JP2633940B2 - インクジェット記録装置および該装置に装着される記録ヘッド - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はインクジェット記録装置および該装置に装着
される記録ヘッドに関し、特に吐出エネルギー発生素子
として電気熱変換素子を用いたインクジェット記録装置
および該装置に装着される記録ヘッドに関する。

［従来の技術］ 一般に、この種のインクジェット記録ヘッドは、記録
用のインク液滴を吐出して飛翔液滴を形成するためのイ
ンク吐出口を高密度に配列することができるため、解像
度の高い記録を行なうことが可能であり、また、記録ヘ
ッドとして全体的なコンパクト化も容易であるという利
点を有する。また、この種の記録ヘッドは最近の半導体
分野における技術の進歩と信頼性の向上が著しいIC技術
やマイクロ加工技術の長所を十二分に活用して製造でき
るため、上述したようなマルチノズル化および高密度実
装化が容易で、しかも大量生産時の生産性が良く製造コ
ストの低廉化が可能となる。

４ 第７図はこの種の記録ヘッドの構成例を示す分解斜
視図である。図において、27は例えばシリコン基板形態
のヒーターボードであり、ヒーターボード27上には吐出
エネルギー発生手段としての電気熱変換体（吐出ヒー
タ）29と、これに電力を供給するAl等の配線28とが成膜
技術によって形成される。

30はヒーターボード27と接着されることによりインク
ジェット記録ヘッドを構成する天板であり、天板30には
インク吐出口26に連通する熱作用室としてのインク液路
25と各々のインク液路25にインクを安定して供給するた
めの共通液室23とを構成するための凹部が形成される。
また、天板30には共通液室23にインクを供給するための
供給口24が設けられる。

この構成において、記録信号に応じた通電を行なう
と、ヒータ29が発熱することによりインク液室25内の中
に気泡が発生し、この気泡の膨張収縮によって吐出口26
からインク液滴が吐出される。

一方、インクジェット記録ヘッドは、装置において、
記録動作に伴なう劣下が最も著しい部分である。すなわ
ち、記録ヘッドは上述したようにインク吐出動作にかか
る熱作用の影響を最も受ける部分であり、この熱作用に
よるヘッド構成部材の変質、変形が進行し、記録ヘッド
が本来有する性能を十分に発揮できなくなる恐れがあ
る。

従って、インクジェット記録装置において、記録ヘッ
ドを交換可能な構成とすること、すなわち、いわゆるデ
ィスポーザブルな記録ヘッドを用いた構成とすることは
必然的な要請であり、また、上述したヘッド製造コスト
の低廉化は記録ヘッドのディスポーザブル化を可能とす
るものであり、従来よりこのような記録ヘッドが種々提
案されてきた。

また、インク供給源としてのインクタンクと記録ヘッ
ドとを一体化したカートリッジタイプのものをディスポ
ーザブル化し、装置本体に容易に着脱できるようにした
構成も種々提案されている。

これら記録ヘッドのディスポーザブルな構成により、
記録ヘッドの故障等に容易かつ迅速に対処できるように
なり、また上記カートリッジタイプのものではインク補
給も簡単に行うことが可能となる。

このようなディスポーザブルの記録ヘッドまたはカー
トリッジを装着本体に装着するにあたっては、双方に設
けたコネクタ形態の電気結合部を結合させることにより
電気的接続が得られるようにするのが一般的である。こ
れにより装置本体側の制御部から記録ヘッドの電気熱変
換体への駆動信号の伝達が可能となるとともに、記録ヘ
ッドあるいはカートリッジから制御部への各種状態信号
の送信が可能となる。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、ディスポーザブルな記録ヘッドを用いる装
置にあっては、新たな記録ヘッドを装着した場合、ある
いは一度取りはずした記録ヘッドを再装着した場合に記
録画像の画質が劣下したり、装着に不具合が生じる可能
性がある。これは、装着される記録ヘッド個々の動作特
性が、記録装置本体に対する相対的なばらつきを有する
ことに起因するものであり、この相対的な動作特性のば
らつきは、製造過程、経時変化、製造管理条件等による
ばらつきが累積されて生じる。

また、仕様の異なる記録ヘッドを誤って装着すること
によって上記不具合が生じる可能性もある。すなわち、
仕様の異なる記録ヘッドが、例えば製造コストを低廉化
するために同一の外装で製造される場合には、上述のよ
うに誤って装着する可能性がある。このような仕様の異
なった記録ヘッドが装着された場合、例えば電気熱変換
体やこれを駆動するための機能素子の特性と本体側制御
部との不適合により、記録画像の画質が劣下するばかり
ではなく、記録ヘッドや装置本体そのものに悪影響を与
える場合がある。

本発明は上述のような問題点を解消するためになされ
たものであり、その目的とするところは記録ヘッド個々
が有する特性を顕著に表わす部分の一つである吐出ヒー
タおよび温度センサの動作特性を予め調べることによ
り、装着される記録ヘッドが適正なものか否かを判別す
ることが可能なインクジェット記録装置および該装置に
装着される記録ヘッドを提供することにある。

［課題を解決するための手段］ そのために本発明は、インクを吐出するための吐出口
と、吐出口からインクを吐出するために利用されるエネ
ルギーを発生する電気熱変換素子と、温度を検出するた
めの温度検出素子とを有する記録ヘッドと、記録ヘッド
を着脱自在に保持する保持手段と、保持手段による装着
時に、電気熱変換素子に所定の加熱を行ない、当該加熱
による温度検出素子の値を検出し、当該検出された値に
基づき記録ヘッドの適否を判別する処理を行う記録ヘッ
ド検査処理手段を有する装置本体とを具えたことを特徴
とする。

［作 用］ 以上の構成によれば、予め電気熱変換素子としての吐
出ヒータと、温度検出素子としての温度センサとの動作
特性が検査され、この結果によって装着された記録ヘッ
ドの装置本体に相対した適否が判別される。

［実施例］ 以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明す
る。

第１図は本発明の一実施例に係るインクジェット記録
ヘッドの外観斜視図を示し、インクタンクを一体とした
ディスポーザブルなものである。なお、同図において第
７図に示したのと同様の要素には同一の符号を付してそ
の説明を省略する。

同図に示すようにインクタンクを一体としたヘッドカ
ートリッジは、インク吐出口26を有しヒータボード27と
天板30とを接合して構成される記録ヘッドと、インクを
貯留するためのインクタンク50とから構成される。イン
クタンク50はその内部にインク吸収体を配設して貯留す
るインクを含浸する。また、51はインクタンク50から供
給されるインクを一時貯留し記録ヘッドに直接インクを
供給するための供給タンクである。

第２図は第１図に示したヘッドカートリッジ14が装着
されるインクジェット記録装置の斜視図である。

同図に示すように、ヘッドカートリッジ14は、保持手
段としての押さえ部材41によりキャリッジ15の上に固定
されており、これらはシャフト21に沿って長手方向に往
復動可能となっている。記録ヘッドより吐出されたイン
クは、記録ヘッドと微少間隔をおいて、プラテン19に記
録面を規制された記録媒体18に到達し、記録媒体18上に
画像を形成する。

記録ヘッドには、ケーブル16およびこれに結合する結
合部を介して適宜のデータ供給源より画像データに応じ
た吐出信号が供給される。ヘッドカートリッジは、用い
るインク色等に応じて、１ないし複数個（図では２個）
を設けることができる。

なお、第２図において、17はキャリッジ15をシャフト
21に沿って走査させるためのキャリッジモータ、22はモ
ータ17の駆動力をキャリッジ15に伝達するワイヤであ
る。また、20はプラテンローラ19に結合して記録媒体18
を搬送させるためのフィードモータである。

第３図（Ａ）および（Ｂ）は、第１図，第２図に示し
たインクジェット記録ヘッドを構成するヒータボードの
平面図およびその部分拡大図であり、具体的には第７図
示の構成に適用可能なものである。

同図（Ａ）において27は本例に係るヒータボード、３
は後述される電気熱変換素子よりなる吐出ヒータ部であ
る。４は端子であり、ワイヤボンディングにより外部と
接続される。２は記録ヘッドの温度を検出しヘッド温度
を適切に制御するために設けられた温度センサであり、
吐出ヒータ部３等と同じ成膜プロセスにより吐出ヒータ
部３に形成してある。同図（Ｂ）は同図（Ａ）における
センサ２を含む部分Ｂの拡大図であり、５および６は、
それぞれ、吐出エネルギー発生素子としての吐出ヒータ
（電気熱変換素子）および配線である。また、８はセン
サ２と同様ヘッド温度を適切に制御するために設けられ
た加熱素子としての保温ヒータである。

センサ２は、他の部分と同様に、半導体と同様の成膜
プロセスによって形成してあるため極めて高精度であ
り、他の部分の構成材料であるアルミニウム，チタン，
タンタル,5酸化タンタル，ニオブ等、温度に応じて導電
率が変化する材料で作成できる。例えば、これらのう
ち、アルミニウムは電極に用いることができる材料、チ
タンは電気熱変換素子を構成する発熱抵抗層と電極との
接着性を高めるために両者間に配置可能な材料、タンタ
ルは発熱抵抗層上の保護層の耐キャビテーション性を高
めるためにその上部に配置可能な材料である。また、プ
ロセスのバラツキを小とするために線幅を太くし、配線
抵抗等の影響を少なくするために蛇行形状として高抵抗
化を図っている。

また、同様に保温ヒータ８は、吐出ヒータ５の発熱抵
抗層と同一材料（例えばHfB₂）を用いて形成できるが、
ヒータボードを構成する他の材料、例えばアルミニウ
ム，タンタル，チタン等を用いて形成しても良い。

このような構成を第７図のヒータボード27上に構成
し、さらにこれを用いて第１図，第２図のようなインク
ジェット記録装置を構成することができる。

第４図は本発明の一実施例に係る記録ヘッド駆動制御
系および温度検出系を示すブロック図であり、この記録
ヘッド駆動の制御系は記録ヘッドの各吐出ヒータを記録
データに応じて駆動制御するために設けられたものであ
る。

なお、センサ２およびヒータ５に結合した各部は、装
置本体のコントロールボード等に設けておくことがで
き、端子４よりケーブル16を介して接続すればよい。

11は第５図または第６図につき後述する処理手順を実
行するマイクロコンピュータ形態のCPUであり、その処
理手順に対応したプログラム等固定データを格納したRO
M、および上記処理のワークエリアとして用いられるRAM
を有する。CPU11は、本例に係る吐出ヒータと温度セン
サの動作特性を検査するための処理を実行し、また、第
２図示の装置の主制御部として兼用される。

2Aは温度センサ２に対して通電を行って検出値を取出
し、CPU11に適合する信号に変換を行う入力部である。
また、5Aは記録データに応じ選択的に吐出ヒータ５への
通電を行うためのヘッドドライバである。

第５図は本発明の一実施例を示す処理手順のフローチ
ャートであり、本処理は電源ON時に起動される予備吐出
動作に係る処理と関連させて行なわれるものであり、吐
出ヒータ５および温度センサ２が適正なものか否かを検
査するための処理である。

ステップS50で記録装置の電源ONを検知すると、ステ
ップS51予備吐出のためにヘッドドライバ5Aを駆動し吐
出ヒータ５へ通電を行なう。次に、ステップS52で温度
センサ２の検出値を読取り、ステップS53において、こ
の読取った値をRAMに記憶した所定の温度範囲と比較
し、その範囲内にあるか否かを判断する。

ステップS53で肯定判断であれば、すなわち吐出ヒー
タ５および温度センサ２が適正な動作特性を示すものと
判断するとステップS54へ進み記録動作可能を示すフラ
グを立てて本処理を終了する。

ステップS53で否定判断であれば、吐出ヒータ５また
は温度センサ２が適正なものではないと判断し、ステッ
プS55で記録動作不可を示すフラグを立てて本処理を終
了する。

第６図は本発明の他の実施例を示す処理手順のフロー
チャートであり、第５図に示した処理と同様吐出ヒータ
５および温度センサ２が適正なものか否かを検査するた
めの処理である。

ステップS60で第２図に示す記録装置の電源ONを検知
すると、予備吐出を行なう前にステップS61で温度セン
サ２の検出値を読取り１回目の温度検出を行ない、ステ
ップS62でこの検出値を第４図に示すRAMの所定の部位に
記憶する。その後、ステップS63で予備吐出のためにヘ
ッドドライバ5Aを駆動して吐出ヒータ５に通電し、この
通電後ステップS64で温度センサ２による２回目の温度
検出を行ない、ステップS65でこの値を１回目と同様RAM
に記憶する。

次にステップS66において、上記１回目と２回目との
温度検出値から、この間の温度変化を演算し、ステップ
S67でこの温度変化の値が所定範囲内にあるか否かを判
断する。

以下、第５図に示した処理と同様、ステップS67にお
ける判断に応じて、ステップS68またはステップS69にお
いて記録動作を可とするかあるい不可とする処理を行な
い本処理を終了する。

なお、記録動作を不可とした場合、この処理に伴なっ
てその旨を操作者に告知するようにしてもよい。

上記第６図に示した処理は、２つの時点の温度変化に
よって吐出ヒータおよび温度センサの適否を判断するた
め、第５図に示した処理よりも、より正確かつ柔軟に判
断を行なうことが可能となる。

以上説明したように、第５図または第６図に示す処理
によって吐出ヒータおよび温度センサが装置本体側にと
って適切なものか否かが判断される。すなわち、インク
ジェット記録ヘッドの電気熱変換素子や温度センサは記
録ヘッドの特性を顕著に表わす要素であり、この動作特
性を調べることにより、個々の記録ヘッド装置本体に相
対した適否を判断することが可能となる。

なお、上記処理における予備吐出のためのヘッドドラ
イバ駆動時間ろ、検出される温度または温度変化を判断
するための所定範囲は、ヘッドの仕様、例えば電気熱変
換素子の数や密度によって変化させるものは勿論であ
り、また、第２図に示すようにヘッドカートリッジが２
つ装着される場合は全てのヘッドカートリッジについて
上記処理を行なう。

なお、上記実施例では温度センサとして薄膜抵抗体を
用いたが、これに限るものではなく、ダイオード，トラ
ンジスタ等の機能素子をヒータボード上に例えば造り込
み、この機能素子の温度特性を利用して温度検出しても
よい。

第８図，第９図にこの実施例を示す。

第８図は本発明の他の実施例に係る温度検出部の断面
図であり、この温度検出部はダイオードを５個直列に結
合して構成される。図において、101はAl電極配線であ
り、ダイオード103a〜103eのＰ領域およびＮ領域に接続
し、各ダイオード間の直列結合および入出力に供され
る。102はSiO₂で形成され、ヘッド基板123の上面に配さ
れる絶縁層であり各電極間の絶縁を行なう。５個のダイ
オード103a,103b,103c,103d,103eは、Al配線101によっ
て直列結合をなす。

第９図は第８図に示した構成の等価回路を示す。当図
に示されるように、ダイオード103a,103b,103c,103d,10
3eにおける順電圧降下をそれぞれ、V_Fa,V_Fb,V_Fc,V_Fd,V
_Feとすると、全体の順電圧降下V_Fは、V_F＝V₁−V₂＝V_Fa
＋V_Fb＋V_Fd＋V_Feとなる。

このとき、この回路に流れる電流値を一定にすれば順
電圧降下は温度のみの関数となり、電圧降下を測定する
ことによって温度を検出することができる。

なお、上記温度センサを構成するダイオードの数は５
個に限定されるものではなく、適切に温度を検出できる
構成であれば何個であってもよい。

［発明の効果］ 以上の説明から明らかなように、本発明によれば、予
め電気熱変換素子としての吐出ヒータと、温度検出素子
としての温度センサとの動作特性が検査され、この結果
によって装着された記録ヘッドの装置本体に相対した適
否が判断される。

この結果、新たな記録ヘッドを装着したり、同一の記
録ヘッドを再装着した後、記録動作を開始する前に装着
された記録ヘッドが装置本体にとって適切なものかが判
断されるため、不適な記録ヘッドが装着されたことによ
る画質の劣下ら装置への悪影響を未然に防止することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係るインクジェット記録ヘ
ッドの外観斜視図、 第２図は第１図に示した記録ヘッドが装着されるインク
ジェット記録装置の斜視図、 第３図（Ａ）および（Ｂ）は、第１図および第２図に示
したインクジェット記録ヘッドを構成するヒータボード
の平面図およびその部分拡大図、 第４図本発明の一実施例に係る記録ヘッド駆動制御系を
示すブロック図、 第５図および第６図は本発明の一実施例を示す処理手順
のフローチャート、 第７図はインクジェット記録ヘッドの一般的な主要部構
成を示す分解斜視図、 第８図は本発明の他の実施例にかかる温度検出部の構成
をダイオードアレイの断面図、 第９図は第８図に示す構成の等価回路図である。 ２……温度センサ、 2A……入力部、 ５……電気熱変換素子、 5A……ヘッドドライバ、 ８……保温ヒータ、 11……CPU、 14……ヘッドカートリッジ、 27……ヒータボード。

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】インクを吐出するための吐出口と、該吐出
   口から前記インクを吐出するために利用されるエネルギ
   ーを発生する電気熱変換素子と、温度を検出するための
   温度検出素子とを有する記録ヘッドと、 該記録ヘッドを着脱自在に保持する保持手段と、 該保持手段による装着時に、前記電気熱変換素子に所定
   の加熱を行ない、当該加熱による前記温度検出素子の値
   を検出し、当該検出された値に基づき前記記録ヘッドの
   適否を判別する処理を行う記録ヘッド検査処理手段を有
   する装置本体と を具えたことを特徴とするインクジェット記録装置。
2. 【請求項２】前記記録ヘッド検査処理手段は前記温度検
   出素子および前記電気熱変換素子を用い、前記記録ヘッ
   ドを駆動する駆動制御手段および前記記録ヘッドの温度
   を制御するための温度検出手段を兼ねることを特徴とす
   る請求項１に記載のインクジェット記録装置。
3. 【請求項３】請求項１に記載のインクジェット記録装置
   を構成する記録ヘッド。