JP3605098B2 - インクジェット記録装置およびインクジェット記録装置の制御方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体を噴射して文字や画像を記録（プリント）する液体噴射装置に用いられる液体噴射ヘッド及び素子基板に関するものである。特に機能素子を有する液体噴射ヘッド、このヘッドに用いられる素子基板及びこれを使用した液体噴射装置に関するものである。ここで、「記録」とは記録される画像の意味の有無に関係なく、布、糸、紙、シート材、皮革等の被記録媒体へのインクの付与を含むものである。
【０００２】
【背景技術】
吐出液体としてインクを用いたインクジェット装置がその使い易さから広く用いられている。
【０００３】
そのようなインクジェット装置は、インク液滴を噴射するインクジェットヘッド（図４０）と、このインクジェットヘッドに供給するインクを溜めたインクタンクＩＴとを有している。そして、インクジェットヘッドは、インクを吐出するための吐出口と、この吐出口に連通し、インクを吐出するための吐出エネルギー発生素子（発熱素子や圧電素子等）が設けられたインク流路と、この吐出エネルギー発生素子が設けられた素子基板とを有している。
【０００４】
このようなインクジェット装置においては、記録時に使用できるインクがなくなると当然記録を行うことができなくなるが、このような場合記録が行われない状態が被記録媒体上に画像として現れるため、従来のインクジェット装置では、インク不足を検出することは、コスト等の面から行われていないものがほとんどであった。
【０００５】
インク不足を電気的に検出する構成を有する装置に採用されている方法は、例えば、インクタンク内に２個の電極を有し、電極間の電気抵抗でインクの有無を検出するものである。あるいは、インクタンク近傍に光学センサを配しインクタンクを通る光の透過率でタンク内の有無を検出するものである。
【０００６】
一方、インクを吐出して記録を行うインクジェット装置を記録を行わないまま長時間放置した場合、インクの濃度が変化してしまい、インクの安定した吐出が得られない虞れがある。
【０００７】
また、上述の図４０で示されるようなインクジェットヘッドで、インクタンクからノズルにインクを供給する際にインク流路３０６やインク溜り３０５に気泡が発生、成長する場合がある。その気泡がインクのリフィルと共に移動してノズル３０２に到達するとインクタンクにインクがあるにもかかわらず、インク落ちと呼ばれる不吐出、プリントとしてはドット落ちである不良印字となる。この不吐出による不良印字は画像の低下を招くと共に再印字を行う場合には、時間のロス、紙のむだを産む。また、ヘッドにもダメージを与え、印字品位を劣化してしまう。
【０００８】
この対策として、印字前に定期的に、ノズルからインクを吸引する自動回復を行うことでインク落ちを防止している。しかしながら、この場合、定期的にノズルからインクを吸引することにより、不吐出に至らない場合でもインクを吸収してしまい、印字に寄与しない不要なインク量が増え、印字１枚当たりのランニングコストが非常に高くなる。また、吸引されたインクは、プリンター本体にストックされることになるが、この排インク溜めが、小型、軽量化を妨げている。
【０００９】
また、上述のインクジェットヘッドを構成する素子基板の内、吐出エネルギー発生素子として発熱素子を用いる素子基板として、一列に配列された複数の発熱素子と、該発熱体と１対１で対応して該発熱体を画像データに応じてそれぞれ駆動させるドライバーと、直列に入力される画像データを前記各ドライバーに並列に出力する前記発熱素子と同一ビット数のシフトレジスタと、該レジスタと、該シフトレジスタから出力されるデータを一時記憶するラッチ回路とを同一基板上に設けられた素子基板も開発されている。このような同一基板上に設けられたプリントヘッド素子基板は、シリコン基板にＢｉ−ｃｍｏｓと呼ばれるバイポーラトランジスタとｃ−ｍｏｓトランジスタの混在するＩＣ上に発熱素子を形成してプリントヘッド素子基板をなす。
【００１０】
上記プリントヘッド素子基板を用いたヘッドの内部等価回路図を図４１に示す。図４１において、１０１は一列に配列された発熱素子であり、１０２はパワートランジスタである。１０３はラッチ回路であり、１０４はシフトレジスタである。１０５はシフトレジスタを動かすためのクロックであり、１０６は画像データ入力部である。１０７はパワートランジスタ１０２のオン時間を外部から制御するためのヒートパルス幅入力部であり、１０８はロジック電源。１０９はＧＮＤ。１１０は発熱体駆動電源（ＶＨ）である。
【００１１】
このヘッドを有するプリンターでは、画像データが画像データ入力部１０６からシフトレジスタ１０４に直列（シリアル）に入力される。その入力データは、ラッチ回路１０３において一時記憶され、その間にヒートパルスが１０７から入力されると、パワートランジスタ１０２がオン状態となり、発熱体１０１が駆動され、駆動された発熱体１０１のインク流路中のインクが加熱され、吐出口からインクが吐出しプリントが行われる。
【００１２】
図４２に上記プリントヘッド素子基板の断面図を示す。
【００１３】
Ｐ導電体のＳｉ基板２０１にＡｓなどのドーパントをイオンプランテーション及び拡散の手段により導入し、Ｎ型埋込層２０２を形成し、上層にＮ型エピタキシャル層２０３を形成する。さらに、２０３にＢ等の不純物を導入し、Ｐ型ウエル領域２０４を形成する。その後、フォトリソグラフィと酸化拡散及びイオンプランテーション等の不純物導入を繰り返してＮ型エピタキシャル領域にｐ−ｍｏｓ２５０、Ｐ型ウエル領域にｎ−ｍｏｓ２５１が構成される。２５０及び２５１は、それぞれ厚さ数百Åのゲート絶縁膜２０８を介してＣＶＤ法で堆積したポリシリコンによるゲート配線２１５及びＮ型あるいはＰ型の不純物導入したソース領域２０５、ドレイン領域２０６で構成される。
【００１４】
以上のｍｏｓトランジスタにより１０３、１０４のロジック部が構成される。
【００１５】
また、発熱素子のドライバー１０２となるＮＰＮ型パワートランジスタ２５２は、やはり不純物導入及び拡散等の工程によりＮ型エピタキシャル層中に、コレクタ領域２１１、ベース領域２１２、エミッタ領域２１３等で構成される。
【００１６】
また、各素子間は、フィールド酸化により、酸化膜分離領域２５３を形成し素子分離されている。このフィールド酸化膜は、発熱素子２５５下においては、一層目蓄熱層２１４として作用される。
【００１７】
各素子が形成された後、層間絶縁膜２１６がＣＶＤ法でＰＳＧ、ＢＰＳＧで堆積され、熱処理により平坦化処理等されてからコンタクトホールを介し、一層目アルミ電極２１７で配線がされている。その後、プラズマＣＶＤ法によるＳｉＯ等の層間絶縁膜２１８を堆積し、更にスルーホールを介して、ヒーター層２１９と二層目アルミ電極２２０を形成している。
【００１８】
保護膜２２１は、プラズマＣＶＤ法によるＳｉＮ膜が形成されている。最上層には耐キャビテーション膜２２２が、Ｔａ等で堆積され、パッド部２５４を開口して形成している。
【００１９】
ここでは、パワートランジスタをバイポーラトランジスタで構成したが、ｍｏｓＦＥＴで形成されている場合もある。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の背景技術においては、次のような解決すべき課題があった。
【００２１】
電極を用いた上述のセンサは、電極とインクの化学反応のため、特に長期保存時に電極表面が劣化してしまい、検出精度が悪くなる虞れがある。また、インク自体も劣化する場合があり、記録品位が悪くなる虞れがある。
【００２２】
また、インクタンクに電極やその他の検出手段を付加した方法では、記録ヘッドの記録を制御する制御信号とは別に検出信号を記録装置に送る部分を付加する構造のため、コストアップを生じる。
【００２３】
また、インクタンク交換式の記録装置でインクタンクのインクが終了し、新たなインクタンクと取り換える場合、インクタンクに付加した検出手段をも取り除いてしまうことになり、ランニングコストのアップが生じてしまう。
【００２４】
また、インクタンク近傍に位置するように記録装置側に光学センサを配した方法でも、記録ヘッドの制御信号とは別に検出信号を記録装置の制御回路に送る部分を付加する構造のため、コストアップになってしまう。
【００２７】
さらに他の目的は、複数ヘッドの相対的な位置検出を正確に行なうことを目的としている。
【００２８】
【課題を解決するための手段】
上述のような目的を達成するためのインクジェット記録装置の主たる要件は；インクを吐出する吐出口と、該吐出口に連通しインクを吐出するための吐出エネルギー発生素子に対応して設けられたインク流路と、前記吐出エネルギー発生素子が設けられた素子基板と、この素子基板上に設けられた発光素子もしくは受光素子とを有する複数のインクジェットヘッドと、前記複数のヘッドを搭載するキャリッジと、キャリッジ外の装置本体内に配され、前記素子基板上に設けられた発光素子もしくは受光素子に対応して設けられた受光素子もしくは発光素子と、前記夫々のヘッドの前記素子基板に設けられた前記発光素子もしくは受光素子とを用い、キャリッジを走査して一方に設けられた発光素子からの光を他方に設けられた受光素子で検知することで、各ヘッドの相対位置を検出する検出手段と、
前記検出手段の検出結果に応じてインクの吐出タイミングを補正する手段とを有するものである。
【００２９】
更に、上述の目的を達成するためのインクジェット記録装置の制御方法の主たる要件は；インクを吐出する吐出口と、該吐出口に連通しインクを吐出するための吐出エネルギー発生素子に対応して設けられたインク流路と、前記吐出エネルギー発生素子が設けられた素子基板と、この素子基板上に設けられた発光素子もしくは受光素子とを有する複数のインクジェットヘッドを用いて記録を行なうインクジェット記録装置の制御方法であって、前記夫々のヘッドの前記素子基板に設けられた発光素子もしくは受光素子と、キャリッジ外の装置本体内に配され、前記素子基板上に設けられた発光素子もしくは受光素子に対応して設けられた受光素子もしくは発光素子とを用い、前記複数のヘッドを搭載するキャリッジを走査して、一方に設けられた発光素子からの光を他方に設けられた受光素子で検知することで、各ヘッドの相対位置を検出する工程と、前記検出手段の検出結果に応じてインクの吐出タイミングを補正する工程とを有するものである。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下の実施例で説明するインク有無とはインクが有る状態と、全く無い状態だけを示すのではなく、インクが有る状態と、インクが使用に際し不十分な程度の量になっている状態をも表している。
【００３３】
また、受光素子、発熱素子、機能素子等を設けた「素子基板上」とは、素子基板の上だけでなく、素子基板の表面近傍内部をも含めて表している。
【００３４】
（実施態様１）
図１は、後述する本実施例に適用される実施態様１の記録ヘッドの断面図である。また、図２はＳｉで構成された素子基板３とＰＣＢ１５の上面図である。
【００３５】
記録ヘッド１は、アルミニウムを主材料としたアルミ支持体２をベースとして、この支持体上にシリコン基板構成され電気回路を含むインク噴射制御基板部である素子基板３とプリントサーキトボード（ＰＣＢ）１５と接着剤で固定して形成されている。素子基板３には、インク噴射時に発熱によりインクを噴射するための吐出エネルギー発生素子としての発熱抵抗素子４と、光学素子である受光部１８があり、発熱素子４と受光部１８は、酸化シリコンからなる保護膜５で被われておりインクとは直接接触しない構造となっている。このように、受光部１８は発熱素子４を含むインク噴射制御部と同一チップ上にある。これにより、記録ヘッドの生産工程は、特別に受光部を作るための特別の工程を必要とせず、従来と同一の製造プロセスで、すなわち、ほとんどコストアップすることなく容易に生産される。受光部は、少なくとも１個あればよいが、ここでは、記録ヘッドの複数液流路に対応した共通液室内の両端に１個づつ合計２個の受光部１８が配置されている。また、受光部のそれぞれに対応した２個の発光部が記録ヘッド１を搭載する装置内に予め配置されている。
【００３６】
記録動作時のインク液滴は、吐出口１６から噴射する。噴射したインクは、図１で記録ヘッドの右側に接続されるインクタンクからインク流入部１０とインク供給路１４とインク流路を構成する共通液室１１を通して圧力室を有し、インク流路を構成するインク細流路１２に供給される。吐出口１６とインク細流路１２は全部で２５６個づつあり、図では紙面と直交する方向に３６０ｄｐｉの密度で配置されている。共通液室１１の高さｘは約３ｍｍである。
【００３７】
端子８からの信号はＰＣＢ１５内の配線とボンディングワイヤー７を通してＳｉ基板３の電気回路に送られる。ここで多数ある吐出口のそれぞれの吐出口に対応したインク噴射信号に変換される。
【００３８】
図１で、記録ヘッドの素子基板に対する上部構成は、比較的光に対し透明度の高い材料であり、比較的薄い部分を光透過部、即ち光源及び受光素子夫々に対する対向領域としている。この材料としては対インク特性の良好な材料が良く、特に本例ではポリサルフォンからなる天板部９としている。
【００３９】
ここで、発光部であるＬＥＤ１３は、不図示の駆動回路によって通電すると発光し、光が記録ヘッドの天板部９と共通液室１１内のインクを通過して受光面積が約１２００μｍ角のフォトダイオードである受光部１８に入射する。センサは入射した光量に依存した光電流Ｉｓｈを発生する。受光部１８からの信号はボンディングワイヤー７とＰＣＢ１５と端子８を通して、記録装置に送られ、記録装置の検出回路で検出信号に変換される。
【００４０】
発光部としてのＬＥＤからの光は、出力光のピーク波長が約９００ｎｍである赤外波長領域の光である。また、受光部も感度特性のピーク波長が約９００ｎｍである素子である。このように発光部と受光部の波長特性を近くすることによって最も効率よくインクを検出することが可能である。このように、可視光領域を外している波長のため、外部からの可視光による外乱光を受けにくく、結果としてより高精度の判定情報を得ることが可能である。
【００４１】
しかしながら、発光部１３の出力が十分であり、または、受光部の感度が十分であれば、特に波長特性を一致させることはなく、例えば発光部を白熱球等にしてもよい。この点は、各状況に応じた設計事項である。
【００４２】
また、受光部に入射する光量が少ない場合、増幅部をも受光部近傍に設けることによって記録ヘッドからの検出信号を外部からの電気的ノイズに対して良好な状態にすることが好ましい。尚、この場合受光部と共に、増幅部をも素子基板に設けることで、ヘッドのコンパクト化を図ることができる。
【００４３】
図３は、本発明の記録ヘッドを装着した記録装置の構成図である。また、図４は、本発明の記録ヘッドを装着した記録装置の駆動ブロック図である。
【００４４】
ＣＰＵは、中央演算装置で、記録装置のプログラムを格納したＲＯＭや一時的にデータを記憶するＲＡＭを備えており、以降の実施例における各検出を行うための制御手段をも兼ねている。
【００４５】
キャリッジモータはキャリッジモータ駆動回路で記録ヘッドを主走査方向に図では左右に移動させる。
【００４６】
ラインフィードモータ３１はプラテン２２を駆動し、被記録媒体２３を副走査方向に移動させる。
【００４７】
記録データはインターフェースフェイス部であるＩ／Ｆを通して外部から入力される。記録データは、ヘッド駆動回路を通して記録ヘッドを駆動してインク液滴を適時噴射する。
【００４８】
キャッピング手段は、記録ヘッドがキャッピング手段３５にくると記録ヘッドの先端をキャップするように移動する。
【００４９】
インク受けは、必要に応じてインク受け３４付近を記録ヘッドが通過した時にインクを噴射させ、そのインクを受け止める。
【００５０】
発光部３２は発光部駆動回路によって駆動される。また、受光部に入った光は受光部検出回路によって電気信号に変換され、ＣＰＵに送られる。
【００５１】
光シールド３３は、発光部３２からの光に外乱光がまざり受光部に入射するのを防止する役目をする。
【００５２】
上述のようなインクジェットヘッドと装置を用いて行うインク残量検出のシーケンスを図５を用いて説明する。
【００５３】
通常、記録ヘッドはキャッピング手段の位置にあり、記録データが入力される（Ｓ５１）と記録媒体のある方向に向かう（Ｓ５２）。途中、インク受けの前で、全ノズルからインクを数十ないし数百回噴射させる（予備吐出動作：Ｓ５３）。つづいて発光部の前にくると（Ｓ５４）、発光部から記録ヘッドに向けて光を発する（Ｓ５５）。この時、記録ヘッドの受光部に入射した光を受光部検出回路が検出する（Ｓ５６）。もしインクが共通液室内に無いと判断されれば、記録ヘッドをキャッピング位置に戻し（Ｓ５８）、表示器群のインクエラーを表示する（Ｓ５９）。これによりユーザにインク無しを知らせ、記録動作を停止する。また、もし、インクが有ると判断されれば、通常の記録動作をする。
【００５４】
図５のシーケンスでは、インクが共通液室内に無いと判断した後、インクエラーを表示したが、図６で示すように、吸引動作（Ｓ６８、Ｓ６９）を行ってもよい。
【００５５】
ここでは、インク無しの場合、キャッピング動作で停止するとしたが、例えば、吸引手段を有し、吸引動作してから通常の記録動作に移ってもよい。
【００５６】
図７は、受光部検出回路である。センサ：１８に光が入るとセンサであるフォトダイオードの光電流Ｉｓｈは演算増幅器を含む電圧変換部７１によって電圧変換され、Ｉｓｈ×Ｒｆ＝−Ｖｏｕｔとなる。Ｖｏｕｔ出力信号の絶対値である。電圧に変換された出力信号はＡ／Ｄ変換部でデジタル信号である検出信号に変換され、記録ヘッドの共通液室内のインクの有無が判断される。Ａ／Ｄ変換部７２は通常、コンパレータであり、Ｖｏｕｔが特定レベルＶｔｈより大きい信号か否かで、インクの有無が判断される。
【００５７】
図８は、電圧変換部の出力であるＶｏｕｔの例である。ａは、記録ヘッドの共通液室１１にインクが充満している場合で０に近い。ｂは、共通液室１１にインクがない場合であり、Ｖｔｈより大きい電圧値となる。
【００５８】
尚、２つのセンサからの出力信号により、両者がインク有と判断されると、インク有、一方でもインク無しの場合は、インク無しと判断した方がよい。
【００５９】
このように、記録ヘッドの共通液室１１内のインクの有無が簡単に判断され、もし、インク無しが検出されると、記録装置は、インク切れと判断し、警告を発する。また、次の記録動作をさせない、回復動作を行う等の処理動作をする。
【００６０】
インクの量を検出する場合はＡ／Ｄ変換部のＡ／Ｄコンバータからのデジタル出力値によってインクが共通液室内に存在する量を測定すればよい。
【００６１】
図９は、シアンインクの共通液室内のインク存在率（％）に対するセンサの出力電圧Ｖｏｕｔの関係を示す。
【００６２】
ＶｏｕｔのＡ／Ｄ変換処理により、Ｖｏｕｔを測定しインクの存在率を知ることが可能である。本実施例のインクジェットヘッドのように複数のセンサを有する場合には、それぞれのセンサーの出力の平均値が平均的なインクの存在率となる。
【００６３】
ここで、インク切れは、インクタンクのインクがなくなり供給されない場合、また、インクがあるのに何等かの不具合でインクが記録ヘッドに供給されない場合、の２通りのケースがありうる。
【００６４】
（実施態様２）
正面投光
実施態様１では、光を記録ヘッドの横側である天板側から照射した場合の例を示した。これに限定されるものでなく、光を吐出口のある正面側から入力してもよい。
【００６５】
図１０は、光を記録ヘッドの正面である吐出口面から照射した場合の例である。これは特に、複数の記録ヘッドを隣接して配置する場合に有効である。光は、吐出口の中や天板と共通インク室を通してセンサに達する。
【００６６】
ここで、白色板１７はＬＥＤから記録ヘッドに照射された光が天板部９から記録ヘッドの外部に漏れないよう反射させ効率よくセンサ１４に入射するための役割をする。これは特に白い色の板に限定されるものではなく、光学センサの感度がよい波長領域を反射しやすい材料であればよい。特に、鏡のような反射効率のよいものが最もよい。
【００６７】
光の照射とインクの検出は、非記録動作時に行う。例えば、主走査と副走査のあるシリアルプリンタにおいては、１主走査の記録が終了し、次の主走査の記録が開始するまでの間に行う。
【００６８】
この場合、天板部の形状は、正面からの光がセンサに集光しやすくなるような形状とすることが望ましい。
【００６９】
（実施態様３）
オンチップ発光部
実施態様１では、発光部であるＬＥＤを記録ヘッドの外部の記録装置側に配置し、受光部を記録ヘッドの素子基板上に配置する例を示した。これに限定されることなく、発光部のみを記録ヘッドの素子基板上に配置してもよい。
【００７０】
図１１は、発光部１３を素子基板上に設けた例である。素子基板上には発光部が設けられており、発光した光は、共通液室１１と天板部を通して記録ヘッドの外部に配置された受光部１８で受光される。
【００７１】
素子基板側に受光素子を設ける実施例１では受光部に入射する光量が少ない場合に、受光部近傍に増幅アンプを設けたりする必要があった。そしてその場合、増幅アンプは記録ヘッドの素子基板上に増幅アンプを設けるための面積が必要であった。素子基板の面積の増加分は、そのままコストアップになる。これに対し、発光部を素子基板上に設けた本実施例では、発光部を素子基板上に設けるだけでよく、コストアップをまねくことはない。また、受光部は記録ヘッドの外部に設けた検出回路で検出でき、この外部の検出回路は、通常の電気回路部品で作成されるため、コストアップにはならない。
【００７２】
（実施態様４）
オンチップＬＥＤ
実施態様１では、発光部であるＬＥＤを記録ヘッドの外部に配置し、受光部を記録ヘッドの内部に配置する例を示した。これに限定されることなく、発光部をも記録ヘッド内部に配置してもよい。
【００７３】
図１２は、発光部１３と受光部１８とも素子基板上に設けた例である。素子基板上には発光部１３と受光部１８の両者が配置される。この方法によると、発光部からの光は天板部で反射して受光部に入射するため、天板部に光の透過性の良い部材を用いなくてもよい。また、天板部の厚さや材料の不均一性に起因した検出精度のばらつきは少なくなり、更に検出精度が向上する。
【００７４】
（実施態様５）
液室分離ヘッド
実施態様１では、１つの記録ヘッドで１色のインクを記録するヘッドの構成の例を示した。これに限定されることはなく、例えば、１つの記録ヘッドで４色のインクを記録するヘッドの構成でもよい。
【００７５】
図１３は、１つの記録ヘッドで４色のインクを記録できるヘッドにインクセンサを設けた記録ヘッドの上面図である。
【００７６】
インクは、Ｙ：イエロー、Ｍ：マゼンタ、Ｃ：シアン、Ｋ：ブラックの４色のインクを使用している。各色の共通液室に１個づつ計４個のセンサが設けられている。発光源のＬＥＤは、図１０のように吐出口の先端側に１個ある。
【００７７】
（参考技術１）
濃度検出
噴射すべきインクの濃度をも検出し、インクの経時変化等による劣化の不具合や、インクタンク交換式の記録装置でのインクタンクの誤挿入を検出する参考技術である。
【００７８】
例えば、Ｙ：イエロー、Ｍ：マゼンタ、Ｃ：シアン、Ｋ：ブラックの４色のインクを使用した記録ヘッドを１個づつ使用したカラー記録装置では、各色に対し万一異なるインクタンクを挿入してしまった場合、正常な記録は行われない。これに対し、センサで検出した信号に基づいて各インクの濃度を判別することによって、誤挿入を検出することが可能となる。
【００７９】
図１４は、各色のインクの有無を判断するためのＶｏｕｔ のレベルを示したものであり、縦軸はセンサの出力レベルの絶対値を示す。それぞれの色に対応した電圧の範囲内であれば正常、そうでなければ異常と判断する。判断は、例えばＡ／Ｄ変換部をＡ／Ｄコンバータとして電圧比較することによって行われる。
【００８０】
Ｋインクのレベルは、ゼロレベルに近く、次にＣインク、Ｍインク、Ｙインクの順となっている。インク無しではより大きい出力レベルとなる。斜線部は各インクの存在するレベル範囲を示す。現実には、多少のインク濃度のバラツキ、天板部の加工精度のバラツキ等があるため、このような範囲となる。
【００８１】
一般的には、光の透過性はＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋの順に良いため出力レベルの絶対値はＫ、Ｃ、Ｍ、Ｙの順に大きくなる。
【００８２】
ここで、使用するインクの色材である染料または顔料の濃度によっては、Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙの各出力レベルにオーバーラップが生じる場合がある。このような場合には、共通液室の高さや、天板部の厚さや色によってそのオーバーラップがないようにし最適化することが望ましい。
【００８３】
インク濃度の検出は、例えば、長期保存後の濃度が高くなりすぎたインクを検出することも可能である。万一このような劣化したインクが記録ヘッドに供給されると検出し、記録装置は異常を表示する。
【００８４】
図１５は、Ｙインクの染料濃度に対するＡ／Ｄ出力の例を示す。共通液室：１１の高さであるインク厚さは３ｍｍの場合である。出力は８ビットで最大２５５である。染料はダイレクトイエロー８６で、Ｙインクの主成分は水である。ここで、例えば、染料濃度を２．５％±０．２％以内が正常であるとすれば、出力レベルは１５６〜１６０の範囲の時が正常であると判断される。
【００８５】
（実施態様６）
複数センサ
実施態様１では、記録ヘッドに２個のセンサを有し、共通液室内のインク切れ或いは異常のための回復の必要性を検出する構成の記録ヘッドを示した。これに限定されるものではなく、例えば、２個、３個、或いは図１６で示すごとく吐出口毎に対応する２５６個のセンサを有してもよい。特に全吐出口に対応したセンサを有することは、各吐出口毎のインク切れを検出可能であり、特定吐出口だけにゴミがつまってインクが供給されない場合等のエラーを検出できる。この場合、例えば、つまった吐出口の両側の吐出口からは通常より大きいインクドロップレットを噴射させるよう制御（駆動パルスの印加時間の増加または電圧のアップ等）することによって、記録品位の劣化を最小限にできる。
【００８６】
（実施態様７）
レンズ付センサ
実施態様１では、発光素子であるＬＥＤからの光は、平板状の天板部と共通液室：１１を通過してセンサ：１４に入射していたが、天板の構造はこの限りではなく、レンズの構造を合わせもっていてもよい。この構成はより一層光学判定の精度を向上することができる。
【００８７】
図１７は、天板部がレンズ構造を持った構成の記録ヘッドの断面図を示す。レンズ：２０は凸レンズで、ＬＥＤからの光がセンサ付近に集光する焦点距離となっている。レンズは凸状ではなく平面状のフレネルレンズでもよい。
【００８８】
（実施態様８）
サイドシュータヘッド
実施態様１では、記録ヘッドの発熱素子が設けられた素子基板面の実質的に沿う方向にインクを噴射する構成の記録ヘッドの例を示したが、これに限定されるものではない。
【００８９】
図１８は、記録ヘッドの素子基板面とインク噴射方向とが実質的に直交する方向である構成の記録ヘッドの例を示す。インク液滴２１は吐出口１６から図で上方に噴射する。噴射したインク液滴２１はやがてプラテン２２に支えられた記録媒体２３に付着して記録される。発光部１３は、プラテンの横に配置される。記録ヘッド１は記録装置のキャリッジに支えられて、記録媒体２３に対し相対移動して記録動作する。
【００９０】
吐出口１６は図１８で紙面と直交する方向に１２８個並べられている。
【００９１】
（実施例１）
紙幅のセンス、ホームポジション（Ｈ．Ｐ）のセンス
これまでの例では、素子基板上に設けられた発光素子や受光素子を用いて記録ヘッド内のインクの有無や濃度を検出する例を示した。以下の実施例は、被記録媒体の有無、或いは更に、記録ヘッドのホームポジション位置を検出する構成及びシーケンスを説明する。
【００９２】
図１９は、記録ヘッド内に発光部１３と受光部１８を有し、被記録媒体の有無と記録ヘッドを移動するキャリッジのホームポジション位置とを検出する記録装置の例を示す。ここでは、被記録媒体の有無の検知と、ホームポジションの検知の両方を行う場合について説明するが、装置の構成としては、どちらか一方の機能を有するものでもよいことは言うまでもない。
【００９３】
この記録装置の被記録媒体搬送手段を構成するプラテンは光を反射しにくい材質または形状であり、本実施例では黒色のゴム部材である。被記録媒体は上述のプラテンに比べ光を反射しやすい白色である。また、ホームポジションマーカーも上述のプラテンに比べ光を反射しやすい白色である。
【００９４】
まず、ホームポジションＨ．Ｐシーケンスのフローについて説明する。
【００９５】
記録ヘッド１は図で左右に移動し記録動作を行う。ホームポジション位置（図中右側）に移動する（Ｓ２０１）。この時Ａの位置では発光部からの光は天板部９で反射され、共通液室１１を通過して、受光素子１８で検知される。発光部と受光部の位置がＡの位置からＢの位置に移動すると、Ｂの位置では、白色のホームポジションマーカー２４で反射した光も加わるため、受光部の光量はＡより増す。この増加分の有無を判断して（Ｓ２０２）、ホームポジション位置を検出する。ホームポジション位置では記録動作が終了するとキャッピング手段２５により記録ヘッドの吐出口をキャップする（Ｓ２０３）。
【００９６】
このようなシーケンスを行うことで、記録ヘッドのホームポジション検知を行うことができる。
【００９７】
次に図２１を用いて、被記録媒体の有無検出のシーケンスフローを説明する。
【００９８】
記録ヘッドがホームポジション領域Ｂにある時に受光素子によって受光量を測定し、受光量Ｂとして記憶する（Ｓ２１１）。
【００９９】
その後、記録ヘッドが記領域側に移動を行う（Ｓ２１２）。受光素子が受光量の減少を検出した場合（Ｓ２１３）、減少した受光量を受光量Ａとして記憶する（Ｓ２１４）。
【０１００】
その後、タイマーをスタートし（Ｓ２１５）、所定時間Ｔ１内に受光素子が受光量の増加を検出（Ｓ２１６）した場合には、被記録媒体有りと判断する（Ｓ２１７）。
【０１０１】
一方、所定時間Ｔ１内に受光素子が受光量の増加を検出（Ｓ２１６）しなかった場合には、被記録媒体無しと判断し（Ｓ２１８）、ホームポジションシーケンス（Ｓ２１９）を行う。
【０１０２】
また、次に図２２を用いて、被記録媒体の有無検出と被記録媒体幅検出のシーケンスフローを説明する。
【０１０３】
図２２におけるステップＳ２１１までは、図２１のステップＳ２１６までと同様であるので、ここでは説明を省略する。
【０１０４】
ステップＳ２２１で所定時間Ｔ１内に受光素子が受光量の増加を検出した場合には、増加した受光量を受光量Ｃとして記憶し（Ｓ２２２）、被記録媒体有りと判断すると共に、時間Ｔ２を計測するタイマーをスタートさせる（Ｓ２２３）。
【０１０５】
次に受光量の減少を検出（Ｓ２２４）がなされれば（Ｓ２２４）、その時の時間Ｔ２を計測し、これから被記録媒体の幅を算出する（Ｓ２２５）。
【０１０６】
一方、ステップ（Ｓ２２１）で受光量の増加が検出できなかった場合には、被記録媒体無しと判断し（Ｓ２２６）、ホームポジションシーケンス（Ｓ２２７）を行う。
【０１０７】
このようなシーケンスによって、被記録媒体の有無と被記録媒体幅の検出を行うことができる。
【０１０８】
（実施態様９）
素子基板温度測定
これまでの例では、記録ヘッド内のインクの有無や濃度を検出する例を示した。本実施例は、受光素子をフォトダイオードとし、素子基板の温度をも検出することが可能とするものである。
【０１０９】
図２３は、１つのダイオードが光学センサの役割だけでなく、温度検出をもする場合の検出回路部を示す。フィードバック抵抗Ｒｆの値は最適な値が選択される。
【０１１０】
このタイオード素子は、素子の温度に依存して、電流電圧特性が変化する特性を有している。また、このダイオード素子が素子に光が当たるか否かで電流電圧特性をもっている。そこで、この両方の特性を利用し、両特性を検出可能とした。
【０１１１】
例えば、図１の構成で、発光部１３をオフ、すなわち、受光部に光が入らない時の検出回路部の出力が素子基板の温度に対応した出力となる。この出力と予め分かっている温度との関係から素子基板の温度を検出することが可能となる。検出された温度のデータによって、例えば、高い温度ではインク噴射量が増加してしまうのを防止するよう記録ヘッドの駆動を制御したり、また、低い温度では、インク噴射量が減少してしまうのを防止するよう発熱体や他の温度上昇手段によって記録ヘッドの温度を上昇させる制御をする。
【０１１２】
インクの有無や濃度の検出は、発光部を発光させない時の出力と発光部を発光させた時の出力との差から判断する。
【０１１３】
受光素子をフォトダイオードとしてヘッドの温度及びヘッド内のインクの有無（及び残量や濃度）を検出する具体例を以下に示す。
【０１１４】
図２４（ａ）は、フォトダイオードを使用してヘッド温度を検出する回路を示す。
【０１１５】
図２４（ｂ）は、フォトダイオードを使用してインク有無を検出する回路を示す。また、図２５は、１つのフォトダイオードを使用してヘッド温度検出とインク有無検出とを切り替えて行う回路構成を示す。
【０１１６】
記録ヘッド内にはフォトダイオードが２個直列に設けられる。ヘッド温度検出回路は、フォトダイオードに約２００μＡの一定の電流を流し、その端子電圧Ｖ１を測定する。この時、発光素子は発光しない。Ｖ１は２５℃では約１．１５ｖで１℃につき約−４．３ｍｖの温度係数である。Ｖ１の測定で記録ヘッドの温度を検出できる。
【０１１７】
一方、インク有無検出回路は、フォトダイオードの起電流を測定する。フォトダイオードで受光された光量に応じて光電流Ｉｓｈが発生し、フィードバック抵抗Ｒｆと演算増幅回路により電圧Ｖ２を得る。光量が多いほどＶ２の絶対値は大きくなる。具体的には、Ｖ２＝−Ｒｆ×Ｉｓｈである。発光部がＯＮ時のＶ２とＯＦＦ時Ｖ２の差によりインクの有無、残量、濃度を検出することが可能となる。フォトダイオードが受光する光量によりＶ２の電圧が次段のＡ／Ｄコンバータ入力の最適な電圧になるように抵抗Ｒｆの値が選択される。
【０１１８】
図２５の切り替え部１と切り替え部２とはフォトダイオードの測定が、ヘッド温度検出なのかインク有無検出なのかにより、記録ヘッド内のフォトダイオードからの接続を記録装置の回路部のヘッド温度検出部かインク有無検出部かに切り替えて接続する。また、次段のＡ／Ｄコンバータに信号を送る。切り替え信号はＣＰＵから送られる。
【０１１９】
検出された各電圧Ｖ１・Ｖ２の信号は、Ａ／ＤコンバータによりＣＰＵへと伝えられ処理される。
【０１２０】
この例では、ヘッド温度検出部とインク有無検出部とが独立の回路とした。これは、ヘッド温度検出時のフォトダイオードに流す電流は、インク有無検出時に発生する光電流の１００倍以上であり、ヘッド温度検出時の検出回路ではインク有無検出を示す出力電圧の検出が困難なためである。
【０１２１】
しかし、センサの改良や、検出回路の改良により、これらの２つの回路は同一にすることは可能である。例えば、次段のＡ／Ｄコンバータの精度を向上することも１つの方法である。このようにして同一の回路で、ヘッド温度検出とインク有無検出とを行っても良い。
【０１２２】
（実施例２）
色間のレジ調整
これまでの例では、記録ヘッド内のインクの有無や濃度を検出する例を示した。これに対し、複数の記録ヘッドを有したマルチヘッド構成の記録装置では、各色間の着弾位置補正をも可能となる。
【０１２３】
図２６は、３個の記録ヘッドを使用した場合の例を示す。記録ヘッドは、Ｙ、Ｍ、Ｃの３色の記録用にそれぞれ１個ずつある。３個のヘッドのメカニカルな位置調整が完全であれば問題ないが、常に完全を保つ機構は一般に高価である。このため、各ヘッド間の配置ズレがあり、結果として記録された文字や画像にレジストレーションが発生する。
【０１２４】
そこで、３個が一体になった記録ヘッドユニットを一体にしたキャリッジを発光部に対して相対的に移動させて、その時の各色の受光部の受光量の変化から各ヘッドの相対位置差を検出する、位置検出動作を行う。この情報をもとに、記録動作時に、インク噴射タイミングを補正して、結果として、着弾位置の正しい、すなわちレジストレーションのない記録が行われる。
【０１２５】
具体的には、例えば主走査と副走査をしてなる記録方法での、主走査方向に一定速度でキャリッジを移動させ、記録ヘッドの位置検出動作が行われる。
【０１２６】
図２７は、位置検出動作時のキャリッジ位置に対する各ヘッドの受光部からの出力信号のレベルを示す。発光部と各色の記録ヘッドとの相対位置の出力レベルのピーク位置をキャリッジを主走査させながら出力レベルを検出することによって検出する。検出された相対位置は、記録装置内の記憶部に記憶され、記録動作時には、このデータに基づいて、各色の記録ヘッドからのインク噴射のタイミングを補正する。
【０１２７】
以下に、図２８を用いてヘッド間の位置ズレを調整しながら記録する１スキャン中のフローを説明する。なおこのフローは、図２６のヘッド、図２７の検出データに基づくものである。
【０１２８】
理想型では、ヘッド間ピッチ ｐｉｃｈＨ＝１８０画素であり、
Δ×１＝ｐｉｃｈＨ
Δ×２＝ｐｉｃｈＨ
である。１画素は７０．５６μｍ角である。
【０１２９】
測定結果が、 Δ×１＝ｐｉｃｈＨ−１ 画素
Δ×２＝ｐｉｃｈＨ＋２ 画素
であった場合を想定する。
【０１３０】
また、記録ヘッドは、記録動作領域側からホームポジション側にかけて、Ｃ、Ｍ、Ｙの順に配置されている。
【０１３１】
まず、ステップ（Ｓ２８１）でホームポジション（Ｈ．Ｐ）側から記録領域（Ｒ．Ｐ）側に記録ヘッドを移動する。記録開始位置であれば（Ｓ２８２）、シアン（Ｃ）を記録可能とする（Ｓ２８３）、次に通常より２画素分遅れた位置からマゼンタ（Ｍ）を記録可能（Ｓ２８４）とし、次に通常より１画素分先行した位置からイエロー（Ｙ）を記録可能とする（Ｓ２８５）。１スキャン分の記録が終了（Ｓ２８６）すれば記録ヘッド側に復帰（Ｓ２８７）する。このデータに基づいて、各色の記録ヘッドからのインク噴射のタイミングを補正する。
【０１３２】
（参考技術２）
フルラインヘッド
これまでの例では、記録ヘッド内のインクの有無や濃度を検出する例を示した。また、複数の記録ヘッドを有したマルチヘッド構成の記録装置では、各色間の着弾位置補正も可能である例を示した。
【０１３３】
さらには、他色を使用したフルラインヘッドのレジストレーション補正も可能である。
【０１３４】
図２９は、記録ヘッドのノズル数が３０００で、ノズルの配列密度が３００ｄｐｉで１直線状に配置されたノズルを有した記録ヘッドを４個使用し、記録媒体のみの搬送でＡ４サイズを記録するフルライン記録装置の例である。
【０１３５】
記録媒体は記録媒体搬送ベルトによって搬送される。このベルトには、一部に発光部があり、発光部はベルトと同時に移動する。記録動作時にはベルトで記録媒体を搬送する。
【０１３６】
ヘッド位置検出動作は、各記録ヘッドの位置関係を検出する。この動作では、記録媒体は搬送しない。発光部のみが記録ヘッドの下を予めわかっている速度で移動する。各記録ヘッドの下部に発光部がきた時、受光部に光が入射し、その最大値を示した位置が記録ヘッドの位置を示す。このようにして、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｂｋ各色の記録ヘッドの位置を正しく測定し、メモリーに位置情報を記憶する。
【０１３７】
記録動作時には、その位置情報に基づいて、各色ヘッドの駆動タイミングを合わせる。すなわち、レジストレーションを正しくする。これにより、多少の記録ヘッド間の位置ズレがあっても、正しく記録される。
【０１３８】
更には、各ヘッドには、両端に２個の受光素子を有し、また、対応するベルト位置には２個の発光部を有する。それぞれの受光素子からの検出信号により、記録ヘッドの記録媒体搬送方向に対する傾き角を検出し、記録動作時に補正された駆動タイミングで記録する。これにより、多少の記録ヘッドの傾きがあっても常に正しく記録される。
【０１３９】
図３０は別の例で、複数の記録ヘッドを有して１つのヘッドユニットを構成した例である。記録ヘッドには、１２個の吐出口と２個の受光部がある。記録ヘッドは、母材に固定されている。このような記録ヘッドが３００個で１つのヘッドユニットになっている。各記録ヘッドの有効吐出口は１０であり、残りの２個は、母材に対し記録ヘッドの位置がずれた場合に使用する吐出口である。各記録ヘッドの母材への固定位置精度の検出は、各記録ヘッドにある受光部で行われる。
【０１４０】
動作は、図１９の場合と同様である。例えば特定の記録ヘッドが１吐出口分左にズレた場合には、これを補正するように使用する吐出口を選択して使用する。
【０１４１】
（実施態様１０）
近年異なるヘッドを単一の装置に対して交換可能にして、異なるヘッドによる記録を行うものや、異なるインクを有するヘッドを装置に用いることで、画質の向上や多値化を行うものが提案されたり、実施されている。
【０１４２】
このように、異なる特性を有するヘッドに対して、そのヘッドの装置への装着を判定したり、残量インクを判定するにあたって、上記実施例のような発光素子や受光素子のような素子の特性を異なる特性のヘッド毎に異ならせておき、その判定基準を装置側がもつことによって容易に行うこともできる。
【０１４３】
このような装置のブロックを図３１を用いて説明する。
【０１４４】
装置のインクジェット（Ｉ／Ｊ）ホルダーには、異なる条件を持つヘッド（Ｉ型、ＩＩ型）が交換可能に搭載される。
【０１４５】
それぞれのヘッドには、光学用機能素子の他に、吐出口の数や駆動電圧等のヘッド条件を持つメモリー手段が設けられている。
【０１４６】
これらのヘッドが装置のインクジェットホルダに装着された時にＩＤ入力手段を兼ねる光学情報入力手段によって上述の条件が読み取られ、この条件に基づいて、光学センサによる読み取り条件の判定基準が判定手段によって設定される。
【０１４７】
（実施態様１１）
上述の実施例においては、図３２で示されるように、受光素子であるフォトセンサーを発熱素子の両端に２ヶ設けているが、より高い感度を得ようとすると前述のようにその分基板占有面積を大きくしなければならず、ヘッドのコストアップになるものであった。ここで、４０１はセンサーアノード電極、４０２はカソード電極、４０３はセンサーのディテクター部である。４０４は発熱素子、４０５は発熱素子を１１０ＶＨと１０２駆動トランジスタとの配線部、４０６は外部とのコンタクトパッド、４０７は１０３と１０４のロジック回路部、４０８はトランジスタ、４０９はＧＮＤ配線、４１０はＶＨ配線、４１１はアセンブリ位置合わせマーク、４１２は温度調整用サブヒーター、４１３は発熱素子への印加パワーを設定するためのランクヒーターである。更に、図３２のようなセンサー配置では、センサーは発熱素子の両端であるため、共通液室内の泡の全体をセンシングしていなかった。４１４は、素子基板上にインクが存在する範囲、つまり３０１のノズルと３０５の液室下と外部との境界である。
【０１４８】
一方、半導体フォトセンサーは、図３３のように短波長側の感度が高くなく、カラーヘッドの場合特にイエローインクのセンシングが他の色のインクに比べて難しい。
【０１４９】
本実施態様では、ヘッド基体の半導体部であるロジック部とトランジスタ部以外の発熱素子と配線周辺下の基板をＰＮ接合であるフォトセンサーとすることで、インク液面化のほぼ全域にディイクター部を形成することができた。更にアルミ配線にピンホールとスリットを入れることで配線抵抗を落とさずディイクター面積をあげることができた。
【０１５０】
図３４は、一般的なフォトセンサーの断面図である。６０１はセンサー検知部であり、６０２はＮ型コレクタ埋込領域であり、６０３はＮ型エピタキシャル領域であり、６０４は高濃度Ｐ型領域であり、フォトセンサーのアノードとなる。６０５はＮ型コレクタ埋込領域であり、６０６は高濃度Ｎ型コレクタ埋込領域でありフォトセンサーのカソードである。６０７は、層間絶縁膜であり、６０８はカソードのアルミ電極、６０９はアノードのアルミ電極である。６１０と６１１は素子分離のためのＰ型アイソレーション埋込領域、６１２は素子分離のための高濃度Ｐ型アイソレーション埋込領域である。フォトセンサーの検知部は、６０４周辺の光が到達する部分であり、アルミ電極下はディテクターとはならない。
【０１５１】
そこで図３５に、本実施例のフォトセンサーのヘッド素子基板上でのレイアウトを示す。
【０１５２】
７０１はフォトセンサーのアノード電極、７０２はカソード電極でありアルミ電極は共に一層目アルミで構成している。７０１と７０２周辺の下地が、ＰＮ接合のフォトセンサーでありディテクター部７０３である。発熱素子４０４と発熱素子に電力を供給する配線部４０５は二層目アルミで構成されており、フォトセンサーのアルミ電極とクロスオーバーしている。
【０１５３】
従って、ＰＮ接合部は、発熱素子の下部にも設けられているため発熱素子４０４周辺のアルミ配線の隙間である図３６の斜線部８０１は、全てセンサーのディテクターになっている。
【０１５４】
（実施態様１２）
本実施態様１１に関する他の例である。
【０１５５】
図３７は、本実施例のフォトセンサーの素子基板上でのレイアウトである。９０１はフォトセンサーのアノード、９０２はカソード、９０３はディテクターである。実施例２は、左右対称に２組実施例１と同様に発熱素子の下部までＰＮ接合が設けられ、ノズル中心部まで、ディテクターになっている。また、左右に２組同じものがあるので差動検出が容易であり、液室内の泡の分布を検知できる。
【０１５６】
更に、ＰＮ接合がＶＨ配線の下まで設けられており、その配線に９０４のようにピンホールやスリットで穴を開けることで、広範囲に渡ってディテクター基体上に構成できる。
【０１５７】
図３８に、フォトセンサーの処理回路例を示す。本処理回路例は、フォトセンサーや発熱素子駆動トランジスタと同じ製造プロセスで作成できるためヘッド基体内に作り込む事が可能であり、プリンター本体のコストを下げることができる。
【０１５８】
シリコン半導体フォトセンサーは、図５に示すように、イエローインクの染料が吸収する３００〜５００ｎｍの短波長側の感度が悪い。従って、本方式の場合イエローヘッドは、他のヘッドのセンサー情報で、回復操作が実行される必要がある。
【０１５９】
本発明の場合、耐インク保護膜２２１を多層とし、その一部をＢＰＳＧなどの低温リフローガラスで構成し、かつ短波長を吸収する着色を施す事により、インクのある時は、光を感じないが、インク落ちをすると保護膜を透過する着色より長波長の光を検知するので、イエローインクもＳ／Ｎよく検知できるようになった。
【０１６０】
（実施例３）
図３９は、上記実施例にかかるプリントヘッドを装着して適用することのできるインクジェットプリンターの一例を示す概略斜視図である。１１０１は、上記実施例に係るプリントヘッドである。このヘッド１１０１は、駆動モータ１１０２の正逆回転に連動して駆動力伝達ギア１１０３及び１１０４を介して回転するリードスクリュ１１０５の螺旋溝１１０６に対して係合するキャリッジ１１０７上に搭載されており、上記駆動モータ１１０２の動力によってキャリッジ１１０７とともにガイド１１０８に沿って矢印ａ及びｂ方向に往復移動される。図示しないプリント媒体供給装置によってプラテン１１０９上を搬送されるプリント用紙Ｐの紙押え板１１１０は、キャリッジ移動方向にわたってプリント用紙Ｐをプラテン１１０９に対して押圧する。
【０１６１】
上記リードスクリュウ１１０５の一端の近傍には、フォトカプラ１１１１及び１１１２が配設されている。これらはキャリッジ１１０７のレバー１１１９のこの域での存在を確認して駆動モータ１１０２の回転方向切換等を行うためのホームポジション検知手段である。図において１１１３は、上述のプリントヘッド１１０１の吐出口３０４のある全面を覆うキャップ部材１１１４を支持する支持部材である。また、１１１５はキャップ部材１１１４の内部にヘッド１１０１から、インクを吸引する手段である。この吸引手段１１１５によりキャップ内開口部１１１６を介してヘッド１１０１の吸引回復が行われる。１１１７は、クリーニングブレードであり、１１１８はブレード１１１７を前後方向（上記キャリッジ１１０７の移動方向に直交する方向）に移動可能にする移動部材であり、ブレード１１１７及び１１１８は本体支持板１１２０に支持されている。上記ヘッド１１０１に設けられた発熱体１０１に信号を付与したり、前述した各機構の駆動制御を司るプリント制御部は、プリンター側に設けられており、ここには図示しない。
【０１６２】
上述の構成を有するプリンター１１００は、図示しないプリント媒体供給装置によりプラテン１２０９上を搬送されるプリント用紙Ｐに対し、ヘッド１１０１が用紙Ｐの全幅に渡って往復移動しながら記録を行うものであり、ヘッド１１０１は、高密度プリントが可能であるため、高精度で高速のプリントが可能である。
【０１６３】
【発明の効果】
以上説明したように、記録ヘッドに光学素子を設けることでホームポジションセンサや紙センサとも共用できるようになった。
【０１６４】
更には、センサは光学センサであり、このセンサに加えて、発光素子をもインク噴射制御基板に有し、検出精度を向上させることも可能となった。
【０１６５】
更には、同時に記録ヘッドの温度の測定が可能になった。
【０１６６】
更には、複数のヘッドを有した記録ヘッドのレジストレイション補正が可能となった。
【０１６７】
また、実施態様１０、１１においては、従来３６０ｄｐｉの素子密度で６４セグメントのインクジェットプリントヘッド素子基板内には、フォトセンサーのディテクター部の面積がせいぜい０．１ｍｍ２程度の面積しか設けられなかったが、本実施例によりチップサイズを大きくすることなく、広範囲にディテクター部の面積を１．０ｍｍ２以上にする事が可能となった。ディテクター部の面積が１０倍以上になったことでセンサーのＳ／Ｎ比が１０倍以上となった。
【０１６８】
結果、定期的なインクの自動回復が不要となったため、回復操作で消費されるインクが画期的に少なくなり、ヘッドのランニングコストが下がった。例えば、キヤノン製ＢＣ−０１という商品名のインクジェットヘッドを毎日５枚ずつ印字すると数日毎に定期回復を行って約９０日４５０枚印字できたが、本発明方式により約１００日５００枚印字が可能となり、その印字枚数アップ分ランニングコストが下がった。
【０１６９】
更に、回復操作で吸引するインク量が少なくなったのでプリント装置本体のインクタンクを小さくでき、小型、軽量化できた。
【０１７０】
また、センサーとセンサーの処理回路は、ヘッド基体形成と同じプロセスで基体内の余裕スペースに設けられるので、ヘッドのコストを上げることなく、プリンター本体のセンサー処理回路分コストダウンできた。
【０１７１】
更に、従来半導体センサーでイエローインクの検知は難しかったが、保護膜のＰＳＧ層をイエロー系に着色し、光源を選ぶ事で、実用可能なイエローインク内の泡検知が可能になった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のインクジェットヘッドを説明するための図。
【図２】本発明のインクジェットヘッドの平面図。
【図３】本発明のインクジェットヘッドを搭載した記録装置の構成図。
【図４】本発明のインクジェットヘッドを搭載した記録装置のブロック図。
【図５】残検シーケンスのフローを示す図。
【図６】残検シーケンスのフローを示す図。
【図７】検出回路を示す図。
【図８】検出回路の出力電圧を示す図。
【図９】インクの定量を行うためのセンサ出力を示す図。
【図１０】吐出口面から光を照射した場合を示す図。
【図１１】発光部をＳｉ基板に設けた例を示す図。
【図１２】発光部を素子基板上に設けた例を示す図。
【図１３】多色一体ヘッドの例を示す図。
【図１４】４色のインクに対するＶｏｕｔ の検出レベルを示す図。
【図１５】染料濃度に対する出力例を示す図。
【図１６】本発明のヘッドの平面図。
【図１７】天板部がレンズ構造である記録ヘッドの断面図。
【図１８】サイドシュータタイプヘッドを示す図。
【図１９】被記録媒体センサとホームポジションセンサを設けた例を示す図。
【図２０】ホームポジションセンシングのシーケンスフローを示す図。
【図２１】被記録媒体の有無検知のシーケンスフローを示す図。
【図２２】被記録媒体の有無検知と幅検知のシーケンスフローを示す図。
【図２３】検出回路を示す図。
【図２４】センサ部と検出部の回路構成を示すための図。
【図２５】センサ部と検出部の回路構成を示すための図。
【図２６】マルチヘッドの構成を示す図。
【図２７】複数ヘッドでの各ヘッドの発光部との相対位置での出力レベルを示す図。
【図２８】位置ずれ検出の調整フローを示す図。
【図２９】フルライン記録ヘッドを多数個使用した場合を示す図。
【図３０】千鳥配置のフルライン記録ヘッドを示す図。
【図３１】ヘッド交換を行う装置における判定ブロック図。
【図３２】センサのレイアウトを示す図。
【図３３】シリコン半導体フォトセンサの感度波長依存性を示す図。
【図３４】シリコン半導体フォトセンサの素子基板上レイアウトの実施例を示す図。
【図３５】光学センサの素子基板内レイアウトの実施例を示す図。
【図３６】発熱素子周辺図。
【図３７】光学センサの素子基板内レイアウトの実施例を示す図。
【図３８】光学センサの処理回路例を示す図。
【図３９】本発明のプリンタを示す図。
【図４０】ヘッドの模式図。
【図４１】素子基板の等価回路図。
【図４２】素子基板の断面図。
【符号の説明】
１ 記録ヘッド
２ アルミ基板
３ Ｓｉ基板
４ 発熱体
５ 保護膜
６ ＩＣ
７ ボンディングワイヤー
８ 端子
９ 天板部
１０ インク流入部
１１ 共通液室
１２ 圧力室
１３ 発光部
１４ インク流路
１５ ＰＣＢ
１６ 吐出口
１７ 白色板
１８ 受光部
２０ レンズ
２１ インク液滴
２２ プラテン
２３ 記録媒体
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体を噴射して文字や画像を記録（プリント）する液体噴射装置に用いられる液体噴射ヘッド及び素子基板に関するものである。特に機能素子を有する液体噴射ヘッド、このヘッドに用いられる素子基板及びこれを使用した液体噴射装置に関するものである。ここで、「記録」とは記録される画像の意味の有無に関係なく、布、糸、紙、シート材、皮革等の被記録媒体へのインクの付与を含むものである。
【０００２】
【背景技術】
吐出液体としてインクを用いたインクジェット装置がその使い易さから広く用いられている。
【０００３】
そのようなインクジェット装置は、インク液滴を噴射するインクジェットヘッド（図４０）と、このインクジェットヘッドに供給するインクを溜めたインクタンクＩＴとを有している。そして、インクジェットヘッドは、インクを吐出するための吐出口と、この吐出口に連通し、インクを吐出するための吐出エネルギー発生素子（発熱素子や圧電素子等）が設けられたインク流路と、この吐出エネルギー発生素子が設けられた素子基板とを有している。
【０００４】
このようなインクジェット装置においては、記録時に使用できるインクがなくなると当然記録を行うことができなくなるが、このような場合記録が行われない状態が被記録媒体上に画像として現れるため、従来のインクジェット装置では、インク不足を検出することは、コスト等の面から行われていないものがほとんどであった。
【０００５】
インク不足を電気的に検出する構成を有する装置に採用されている方法は、例えば、インクタンク内に２個の電極を有し、電極間の電気抵抗でインクの有無を検出するものである。あるいは、インクタンク近傍に光学センサを配しインクタンクを通る光の透過率でタンク内の有無を検出するものである。
【０００６】
一方、インクを吐出して記録を行うインクジェット装置を記録を行わないまま長時間放置した場合、インクの濃度が変化してしまい、インクの安定した吐出が得られない虞れがある。
【０００７】
また、上述の図４０で示されるようなインクジェットヘッドで、インクタンクからノズルにインクを供給する際にインク流路３０６やインク溜り３０５に気泡が発生、成長する場合がある。その気泡がインクのリフィルと共に移動してノズル３０２に到達するとインクタンクにインクがあるにもかかわらず、インク落ちと呼ばれる不吐出、プリントとしてはドット落ちである不良印字となる。この不吐出による不良印字は画像の低下を招くと共に再印字を行う場合には、時間のロス、紙のむだを産む。また、ヘッドにもダメージを与え、印字品位を劣化してしまう。
【０００８】
この対策として、印字前に定期的に、ノズルからインクを吸引する自動回復を行うことでインク落ちを防止している。しかしながら、この場合、定期的にノズルからインクを吸引することにより、不吐出に至らない場合でもインクを吸収してしまい、印字に寄与しない不要なインク量が増え、印字１枚当たりのランニングコストが非常に高くなる。また、吸引されたインクは、プリンター本体にストックされることになるが、この排インク溜めが、小型、軽量化を妨げている。
【０００９】
また、上述のインクジェットヘッドを構成する素子基板の内、吐出エネルギー発生素子として発熱素子を用いる素子基板として、一列に配列された複数の発熱素子と、該発熱体と１対１で対応して該発熱体を画像データに応じてそれぞれ駆動させるドライバーと、直列に入力される画像データを前記各ドライバーに並列に出力する前記発熱素子と同一ビット数のシフトレジスタと、該レジスタと、該シフトレジスタから出力されるデータを一時記憶するラッチ回路とを同一基板上に設けられた素子基板も開発されている。このような同一基板上に設けられたプリントヘッド素子基板は、シリコン基板にＢｉ−ｃｍｏｓと呼ばれるバイポーラトランジスタとｃ−ｍｏｓトランジスタの混在するＩＣ上に発熱素子を形成してプリントヘッド素子基板をなす。
【００１０】
上記プリントヘッド素子基板を用いたヘッドの内部等価回路図を図４１に示す。図４１において、１０１は一列に配列された発熱素子であり、１０２はパワートランジスタである。１０３はラッチ回路であり、１０４はシフトレジスタである。１０５はシフトレジスタを動かすためのクロックであり、１０６は画像データ入力部である。１０７はパワートランジスタ１０２のオン時間を外部から制御するためのヒートパルス幅入力部であり、１０８はロジック電源。１０９はＧＮＤ。１１０は発熱体駆動電源（ＶＨ）である。
【００１１】
このヘッドを有するプリンターでは、画像データが画像データ入力部１０６からシフトレジスタ１０４に直列（シリアル）に入力される。その入力データは、ラッチ回路１０３において一時記憶され、その間にヒートパルスが１０７から入力されると、パワートランジスタ１０２がオン状態となり、発熱体１０１が駆動され、駆動された発熱体１０１のインク流路中のインクが加熱され、吐出口からインクが吐出しプリントが行われる。
【００１２】
図４２に上記プリントヘッド素子基板の断面図を示す。
【００１３】
Ｐ導電体のＳｉ基板２０１にＡｓなどのドーパントをイオンプランテーション及び拡散の手段により導入し、Ｎ型埋込層２０２を形成し、上層にＮ型エピタキシャル層２０３を形成する。さらに、２０３にＢ等の不純物を導入し、Ｐ型ウエル領域２０４を形成する。その後、フォトリソグラフィと酸化拡散及びイオンプランテーション等の不純物導入を繰り返してＮ型エピタキシャル領域にｐ−ｍｏｓ２５０、Ｐ型ウエル領域にｎ−ｍｏｓ２５１が構成される。２５０及び２５１は、それぞれ厚さ数百Åのゲート絶縁膜２０８を介してＣＶＤ法で堆積したポリシリコンによるゲート配線２１５及びＮ型あるいはＰ型の不純物導入したソース領域２０５、ドレイン領域２０６で構成される。
【００１４】
以上のｍｏｓトランジスタにより１０３、１０４のロジック部が構成される。
【００１５】
また、発熱素子のドライバー１０２となるＮＰＮ型パワートランジスタ２５２は、やはり不純物導入及び拡散等の工程によりＮ型エピタキシャル層中に、コレクタ領域２１１、ベース領域２１２、エミッタ領域２１３等で構成される。
【００１６】
また、各素子間は、フィールド酸化により、酸化膜分離領域２５３を形成し素子分離されている。このフィールド酸化膜は、発熱素子２５５下においては、一層目蓄熱層２１４として作用される。
【００１７】
各素子が形成された後、層間絶縁膜２１６がＣＶＤ法でＰＳＧ、ＢＰＳＧで堆積され、熱処理により平坦化処理等されてからコンタクトホールを介し、一層目アルミ電極２１７で配線がされている。その後、プラズマＣＶＤ法によるＳｉＯ等の層間絶縁膜２１８を堆積し、更にスルーホールを介して、ヒーター層２１９と二層目アルミ電極２２０を形成している。
【００１８】
保護膜２２１は、プラズマＣＶＤ法によるＳｉＮ膜が形成されている。最上層には耐キャビテーション膜２２２が、Ｔａ等で堆積され、パッド部２５４を開口して形成している。
【００１９】
ここでは、パワートランジスタをバイポーラトランジスタで構成したが、ｍｏｓＦＥＴで形成されている場合もある。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の背景技術においては、次のような解決すべき課題があった。
【００２１】
電極を用いた上述のセンサは、電極とインクの化学反応のため、特に長期保存時に電極表面が劣化してしまい、検出精度が悪くなる虞れがある。また、インク自体も劣化する場合があり、記録品位が悪くなる虞れがある。
【００２２】
また、インクタンクに電極やその他の検出手段を付加した方法では、記録ヘッドの記録を制御する制御信号とは別に検出信号を記録装置に送る部分を付加する構造のため、コストアップを生じる。
【００２３】
また、インクタンク交換式の記録装置でインクタンクのインクが終了し、新たなインクタンクと取り換える場合、インクタンクに付加した検出手段をも取り除いてしまうことになり、ランニングコストのアップが生じてしまう。
【００２４】
また、インクタンク近傍に位置するように記録装置側に光学センサを配した方法でも、記録ヘッドの制御信号とは別に検出信号を記録装置の制御回路に送る部分を付加する構造のため、コストアップになってしまう。
【００２７】
さらに他の目的は、複数ヘッドの相対的な位置検出を正確に行なうことを目的としている。
【００２８】
【課題を解決するための手段】
上述のような目的を達成するためのインクジェット記録装置の主たる要件は；インクを吐出する吐出口と、該吐出口に連通しインクを吐出するための吐出エネルギー発生素子に対応して設けられたインク流路と、前記吐出エネルギー発生素子が設けられた素子基板と、この素子基板上に設けられた発光素子もしくは受光素子とを有する複数のインクジェットヘッドと、前記複数のヘッドを搭載するキャリッジと、キャリッジ外の装置本体内に配され、前記素子基板上に設けられた発光素子もしくは受光素子に対応して設けられた受光素子もしくは発光素子と、前記夫々のヘッドの前記素子基板に設けられた前記発光素子もしくは受光素子とを用い、キャリッジを走査して一方に設けられた発光素子からの光を他方に設けられた受光素子で検知することで、各ヘッドの相対位置を検出する検出手段と、
前記検出手段の検出結果に応じてインクの吐出タイミングを補正する手段とを有するものである。
【００２９】
更に、上述の目的を達成するためのインクジェット記録装置の制御方法の主たる要件は；インクを吐出する吐出口と、該吐出口に連通しインクを吐出するための吐出エネルギー発生素子に対応して設けられたインク流路と、前記吐出エネルギー発生素子が設けられた素子基板と、この素子基板上に設けられた発光素子もしくは受光素子とを有する複数のインクジェットヘッドを用いて記録を行なうインクジェット記録装置の制御方法であって、前記夫々のヘッドの前記素子基板に設けられた発光素子もしくは受光素子と、キャリッジ外の装置本体内に配され、前記素子基板上に設けられた発光素子もしくは受光素子に対応して設けられた受光素子もしくは発光素子とを用い、前記複数のヘッドを搭載するキャリッジを走査して、一方に設けられた発光素子からの光を他方に設けられた受光素子で検知することで、各ヘッドの相対位置を検出する工程と、前記検出手段の検出結果に応じてインクの吐出タイミングを補正する工程とを有するものである。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下の実施例で説明するインク有無とはインクが有る状態と、全く無い状態だけを示すのではなく、インクが有る状態と、インクが使用に際し不十分な程度の量になっている状態をも表している。
【００３３】
また、受光素子、発熱素子、機能素子等を設けた「素子基板上」とは、素子基板の上だけでなく、素子基板の表面近傍内部をも含めて表している。
【００３４】
（実施態様１）
図１は、後述する本実施例に適用される実施態様１の記録ヘッドの断面図である。また、図２はＳｉで構成された素子基板３とＰＣＢ１５の上面図である。
【００３５】
記録ヘッド１は、アルミニウムを主材料としたアルミ支持体２をベースとして、この支持体上にシリコン基板構成され電気回路を含むインク噴射制御基板部である素子基板３とプリントサーキトボード（ＰＣＢ）１５と接着剤で固定して形成されている。素子基板３には、インク噴射時に発熱によりインクを噴射するための吐出エネルギー発生素子としての発熱抵抗素子４と、光学素子である受光部１８があり、発熱素子４と受光部１８は、酸化シリコンからなる保護膜５で被われておりインクとは直接接触しない構造となっている。このように、受光部１８は発熱素子４を含むインク噴射制御部と同一チップ上にある。これにより、記録ヘッドの生産工程は、特別に受光部を作るための特別の工程を必要とせず、従来と同一の製造プロセスで、すなわち、ほとんどコストアップすることなく容易に生産される。受光部は、少なくとも１個あればよいが、ここでは、記録ヘッドの複数液流路に対応した共通液室内の両端に１個づつ合計２個の受光部１８が配置されている。また、受光部のそれぞれに対応した２個の発光部が記録ヘッド１を搭載する装置内に予め配置されている。
【００３６】
記録動作時のインク液滴は、吐出口１６から噴射する。噴射したインクは、図１で記録ヘッドの右側に接続されるインクタンクからインク流入部１０とインク供給路１４とインク流路を構成する共通液室１１を通して圧力室を有し、インク流路を構成するインク細流路１２に供給される。吐出口１６とインク細流路１２は全部で２５６個づつあり、図では紙面と直交する方向に３６０ｄｐｉの密度で配置されている。共通液室１１の高さｘは約３ｍｍである。
【００３７】
端子８からの信号はＰＣＢ１５内の配線とボンディングワイヤー７を通してＳｉ基板３の電気回路に送られる。ここで多数ある吐出口のそれぞれの吐出口に対応したインク噴射信号に変換される。
【００３８】
図１で、記録ヘッドの素子基板に対する上部構成は、比較的光に対し透明度の高い材料であり、比較的薄い部分を光透過部、即ち光源及び受光素子夫々に対する対向領域としている。この材料としては対インク特性の良好な材料が良く、特に本例ではポリサルフォンからなる天板部９としている。
【００３９】
ここで、発光部であるＬＥＤ１３は、不図示の駆動回路によって通電すると発光し、光が記録ヘッドの天板部９と共通液室１１内のインクを通過して受光面積が約１２００μｍ角のフォトダイオードである受光部１８に入射する。センサは入射した光量に依存した光電流Ｉｓｈを発生する。受光部１８からの信号はボンディングワイヤー７とＰＣＢ１５と端子８を通して、記録装置に送られ、記録装置の検出回路で検出信号に変換される。
【００４０】
発光部としてのＬＥＤからの光は、出力光のピーク波長が約９００ｎｍである赤外波長領域の光である。また、受光部も感度特性のピーク波長が約９００ｎｍである素子である。このように発光部と受光部の波長特性を近くすることによって最も効率よくインクを検出することが可能である。このように、可視光領域を外している波長のため、外部からの可視光による外乱光を受けにくく、結果としてより高精度の判定情報を得ることが可能である。
【００４１】
しかしながら、発光部１３の出力が十分であり、または、受光部の感度が十分であれば、特に波長特性を一致させることはなく、例えば発光部を白熱球等にしてもよい。この点は、各状況に応じた設計事項である。
【００４２】
また、受光部に入射する光量が少ない場合、増幅部をも受光部近傍に設けることによって記録ヘッドからの検出信号を外部からの電気的ノイズに対して良好な状態にすることが好ましい。尚、この場合受光部と共に、増幅部をも素子基板に設けることで、ヘッドのコンパクト化を図ることができる。
【００４３】
図３は、本発明の記録ヘッドを装着した記録装置の構成図である。また、図４は、本発明の記録ヘッドを装着した記録装置の駆動ブロック図である。
【００４４】
ＣＰＵは、中央演算装置で、記録装置のプログラムを格納したＲＯＭや一時的にデータを記憶するＲＡＭを備えており、以降の実施例における各検出を行うための制御手段をも兼ねている。
【００４５】
キャリッジモータはキャリッジモータ駆動回路で記録ヘッドを主走査方向に図では左右に移動させる。
【００４６】
ラインフィードモータ３１はプラテン２２を駆動し、被記録媒体２３を副走査方向に移動させる。
【００４７】
記録データはインターフェースフェイス部であるＩ／Ｆを通して外部から入力される。記録データは、ヘッド駆動回路を通して記録ヘッドを駆動してインク液滴を適時噴射する。
【００４８】
キャッピング手段は、記録ヘッドがキャッピング手段３５にくると記録ヘッドの先端をキャップするように移動する。
【００４９】
インク受けは、必要に応じてインク受け３４付近を記録ヘッドが通過した時にインクを噴射させ、そのインクを受け止める。
【００５０】
発光部３２は発光部駆動回路によって駆動される。また、受光部に入った光は受光部検出回路によって電気信号に変換され、ＣＰＵに送られる。
【００５１】
光シールド３３は、発光部３２からの光に外乱光がまざり受光部に入射するのを防止する役目をする。
【００５２】
上述のようなインクジェットヘッドと装置を用いて行うインク残量検出のシーケンスを図５を用いて説明する。
【００５３】
通常、記録ヘッドはキャッピング手段の位置にあり、記録データが入力される（Ｓ５１）と記録媒体のある方向に向かう（Ｓ５２）。途中、インク受けの前で、全ノズルからインクを数十ないし数百回噴射させる（予備吐出動作：Ｓ５３）。つづいて発光部の前にくると（Ｓ５４）、発光部から記録ヘッドに向けて光を発する（Ｓ５５）。この時、記録ヘッドの受光部に入射した光を受光部検出回路が検出する（Ｓ５６）。もしインクが共通液室内に無いと判断されれば、記録ヘッドをキャッピング位置に戻し（Ｓ５８）、表示器群のインクエラーを表示する（Ｓ５９）。これによりユーザにインク無しを知らせ、記録動作を停止する。また、もし、インクが有ると判断されれば、通常の記録動作をする。
【００５４】
図５のシーケンスでは、インクが共通液室内に無いと判断した後、インクエラーを表示したが、図６で示すように、吸引動作（Ｓ６８、Ｓ６９）を行ってもよい。
【００５５】
ここでは、インク無しの場合、キャッピング動作で停止するとしたが、例えば、吸引手段を有し、吸引動作してから通常の記録動作に移ってもよい。
【００５６】
図７は、受光部検出回路である。センサ：１８に光が入るとセンサであるフォトダイオードの光電流Ｉｓｈは演算増幅器を含む電圧変換部７１によって電圧変換され、Ｉｓｈ×Ｒｆ＝−Ｖｏｕｔとなる。Ｖｏｕｔ出力信号の絶対値である。電圧に変換された出力信号はＡ／Ｄ変換部でデジタル信号である検出信号に変換され、記録ヘッドの共通液室内のインクの有無が判断される。Ａ／Ｄ変換部７２は通常、コンパレータであり、Ｖｏｕｔが特定レベルＶｔｈより大きい信号か否かで、インクの有無が判断される。
【００５７】
図８は、電圧変換部の出力であるＶｏｕｔの例である。ａは、記録ヘッドの共通液室１１にインクが充満している場合で０に近い。ｂは、共通液室１１にインクがない場合であり、Ｖｔｈより大きい電圧値となる。
【００５８】
尚、２つのセンサからの出力信号により、両者がインク有と判断されると、インク有、一方でもインク無しの場合は、インク無しと判断した方がよい。
【００５９】
このように、記録ヘッドの共通液室１１内のインクの有無が簡単に判断され、もし、インク無しが検出されると、記録装置は、インク切れと判断し、警告を発する。また、次の記録動作をさせない、回復動作を行う等の処理動作をする。
【００６０】
インクの量を検出する場合はＡ／Ｄ変換部のＡ／Ｄコンバータからのデジタル出力値によってインクが共通液室内に存在する量を測定すればよい。
【００６１】
図９は、シアンインクの共通液室内のインク存在率（％）に対するセンサの出力電圧Ｖｏｕｔの関係を示す。
【００６２】
ＶｏｕｔのＡ／Ｄ変換処理により、Ｖｏｕｔを測定しインクの存在率を知ることが可能である。本実施例のインクジェットヘッドのように複数のセンサを有する場合には、それぞれのセンサーの出力の平均値が平均的なインクの存在率となる。
【００６３】
ここで、インク切れは、インクタンクのインクがなくなり供給されない場合、また、インクがあるのに何等かの不具合でインクが記録ヘッドに供給されない場合、の２通りのケースがありうる。
【００６４】
（実施態様２）
正面投光
実施態様１では、光を記録ヘッドの横側である天板側から照射した場合の例を示した。これに限定されるものでなく、光を吐出口のある正面側から入力してもよい。
【００６５】
図１０は、光を記録ヘッドの正面である吐出口面から照射した場合の例である。これは特に、複数の記録ヘッドを隣接して配置する場合に有効である。光は、吐出口の中や天板と共通インク室を通してセンサに達する。
【００６６】
ここで、白色板１７はＬＥＤから記録ヘッドに照射された光が天板部９から記録ヘッドの外部に漏れないよう反射させ効率よくセンサ１４に入射するための役割をする。これは特に白い色の板に限定されるものではなく、光学センサの感度がよい波長領域を反射しやすい材料であればよい。特に、鏡のような反射効率のよいものが最もよい。
【００６７】
光の照射とインクの検出は、非記録動作時に行う。例えば、主走査と副走査のあるシリアルプリンタにおいては、１主走査の記録が終了し、次の主走査の記録が開始するまでの間に行う。
【００６８】
この場合、天板部の形状は、正面からの光がセンサに集光しやすくなるような形状とすることが望ましい。
【００６９】
（実施態様３）
オンチップ発光部
実施態様１では、発光部であるＬＥＤを記録ヘッドの外部の記録装置側に配置し、受光部を記録ヘッドの素子基板上に配置する例を示した。これに限定されることなく、発光部のみを記録ヘッドの素子基板上に配置してもよい。
【００７０】
図１１は、発光部１３を素子基板上に設けた例である。素子基板上には発光部が設けられており、発光した光は、共通液室１１と天板部を通して記録ヘッドの外部に配置された受光部１８で受光される。
【００７１】
素子基板側に受光素子を設ける実施例１では受光部に入射する光量が少ない場合に、受光部近傍に増幅アンプを設けたりする必要があった。そしてその場合、増幅アンプは記録ヘッドの素子基板上に増幅アンプを設けるための面積が必要であった。素子基板の面積の増加分は、そのままコストアップになる。これに対し、発光部を素子基板上に設けた本実施例では、発光部を素子基板上に設けるだけでよく、コストアップをまねくことはない。また、受光部は記録ヘッドの外部に設けた検出回路で検出でき、この外部の検出回路は、通常の電気回路部品で作成されるため、コストアップにはならない。
【００７２】
（実施態様４）
オンチップＬＥＤ
実施態様１では、発光部であるＬＥＤを記録ヘッドの外部に配置し、受光部を記録ヘッドの内部に配置する例を示した。これに限定されることなく、発光部をも記録ヘッド内部に配置してもよい。
【００７３】
図１２は、発光部１３と受光部１８とも素子基板上に設けた例である。素子基板上には発光部１３と受光部１８の両者が配置される。この方法によると、発光部からの光は天板部で反射して受光部に入射するため、天板部に光の透過性の良い部材を用いなくてもよい。また、天板部の厚さや材料の不均一性に起因した検出精度のばらつきは少なくなり、更に検出精度が向上する。
【００７４】
（実施態様５）
液室分離ヘッド
実施態様１では、１つの記録ヘッドで１色のインクを記録するヘッドの構成の例を示した。これに限定されることはなく、例えば、１つの記録ヘッドで４色のインクを記録するヘッドの構成でもよい。
【００７５】
図１３は、１つの記録ヘッドで４色のインクを記録できるヘッドにインクセンサを設けた記録ヘッドの上面図である。
【００７６】
インクは、Ｙ：イエロー、Ｍ：マゼンタ、Ｃ：シアン、Ｋ：ブラックの４色のインクを使用している。各色の共通液室に１個づつ計４個のセンサが設けられている。発光源のＬＥＤは、図１０のように吐出口の先端側に１個ある。
【００７７】
（参考技術１）
濃度検出
噴射すべきインクの濃度をも検出し、インクの経時変化等による劣化の不具合や、インクタンク交換式の記録装置でのインクタンクの誤挿入を検出する参考技術である。
【００７８】
例えば、Ｙ：イエロー、Ｍ：マゼンタ、Ｃ：シアン、Ｋ：ブラックの４色のインクを使用した記録ヘッドを１個づつ使用したカラー記録装置では、各色に対し万一異なるインクタンクを挿入してしまった場合、正常な記録は行われない。これに対し、センサで検出した信号に基づいて各インクの濃度を判別することによって、誤挿入を検出することが可能となる。
【００７９】
図１４は、各色のインクの有無を判断するためのＶｏｕｔ のレベルを示したものであり、縦軸はセンサの出力レベルの絶対値を示す。それぞれの色に対応した電圧の範囲内であれば正常、そうでなければ異常と判断する。判断は、例えばＡ／Ｄ変換部をＡ／Ｄコンバータとして電圧比較することによって行われる。
【００８０】
Ｋインクのレベルは、ゼロレベルに近く、次にＣインク、Ｍインク、Ｙインクの順となっている。インク無しではより大きい出力レベルとなる。斜線部は各インクの存在するレベル範囲を示す。現実には、多少のインク濃度のバラツキ、天板部の加工精度のバラツキ等があるため、このような範囲となる。
【００８１】
一般的には、光の透過性はＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋの順に良いため出力レベルの絶対値はＫ、Ｃ、Ｍ、Ｙの順に大きくなる。
【００８２】
ここで、使用するインクの色材である染料または顔料の濃度によっては、Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙの各出力レベルにオーバーラップが生じる場合がある。このような場合には、共通液室の高さや、天板部の厚さや色によってそのオーバーラップがないようにし最適化することが望ましい。
【００８３】
インク濃度の検出は、例えば、長期保存後の濃度が高くなりすぎたインクを検出することも可能である。万一このような劣化したインクが記録ヘッドに供給されると検出し、記録装置は異常を表示する。
【００８４】
図１５は、Ｙインクの染料濃度に対するＡ／Ｄ出力の例を示す。共通液室：１１の高さであるインク厚さは３ｍｍの場合である。出力は８ビットで最大２５５である。染料はダイレクトイエロー８６で、Ｙインクの主成分は水である。ここで、例えば、染料濃度を２．５％±０．２％以内が正常であるとすれば、出力レベルは１５６〜１６０の範囲の時が正常であると判断される。
【００８５】
（実施態様６）
複数センサ
実施態様１では、記録ヘッドに２個のセンサを有し、共通液室内のインク切れ或いは異常のための回復の必要性を検出する構成の記録ヘッドを示した。これに限定されるものではなく、例えば、２個、３個、或いは図１６で示すごとく吐出口毎に対応する２５６個のセンサを有してもよい。特に全吐出口に対応したセンサを有することは、各吐出口毎のインク切れを検出可能であり、特定吐出口だけにゴミがつまってインクが供給されない場合等のエラーを検出できる。この場合、例えば、つまった吐出口の両側の吐出口からは通常より大きいインクドロップレットを噴射させるよう制御（駆動パルスの印加時間の増加または電圧のアップ等）することによって、記録品位の劣化を最小限にできる。
【００８６】
（実施態様７）
レンズ付センサ
実施態様１では、発光素子であるＬＥＤからの光は、平板状の天板部と共通液室：１１を通過してセンサ：１４に入射していたが、天板の構造はこの限りではなく、レンズの構造を合わせもっていてもよい。この構成はより一層光学判定の精度を向上することができる。
【００８７】
図１７は、天板部がレンズ構造を持った構成の記録ヘッドの断面図を示す。レンズ：２０は凸レンズで、ＬＥＤからの光がセンサ付近に集光する焦点距離となっている。レンズは凸状ではなく平面状のフレネルレンズでもよい。
【００８８】
（実施態様８）
サイドシュータヘッド
実施態様１では、記録ヘッドの発熱素子が設けられた素子基板面の実質的に沿う方向にインクを噴射する構成の記録ヘッドの例を示したが、これに限定されるものではない。
【００８９】
図１８は、記録ヘッドの素子基板面とインク噴射方向とが実質的に直交する方向である構成の記録ヘッドの例を示す。インク液滴２１は吐出口１６から図で上方に噴射する。噴射したインク液滴２１はやがてプラテン２２に支えられた記録媒体２３に付着して記録される。発光部１３は、プラテンの横に配置される。記録ヘッド１は記録装置のキャリッジに支えられて、記録媒体２３に対し相対移動して記録動作する。
【００９０】
吐出口１６は図１８で紙面と直交する方向に１２８個並べられている。
【００９１】
（実施例１）
紙幅のセンス、ホームポジション（Ｈ．Ｐ）のセンス
これまでの例では、素子基板上に設けられた発光素子や受光素子を用いて記録ヘッド内のインクの有無や濃度を検出する例を示した。以下の実施例は、被記録媒体の有無、或いは更に、記録ヘッドのホームポジション位置を検出する構成及びシーケンスを説明する。
【００９２】
図１９は、記録ヘッド内に発光部１３と受光部１８を有し、被記録媒体の有無と記録ヘッドを移動するキャリッジのホームポジション位置とを検出する記録装置の例を示す。ここでは、被記録媒体の有無の検知と、ホームポジションの検知の両方を行う場合について説明するが、装置の構成としては、どちらか一方の機能を有するものでもよいことは言うまでもない。
【００９３】
この記録装置の被記録媒体搬送手段を構成するプラテンは光を反射しにくい材質または形状であり、本実施例では黒色のゴム部材である。被記録媒体は上述のプラテンに比べ光を反射しやすい白色である。また、ホームポジションマーカーも上述のプラテンに比べ光を反射しやすい白色である。
【００９４】
まず、ホームポジションＨ．Ｐシーケンスのフローについて説明する。
【００９５】
記録ヘッド１は図で左右に移動し記録動作を行う。ホームポジション位置（図中右側）に移動する（Ｓ２０１）。この時Ａの位置では発光部からの光は天板部９で反射され、共通液室１１を通過して、受光素子１８で検知される。発光部と受光部の位置がＡの位置からＢの位置に移動すると、Ｂの位置では、白色のホームポジションマーカー２４で反射した光も加わるため、受光部の光量はＡより増す。この増加分の有無を判断して（Ｓ２０２）、ホームポジション位置を検出する。ホームポジション位置では記録動作が終了するとキャッピング手段２５により記録ヘッドの吐出口をキャップする（Ｓ２０３）。
【００９６】
このようなシーケンスを行うことで、記録ヘッドのホームポジション検知を行うことができる。
【００９７】
次に図２１を用いて、被記録媒体の有無検出のシーケンスフローを説明する。
【００９８】
記録ヘッドがホームポジション領域Ｂにある時に受光素子によって受光量を測定し、受光量Ｂとして記憶する（Ｓ２１１）。
【００９９】
その後、記録ヘッドが記領域側に移動を行う（Ｓ２１２）。受光素子が受光量の減少を検出した場合（Ｓ２１３）、減少した受光量を受光量Ａとして記憶する（Ｓ２１４）。
【０１００】
その後、タイマーをスタートし（Ｓ２１５）、所定時間Ｔ１内に受光素子が受光量の増加を検出（Ｓ２１６）した場合には、被記録媒体有りと判断する（Ｓ２１７）。
【０１０１】
一方、所定時間Ｔ１内に受光素子が受光量の増加を検出（Ｓ２１６）しなかった場合には、被記録媒体無しと判断し（Ｓ２１８）、ホームポジションシーケンス（Ｓ２１９）を行う。
【０１０２】
また、次に図２２を用いて、被記録媒体の有無検出と被記録媒体幅検出のシーケンスフローを説明する。
【０１０３】
図２２におけるステップＳ２１１までは、図２１のステップＳ２１６までと同様であるので、ここでは説明を省略する。
【０１０４】
ステップＳ２２１で所定時間Ｔ１内に受光素子が受光量の増加を検出した場合には、増加した受光量を受光量Ｃとして記憶し（Ｓ２２２）、被記録媒体有りと判断すると共に、時間Ｔ２を計測するタイマーをスタートさせる（Ｓ２２３）。
【０１０５】
次に受光量の減少を検出（Ｓ２２４）がなされれば（Ｓ２２４）、その時の時間Ｔ２を計測し、これから被記録媒体の幅を算出する（Ｓ２２５）。
【０１０６】
一方、ステップ（Ｓ２２１）で受光量の増加が検出できなかった場合には、被記録媒体無しと判断し（Ｓ２２６）、ホームポジションシーケンス（Ｓ２２７）を行う。
【０１０７】
このようなシーケンスによって、被記録媒体の有無と被記録媒体幅の検出を行うことができる。
【０１０８】
（実施態様９）
素子基板温度測定
これまでの例では、記録ヘッド内のインクの有無や濃度を検出する例を示した。本実施例は、受光素子をフォトダイオードとし、素子基板の温度をも検出することが可能とするものである。
【０１０９】
図２３は、１つのダイオードが光学センサの役割だけでなく、温度検出をもする場合の検出回路部を示す。フィードバック抵抗Ｒｆの値は最適な値が選択される。
【０１１０】
このタイオード素子は、素子の温度に依存して、電流電圧特性が変化する特性を有している。また、このダイオード素子が素子に光が当たるか否かで電流電圧特性をもっている。そこで、この両方の特性を利用し、両特性を検出可能とした。
【０１１１】
例えば、図１の構成で、発光部１３をオフ、すなわち、受光部に光が入らない時の検出回路部の出力が素子基板の温度に対応した出力となる。この出力と予め分かっている温度との関係から素子基板の温度を検出することが可能となる。検出された温度のデータによって、例えば、高い温度ではインク噴射量が増加してしまうのを防止するよう記録ヘッドの駆動を制御したり、また、低い温度では、インク噴射量が減少してしまうのを防止するよう発熱体や他の温度上昇手段によって記録ヘッドの温度を上昇させる制御をする。
【０１１２】
インクの有無や濃度の検出は、発光部を発光させない時の出力と発光部を発光させた時の出力との差から判断する。
【０１１３】
受光素子をフォトダイオードとしてヘッドの温度及びヘッド内のインクの有無（及び残量や濃度）を検出する具体例を以下に示す。
【０１１４】
図２４（ａ）は、フォトダイオードを使用してヘッド温度を検出する回路を示す。
【０１１５】
図２４（ｂ）は、フォトダイオードを使用してインク有無を検出する回路を示す。また、図２５は、１つのフォトダイオードを使用してヘッド温度検出とインク有無検出とを切り替えて行う回路構成を示す。
【０１１６】
記録ヘッド内にはフォトダイオードが２個直列に設けられる。ヘッド温度検出回路は、フォトダイオードに約２００μＡの一定の電流を流し、その端子電圧Ｖ１を測定する。この時、発光素子は発光しない。Ｖ１は２５℃では約１．１５ｖで１℃につき約−４．３ｍｖの温度係数である。Ｖ１の測定で記録ヘッドの温度を検出できる。
【０１１７】
一方、インク有無検出回路は、フォトダイオードの起電流を測定する。フォトダイオードで受光された光量に応じて光電流Ｉｓｈが発生し、フィードバック抵抗Ｒｆと演算増幅回路により電圧Ｖ２を得る。光量が多いほどＶ２の絶対値は大きくなる。具体的には、Ｖ２＝−Ｒｆ×Ｉｓｈである。発光部がＯＮ時のＶ２とＯＦＦ時Ｖ２の差によりインクの有無、残量、濃度を検出することが可能となる。フォトダイオードが受光する光量によりＶ２の電圧が次段のＡ／Ｄコンバータ入力の最適な電圧になるように抵抗Ｒｆの値が選択される。
【０１１８】
図２５の切り替え部１と切り替え部２とはフォトダイオードの測定が、ヘッド温度検出なのかインク有無検出なのかにより、記録ヘッド内のフォトダイオードからの接続を記録装置の回路部のヘッド温度検出部かインク有無検出部かに切り替えて接続する。また、次段のＡ／Ｄコンバータに信号を送る。切り替え信号はＣＰＵから送られる。
【０１１９】
検出された各電圧Ｖ１・Ｖ２の信号は、Ａ／ＤコンバータによりＣＰＵへと伝えられ処理される。
【０１２０】
この例では、ヘッド温度検出部とインク有無検出部とが独立の回路とした。これは、ヘッド温度検出時のフォトダイオードに流す電流は、インク有無検出時に発生する光電流の１００倍以上であり、ヘッド温度検出時の検出回路ではインク有無検出を示す出力電圧の検出が困難なためである。
【０１２１】
しかし、センサの改良や、検出回路の改良により、これらの２つの回路は同一にすることは可能である。例えば、次段のＡ／Ｄコンバータの精度を向上することも１つの方法である。このようにして同一の回路で、ヘッド温度検出とインク有無検出とを行っても良い。
【０１２２】
（実施例２）
色間のレジ調整
これまでの例では、記録ヘッド内のインクの有無や濃度を検出する例を示した。これに対し、複数の記録ヘッドを有したマルチヘッド構成の記録装置では、各色間の着弾位置補正をも可能となる。
【０１２３】
図２６は、３個の記録ヘッドを使用した場合の例を示す。記録ヘッドは、Ｙ、Ｍ、Ｃの３色の記録用にそれぞれ１個ずつある。３個のヘッドのメカニカルな位置調整が完全であれば問題ないが、常に完全を保つ機構は一般に高価である。このため、各ヘッド間の配置ズレがあり、結果として記録された文字や画像にレジストレーションが発生する。
【０１２４】
そこで、３個が一体になった記録ヘッドユニットを一体にしたキャリッジを発光部に対して相対的に移動させて、その時の各色の受光部の受光量の変化から各ヘッドの相対位置差を検出する、位置検出動作を行う。この情報をもとに、記録動作時に、インク噴射タイミングを補正して、結果として、着弾位置の正しい、すなわちレジストレーションのない記録が行われる。
【０１２５】
具体的には、例えば主走査と副走査をしてなる記録方法での、主走査方向に一定速度でキャリッジを移動させ、記録ヘッドの位置検出動作が行われる。
【０１２６】
図２７は、位置検出動作時のキャリッジ位置に対する各ヘッドの受光部からの出力信号のレベルを示す。発光部と各色の記録ヘッドとの相対位置の出力レベルのピーク位置をキャリッジを主走査させながら出力レベルを検出することによって検出する。検出された相対位置は、記録装置内の記憶部に記憶され、記録動作時には、このデータに基づいて、各色の記録ヘッドからのインク噴射のタイミングを補正する。
【０１２７】
以下に、図２８を用いてヘッド間の位置ズレを調整しながら記録する１スキャン中のフローを説明する。なおこのフローは、図２６のヘッド、図２７の検出データに基づくものである。
【０１２８】
理想型では、ヘッド間ピッチ ｐｉｃｈＨ＝１８０画素であり、
Δ×１＝ｐｉｃｈＨ
Δ×２＝ｐｉｃｈＨ
である。１画素は７０．５６μｍ角である。
【０１２９】
測定結果が、 Δ×１＝ｐｉｃｈＨ−１ 画素
Δ×２＝ｐｉｃｈＨ＋２ 画素
であった場合を想定する。
【０１３０】
また、記録ヘッドは、記録動作領域側からホームポジション側にかけて、Ｃ、Ｍ、Ｙの順に配置されている。
【０１３１】
まず、ステップ（Ｓ２８１）でホームポジション（Ｈ．Ｐ）側から記録領域（Ｒ．Ｐ）側に記録ヘッドを移動する。記録開始位置であれば（Ｓ２８２）、シアン（Ｃ）を記録可能とする（Ｓ２８３）、次に通常より２画素分遅れた位置からマゼンタ（Ｍ）を記録可能（Ｓ２８４）とし、次に通常より１画素分先行した位置からイエロー（Ｙ）を記録可能とする（Ｓ２８５）。１スキャン分の記録が終了（Ｓ２８６）すれば記録ヘッド側に復帰（Ｓ２８７）する。このデータに基づいて、各色の記録ヘッドからのインク噴射のタイミングを補正する。
【０１３２】
（参考技術２）
フルラインヘッド
これまでの例では、記録ヘッド内のインクの有無や濃度を検出する例を示した。また、複数の記録ヘッドを有したマルチヘッド構成の記録装置では、各色間の着弾位置補正も可能である例を示した。
【０１３３】
さらには、他色を使用したフルラインヘッドのレジストレーション補正も可能である。
【０１３４】
図２９は、記録ヘッドのノズル数が３０００で、ノズルの配列密度が３００ｄｐｉで１直線状に配置されたノズルを有した記録ヘッドを４個使用し、記録媒体のみの搬送でＡ４サイズを記録するフルライン記録装置の例である。
【０１３５】
記録媒体は記録媒体搬送ベルトによって搬送される。このベルトには、一部に発光部があり、発光部はベルトと同時に移動する。記録動作時にはベルトで記録媒体を搬送する。
【０１３６】
ヘッド位置検出動作は、各記録ヘッドの位置関係を検出する。この動作では、記録媒体は搬送しない。発光部のみが記録ヘッドの下を予めわかっている速度で移動する。各記録ヘッドの下部に発光部がきた時、受光部に光が入射し、その最大値を示した位置が記録ヘッドの位置を示す。このようにして、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｂｋ各色の記録ヘッドの位置を正しく測定し、メモリーに位置情報を記憶する。
【０１３７】
記録動作時には、その位置情報に基づいて、各色ヘッドの駆動タイミングを合わせる。すなわち、レジストレーションを正しくする。これにより、多少の記録ヘッド間の位置ズレがあっても、正しく記録される。
【０１３８】
更には、各ヘッドには、両端に２個の受光素子を有し、また、対応するベルト位置には２個の発光部を有する。それぞれの受光素子からの検出信号により、記録ヘッドの記録媒体搬送方向に対する傾き角を検出し、記録動作時に補正された駆動タイミングで記録する。これにより、多少の記録ヘッドの傾きがあっても常に正しく記録される。
【０１３９】
図３０は別の例で、複数の記録ヘッドを有して１つのヘッドユニットを構成した例である。記録ヘッドには、１２個の吐出口と２個の受光部がある。記録ヘッドは、母材に固定されている。このような記録ヘッドが３００個で１つのヘッドユニットになっている。各記録ヘッドの有効吐出口は１０であり、残りの２個は、母材に対し記録ヘッドの位置がずれた場合に使用する吐出口である。各記録ヘッドの母材への固定位置精度の検出は、各記録ヘッドにある受光部で行われる。
【０１４０】
動作は、図１９の場合と同様である。例えば特定の記録ヘッドが１吐出口分左にズレた場合には、これを補正するように使用する吐出口を選択して使用する。
【０１４１】
（実施態様１０）
近年異なるヘッドを単一の装置に対して交換可能にして、異なるヘッドによる記録を行うものや、異なるインクを有するヘッドを装置に用いることで、画質の向上や多値化を行うものが提案されたり、実施されている。
【０１４２】
このように、異なる特性を有するヘッドに対して、そのヘッドの装置への装着を判定したり、残量インクを判定するにあたって、上記実施例のような発光素子や受光素子のような素子の特性を異なる特性のヘッド毎に異ならせておき、その判定基準を装置側がもつことによって容易に行うこともできる。
【０１４３】
このような装置のブロックを図３１を用いて説明する。
【０１４４】
装置のインクジェット（Ｉ／Ｊ）ホルダーには、異なる条件を持つヘッド（Ｉ型、ＩＩ型）が交換可能に搭載される。
【０１４５】
それぞれのヘッドには、光学用機能素子の他に、吐出口の数や駆動電圧等のヘッド条件を持つメモリー手段が設けられている。
【０１４６】
これらのヘッドが装置のインクジェットホルダに装着された時にＩＤ入力手段を兼ねる光学情報入力手段によって上述の条件が読み取られ、この条件に基づいて、光学センサによる読み取り条件の判定基準が判定手段によって設定される。
【０１４７】
（実施態様１１）
上述の実施例においては、図３２で示されるように、受光素子であるフォトセンサーを発熱素子の両端に２ヶ設けているが、より高い感度を得ようとすると前述のようにその分基板占有面積を大きくしなければならず、ヘッドのコストアップになるものであった。ここで、４０１はセンサーアノード電極、４０２はカソード電極、４０３はセンサーのディテクター部である。４０４は発熱素子、４０５は発熱素子を１１０ＶＨと１０２駆動トランジスタとの配線部、４０６は外部とのコンタクトパッド、４０７は１０３と１０４のロジック回路部、４０８はトランジスタ、４０９はＧＮＤ配線、４１０はＶＨ配線、４１１はアセンブリ位置合わせマーク、４１２は温度調整用サブヒーター、４１３は発熱素子への印加パワーを設定するためのランクヒーターである。更に、図３２のようなセンサー配置では、センサーは発熱素子の両端であるため、共通液室内の泡の全体をセンシングしていなかった。４１４は、素子基板上にインクが存在する範囲、つまり３０１のノズルと３０５の液室下と外部との境界である。
【０１４８】
一方、半導体フォトセンサーは、図３３のように短波長側の感度が高くなく、カラーヘッドの場合特にイエローインクのセンシングが他の色のインクに比べて難しい。
【０１４９】
本実施態様では、ヘッド基体の半導体部であるロジック部とトランジスタ部以外の発熱素子と配線周辺下の基板をＰＮ接合であるフォトセンサーとすることで、インク液面化のほぼ全域にディイクター部を形成することができた。更にアルミ配線にピンホールとスリットを入れることで配線抵抗を落とさずディイクター面積をあげることができた。
【０１５０】
図３４は、一般的なフォトセンサーの断面図である。６０１はセンサー検知部であり、６０２はＮ型コレクタ埋込領域であり、６０３はＮ型エピタキシャル領域であり、６０４は高濃度Ｐ型領域であり、フォトセンサーのアノードとなる。６０５はＮ型コレクタ埋込領域であり、６０６は高濃度Ｎ型コレクタ埋込領域でありフォトセンサーのカソードである。６０７は、層間絶縁膜であり、６０８はカソードのアルミ電極、６０９はアノードのアルミ電極である。６１０と６１１は素子分離のためのＰ型アイソレーション埋込領域、６１２は素子分離のための高濃度Ｐ型アイソレーション埋込領域である。フォトセンサーの検知部は、６０４周辺の光が到達する部分であり、アルミ電極下はディテクターとはならない。
【０１５１】
そこで図３５に、本実施例のフォトセンサーのヘッド素子基板上でのレイアウトを示す。
【０１５２】
７０１はフォトセンサーのアノード電極、７０２はカソード電極でありアルミ電極は共に一層目アルミで構成している。７０１と７０２周辺の下地が、ＰＮ接合のフォトセンサーでありディテクター部７０３である。発熱素子４０４と発熱素子に電力を供給する配線部４０５は二層目アルミで構成されており、フォトセンサーのアルミ電極とクロスオーバーしている。
【０１５３】
従って、ＰＮ接合部は、発熱素子の下部にも設けられているため発熱素子４０４周辺のアルミ配線の隙間である図３６の斜線部８０１は、全てセンサーのディテクターになっている。
【０１５４】
（実施態様１２）
本実施態様１１に関する他の例である。
【０１５５】
図３７は、本実施例のフォトセンサーの素子基板上でのレイアウトである。９０１はフォトセンサーのアノード、９０２はカソード、９０３はディテクターである。実施例２は、左右対称に２組実施例１と同様に発熱素子の下部までＰＮ接合が設けられ、ノズル中心部まで、ディテクターになっている。また、左右に２組同じものがあるので差動検出が容易であり、液室内の泡の分布を検知できる。
【０１５６】
更に、ＰＮ接合がＶＨ配線の下まで設けられており、その配線に９０４のようにピンホールやスリットで穴を開けることで、広範囲に渡ってディテクター基体上に構成できる。
【０１５７】
図３８に、フォトセンサーの処理回路例を示す。本処理回路例は、フォトセンサーや発熱素子駆動トランジスタと同じ製造プロセスで作成できるためヘッド基体内に作り込む事が可能であり、プリンター本体のコストを下げることができる。
【０１５８】
シリコン半導体フォトセンサーは、図５に示すように、イエローインクの染料が吸収する３００〜５００ｎｍの短波長側の感度が悪い。従って、本方式の場合イエローヘッドは、他のヘッドのセンサー情報で、回復操作が実行される必要がある。
【０１５９】
本発明の場合、耐インク保護膜２２１を多層とし、その一部をＢＰＳＧなどの低温リフローガラスで構成し、かつ短波長を吸収する着色を施す事により、インクのある時は、光を感じないが、インク落ちをすると保護膜を透過する着色より長波長の光を検知するので、イエローインクもＳ／Ｎよく検知できるようになった。
【０１６０】
（実施例３）
図３９は、上記実施例にかかるプリントヘッドを装着して適用することのできるインクジェットプリンターの一例を示す概略斜視図である。１１０１は、上記実施例に係るプリントヘッドである。このヘッド１１０１は、駆動モータ１１０２の正逆回転に連動して駆動力伝達ギア１１０３及び１１０４を介して回転するリードスクリュ１１０５の螺旋溝１１０６に対して係合するキャリッジ１１０７上に搭載されており、上記駆動モータ１１０２の動力によってキャリッジ１１０７とともにガイド１１０８に沿って矢印ａ及びｂ方向に往復移動される。図示しないプリント媒体供給装置によってプラテン１１０９上を搬送されるプリント用紙Ｐの紙押え板１１１０は、キャリッジ移動方向にわたってプリント用紙Ｐをプラテン１１０９に対して押圧する。
【０１６１】
上記リードスクリュウ１１０５の一端の近傍には、フォトカプラ１１１１及び１１１２が配設されている。これらはキャリッジ１１０７のレバー１１１９のこの域での存在を確認して駆動モータ１１０２の回転方向切換等を行うためのホームポジション検知手段である。図において１１１３は、上述のプリントヘッド１１０１の吐出口３０４のある全面を覆うキャップ部材１１１４を支持する支持部材である。また、１１１５はキャップ部材１１１４の内部にヘッド１１０１から、インクを吸引する手段である。この吸引手段１１１５によりキャップ内開口部１１１６を介してヘッド１１０１の吸引回復が行われる。１１１７は、クリーニングブレードであり、１１１８はブレード１１１７を前後方向（上記キャリッジ１１０７の移動方向に直交する方向）に移動可能にする移動部材であり、ブレード１１１７及び１１１８は本体支持板１１２０に支持されている。上記ヘッド１１０１に設けられた発熱体１０１に信号を付与したり、前述した各機構の駆動制御を司るプリント制御部は、プリンター側に設けられており、ここには図示しない。
【０１６２】
上述の構成を有するプリンター１１００は、図示しないプリント媒体供給装置によりプラテン１２０９上を搬送されるプリント用紙Ｐに対し、ヘッド１１０１が用紙Ｐの全幅に渡って往復移動しながら記録を行うものであり、ヘッド１１０１は、高密度プリントが可能であるため、高精度で高速のプリントが可能である。
【０１６３】
【発明の効果】
以上説明したように、記録ヘッドに光学素子を設けることでホームポジションセンサや紙センサとも共用できるようになった。
【０１６４】
更には、センサは光学センサであり、このセンサに加えて、発光素子をもインク噴射制御基板に有し、検出精度を向上させることも可能となった。
【０１６５】
更には、同時に記録ヘッドの温度の測定が可能になった。
【０１６６】
更には、複数のヘッドを有した記録ヘッドのレジストレイション補正が可能となった。
【０１６７】
また、実施態様１０、１１においては、従来３６０ｄｐｉの素子密度で６４セグメントのインクジェットプリントヘッド素子基板内には、フォトセンサーのディテクター部の面積がせいぜい０．１ｍｍ２程度の面積しか設けられなかったが、本実施例によりチップサイズを大きくすることなく、広範囲にディテクター部の面積を１．０ｍｍ２以上にする事が可能となった。ディテクター部の面積が１０倍以上になったことでセンサーのＳ／Ｎ比が１０倍以上となった。
【０１６８】
結果、定期的なインクの自動回復が不要となったため、回復操作で消費されるインクが画期的に少なくなり、ヘッドのランニングコストが下がった。例えば、キヤノン製ＢＣ−０１という商品名のインクジェットヘッドを毎日５枚ずつ印字すると数日毎に定期回復を行って約９０日４５０枚印字できたが、本発明方式により約１００日５００枚印字が可能となり、その印字枚数アップ分ランニングコストが下がった。
【０１６９】
更に、回復操作で吸引するインク量が少なくなったのでプリント装置本体のインクタンクを小さくでき、小型、軽量化できた。
【０１７０】
また、センサーとセンサーの処理回路は、ヘッド基体形成と同じプロセスで基体内の余裕スペースに設けられるので、ヘッドのコストを上げることなく、プリンター本体のセンサー処理回路分コストダウンできた。
【０１７１】
更に、従来半導体センサーでイエローインクの検知は難しかったが、保護膜のＰＳＧ層をイエロー系に着色し、光源を選ぶ事で、実用可能なイエローインク内の泡検知が可能になった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のインクジェットヘッドを説明するための図。
【図２】本発明のインクジェットヘッドの平面図。
【図３】本発明のインクジェットヘッドを搭載した記録装置の構成図。
【図４】本発明のインクジェットヘッドを搭載した記録装置のブロック図。
【図５】残検シーケンスのフローを示す図。
【図６】残検シーケンスのフローを示す図。
【図７】検出回路を示す図。
【図８】検出回路の出力電圧を示す図。
【図９】インクの定量を行うためのセンサ出力を示す図。
【図１０】吐出口面から光を照射した場合を示す図。
【図１１】発光部をＳｉ基板に設けた例を示す図。
【図１２】発光部を素子基板上に設けた例を示す図。
【図１３】多色一体ヘッドの例を示す図。
【図１４】４色のインクに対するＶｏｕｔ の検出レベルを示す図。
【図１５】染料濃度に対する出力例を示す図。
【図１６】本発明のヘッドの平面図。
【図１７】天板部がレンズ構造である記録ヘッドの断面図。
【図１８】サイドシュータタイプヘッドを示す図。
【図１９】被記録媒体センサとホームポジションセンサを設けた例を示す図。
【図２０】ホームポジションセンシングのシーケンスフローを示す図。
【図２１】被記録媒体の有無検知のシーケンスフローを示す図。
【図２２】被記録媒体の有無検知と幅検知のシーケンスフローを示す図。
【図２３】検出回路を示す図。
【図２４】センサ部と検出部の回路構成を示すための図。
【図２５】センサ部と検出部の回路構成を示すための図。
【図２６】マルチヘッドの構成を示す図。
【図２７】複数ヘッドでの各ヘッドの発光部との相対位置での出力レベルを示す図。
【図２８】位置ずれ検出の調整フローを示す図。
【図２９】フルライン記録ヘッドを多数個使用した場合を示す図。
【図３０】千鳥配置のフルライン記録ヘッドを示す図。
【図３１】ヘッド交換を行う装置における判定ブロック図。
【図３２】センサのレイアウトを示す図。
【図３３】シリコン半導体フォトセンサの感度波長依存性を示す図。
【図３４】シリコン半導体フォトセンサの素子基板上レイアウトの実施例を示す図。
【図３５】光学センサの素子基板内レイアウトの実施例を示す図。
【図３６】発熱素子周辺図。
【図３７】光学センサの素子基板内レイアウトの実施例を示す図。
【図３８】光学センサの処理回路例を示す図。
【図３９】本発明のプリンタを示す図。
【図４０】ヘッドの模式図。
【図４１】素子基板の等価回路図。
【図４２】素子基板の断面図。
【符号の説明】
１ 記録ヘッド
２ アルミ基板
３ Ｓｉ基板
４ 発熱体
５ 保護膜
６ ＩＣ
７ ボンディングワイヤー
８ 端子
９ 天板部
１０ インク流入部
１１ 共通液室
１２ 圧力室
１３ 発光部
１４ インク流路
１５ ＰＣＢ
１６ 吐出口
１７ 白色板
１８ 受光部
２０ レンズ
２１ インク液滴
２２ プラテン
２３ 記録媒体
Claims (8)
- インクを吐出する吐出口と、該吐出口に連通しインクを吐出するための吐出エネルギー発生素子に対応して設けられたインク流路と、前記吐出エネルギー発生素子が設けられた素子基板と、この素子基板上に設けられた発光素子もしくは受光素子とを有する複数のインクジェットヘッドと、
前記複数のヘッドを搭載するキャリッジと、
キャリッジ外の装置本体内に配され、前記素子基板上に設けられた発光素子もしくは受光素子に対応して設けられた受光素子もしくは発光素子と、前記夫々のヘッドの前記素子基板に設けられた前記発光素子もしくは受光素子とを用い、キャリッジを走査して一方に設けられた発光素子からの光を他方に設けられた受光素子で検知することで、各ヘッドの相対位置を検出する検出手段と、
前記検出手段の検出結果に応じてインクの吐出タイミングを補正する手段とを有するインクジェット記録装置。 - 前記吐出エネルギー発生素子は、前記インク流路に対応して素子基板上に配された発熱素子である請求項１に記載のインクジェット記録装置。
- 前記素子基板上には受光素子が設けられている請求項１に記載のインクジェット記録装置。
- 前記素子基板上には発光素子が設けられている請求項１に記載のインクジェット記録装置。
- インクジェットヘッドがインクの色に対応して複数配されている請求項１に記載のインクジェット記録装置。
- インクを吐出する吐出口と、該吐出口に連通しインクを吐出するための吐出エネルギー発生素子に対応して設けられたインク流路と、前記吐出エネルギー発生素子が設けられた素子基板と、この素子基板上に設けられた発光素子もしくは受光素子とを有する複数のインクジェットヘッドを用いて記録を行なうインクジェット記録装置の制御方法であって、
前記夫々のヘッドの前記素子基板に設けられた発光素子もしくは受光素子と、キャリッジ外の装置本体内に配され、前記素子基板上に設けられた発光素子もしくは受光素子に対応して設けられた受光素子もしくは発光素子とを用い、前記複数のヘッドを搭載するキャリッジを走査して、一方に設けられた発光素子からの光を他方に設けられた受光素子で検知することで、各ヘッドの相対位置を検出する工程と、
前記検出手段の検出結果に応じてインクの吐出タイミングを補正する工程とを有するインクジェット記録装置の制御方法。 - 前記検知する工程は、前記キャリッジを一定速度で移動させながら行う請求項６に記載のインクジェット記録装置の制御方法。
- 前記素子基板には受光素子が設けられており、キャリッジを走査させながら各ヘッドの受光素子からの信号の出力レベルのピーク位置を検出する請求項６に記載のインクジェット記録装置の制御方法。
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