に基づいて、前記記録ヘッドからインクが正常に吐出される状態から吐出されない状態への変化点を示し、かつ、当該電気熱変換素子の温度変化を反映する前記温度検知素子からの出力信号に基づくピーク電圧を検出する検出工程と、
    前記検出工程において検出されたピーク電圧と閾値とを比較する比較工程と、
    前記選択した電気熱変換素子に供給するエネルギーを変更する変更工程と、
    前記変更工程において変更されたエネルギーを供給して、前記測定工程における測定と、前記検出工程における検出と、前記比較工程による比較とを、前記比較工程における比較により前記ピーク電圧が前記閾値以上となるまで、繰り返す繰り返し工程と、
    前記ピーク電圧が前記閾値以上となった時に供給されたエネルギーを最小吐出エネルギーと決定する決定工程とを有することを特徴とする最小吐出エネルギーの決定方法。

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