JP4678801B2

JP4678801B2 - Temperature detection circuit and recording apparatus provided with the circuit

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Publication number: JP4678801B2
Application number: JP2000334898A
Authority: JP
Inventors: 和宏中田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2000-11-01
Filing date: 2000-11-01
Publication date: 2011-04-27
Anticipated expiration: 2020-11-01
Also published as: JP2002139385A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は温度検出回路及び該回路を含む記録装置に関するものであり、特に、熱エネルギー変換体が発生する熱エネルギーを利用して記録を行う記録装置に好適な温度検出回路及び該回路を含む記録装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えばワードプロセッサ、パーソナルコンピュータ、ファクシミリ等に於ける情報出力装置として、所望される文字や画像等の情報を用紙やフィルム等シート状の記録媒体に記録を行うプリンタが広く使用されている。
【０００３】
プリンタの記録方式としては様々な方式が知られているが、用紙等の記録媒体に非接触記録が可能である、カラー化が容易である、静粛性に富む、等の理由でインクジェット方式が近年特に注目されており、又その構成としては所望される記録情報に応じてインクを吐出する記録ヘッドを装着すると共に用紙等の記録媒体の送り方向と直角な方向に往復走査しながら記録を行なうシリアル記録方式が安価で小型化が容易などの点から一般的に広く用いられている。
【０００４】
インクジェット方式の中でもインク吐出を行わせるために利用されるエネルギーとして熱エネルギーを発生する手段（例えばヒータ等）を備え、発生された熱エネルギーによりインクの状態変化を生起させる方式では、インクの吐出特性は温度に依存するため、記録ヘッド内部の温度を測定することが適切な吐出特性を得る上で有効である。また、インク切れやノズルの目詰まりが発生するとインクが流れなくなり記録ヘッドが過昇温する恐れがある。これを防止するためには記録ヘッド内部の温度を測定して、温度が上昇した時には適切な処置を施すことが必要となる。
【０００５】
ダイオードの順方向電圧Ｖｆやトランジスタのベース・エミッタ間電圧Ｖｂｅは温度依存性を持つため、温度測定に利用することができる。ＩＣ等の半導体素子の温度を測定したい場合にはこれらの温度特性を利用すれば、半導体回路中のダイオードやトランジスタを温度センサとして使用することができる。
【０００６】
一般的に、記録ヘッドのヒータや駆動回路は半導体回路として半導体基板上に形成されるため、その基板上に温度測定用のダイオードやトランジスタを組み込むことは容易であり、ほとんどコストの上昇を招くこともない。そのため記録ヘッドには従来から温度測定用のダイオードやトランジスタが組み込まれ、温度センサとして使用されていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記ダイオードの順方向電圧Ｖｆやトランジスタのベース・エミッタ間電圧Ｖｂｅの変化を利用して正確に温度を測定するためには、これらの素子に流す電流を一定にする必要がある。このため、従来は定電流回路が使用されているが、安定した定電流回路とするためには、基準電圧発生器を用いたり出力を高インピーダンスにする必要があるため、温度検出回路全体の構成が複雑となりその価格も上昇してしまう。
【０００８】
本発明は以上のような状況に鑑みてなされたものであり、簡単な構成で低コストの温度検出回路及び該回路を備えた記録装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の温度検出回路は、温度検出素子として使用するダイオードと、
非反転入力部と反転入力部とを有する増幅器と、
一端が電源に接続され、他端が前記ダイオードのアノード及び前記増幅器の非反転入力部に接続された第１の抵抗と、
一端が前記増幅器の非反転入力部に接続され、他端が前記増幅器の出力部に接続された第２の抵抗と、
一端が電源に接続され、他端が前記増幅器の反転入力部に接続された第３の抵抗と、
一端が前記第３の抵抗の他端及び前記増幅器の反転入力部に接続された第４の抵抗と、
一端が前記増幅器の反転入力部に接続され、他端が前記増幅器の出力部に接続された第５の抵抗と、を備えており、
前記第１の抵抗、前記第２の抵抗、前記第３の抵抗、前記第５の抵抗の各値に基づいて定められる前記ダイオードに流れる電流値を一定とするために、前記第３の抵抗、前記第４の抵抗、前記第５の抵抗の各値に基づいて定められる前記増幅器の増幅率の値Ａについて、前記第１の抵抗の値をＲ１、前記第２の抵抗の値をＲ２とした場合に、Ｒ２＝Ｒ１×（Ａ−１）の関係を満たすようにＲ２が定められている。
【００１０】
また、上記目的は、上記温度検出回路を備え、電気熱変換体を備えた記録ヘッドを用いて記録を行う記録装置であって、前記温度検出素子が、前記電気熱変換体と同じ素子基体に形成されている。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下添付図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。
【００１３】
本明細書において、「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、有意無意を問わず、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。
【００１４】
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。
【００１５】
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、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。
【００１６】
さらに、以下に用いる「素子基体」という語は、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、各素子や配線などが設けられた基体を示すものである。
【００１７】
さらに、以下の説明で用いる「素子基体上」という表現は、単に素子基体の上を指し示すだけでなく、素子基体の表面、表面近傍の素子基体内部側をも示すものである。また、本発明でいう「作りこみ（ビルトイン(built-in)）」とは、別体の各素子を単に基体上に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などによって素子基体上に一体的に形成、製造することを示すものである。
【００１８】
始めに、以下で説明する本発明に係る記録ヘッドを用いる記録装置の代表的な全体構成および制御構成について説明する。
【００１９】
図２は、本発明の記録ヘッドを用いた記録装置としてのインクジェットプリンタＩＪＲＡの構成の概要を示す外観斜視図である。図２において、駆動モータ５０１３の正逆回転に連動して駆動力伝達ギア５００９〜５０１１を介して回転するリードスクリュー５００５の螺旋溝５００４に対して係合するキャリッジＨＣはピン（不図示）を有し、ガイドレール５００３に支持されて矢印ａ，ｂ方向を往復移動する。キャリッジＨＣには、記録ヘッドＩＪＨとインクタンクＩＴとを内蔵した一体型インクジェットカートリッジＩＪＣが搭載されている。
【００２０】
５００２は紙押え板であり、キャリッジＨＣの移動方向に亙って記録用紙Ｐをプラテン５０００に対して押圧する。５００７，５００８はフォトカプラで、キャリッジのレバー５００６のこの域での存在を確認して、モータ５０１３の回転方向切り換え等を行うためのホームポジション検知器である。
【００２１】
５０１６は記録ヘッドＩＪＨの前面をキャップするキャップ部材５０２２を支持する部材で、５０１５はこのキャップ内を吸引する吸引器で、キャップ内開口５０２３を介して記録ヘッドの吸引回復を行う。５０１７はクリーニングブレードで、５０１９はこのブレードを前後方向に移動可能にする部材であり、本体支持板５０１８にこれらが支持されている。ブレードは、この形態でなく周知のクリーニングブレードが本例に適用できることは言うまでもない。
【００２２】
又、５０２１は、吸引回復の吸引を開始するためのレバーで、キャリッジと係合するカム５０２０の移動に伴って移動し、回復モータからの駆動力がクラッチ切り換え等の公知の伝達機構で移動制御される。
【００２３】
これらのキャッピング、クリーニング、吸引回復は、キャリッジがホームポジション側の領域に来た時にリードスクリュー５００５の作用によってそれらの対応位置で所望の処理が行えるように構成されているが、周知のタイミングで所望の動作を行うようにすれば、本例にはいずれも適用できる。
【００２４】
次に、上述した装置の記録制御を実行するための制御構成について説明する。
【００２５】
図３はインクジェットプリンタＩＪＲＡの制御回路の構成を示すブロック図である。図３において、１はＣＰＵ、２はＲＯＭ、３はプリンタコントロールＩＣ、４はＵＳＢインターフェース、５はパラレルインターフェース、６はＲＡＭ、７は記録ヘッド、８はＥＥＰＲＯＭ、９は増幅回路、１０はキャリッジモータ、１１は紙送りモータ１２はＡＳＦモータ、１３は回復モータ、１４はキャリッジモータドライバ、１５は紙送りモータドライバ、１６はＡＳＦモータドライバ、１７は回復モータドライバ、１８はキャリッジエンコーダ、１９は紙送りエンコーダ、２０はペーパーエンドセンサ、２１はＡＳＦセンサ、２２は回復センサ、２３はキースイッチ、２４はＬＥＤである。
【００２６】
ＣＰＵ１はプリンタ全般を制御するもので、プログラムを実行するプロセッサ部、タイマー、ＡＤコンバータおよび入出力ポート等を内蔵する。ＲＯＭ２はＣＰＵ１が実行するプログラムや制御に必要な各種データを内蔵する。プリンタコントロールＩＣ３はバスラインを介してＣＰＵ１に接続され、ＣＰＵ１からの指示に基づいてＵＳＢインターフェース４、パラレルインターフェース５、ＲＡＭ６、記録ヘッドＩＪＨおよび各種モータを制御する。ＵＳＢインターフェース４およびパラレルインターフェース５はコンピュータ等のホストシステムに接続され、記録データやコマンドを受信する。ＲＡＭ６は受信データや画像データおよびプリンタの制御に必要な作業用データ等の格納に使用される。
【００２７】
記録ヘッドＩＪＨは複数のインクジェットノズルが配列されたインクジェットヘッドであり、プリンタコントロールＩＣ３によって制御される。ＥＥＰＲＯＭ８は電気的書き込みが可能な不揮発性メモリであり、プリンタの設定情報を記憶する。増幅回路９は記録ヘッドＩＪＨに内蔵された温度センサの信号を増幅してＣＰＵ１のＡＤコンバータに入力する。キャリッジモータ１０はプリンタコントロールＩＣ３によって制御され、キャリッジを主走査方向に走査する。紙送りモータ１１はプリンタコントロールＩＣ３によって制御され、記録媒体を副走査方向に搬送する。ＡＳＦモータ１３はプリンタコントロールＩＣ３によって制御され、オートシードフィーダーから記録媒体を給紙する。回復モータ１４はＣＰＵ１によって制御され、記録ヘッドＩＪＨの吐出面の清掃やインクの吸引などの回復操作を行う。キャリッジモータドライバ１４、紙送りモータドライバ１５、ＡＳＦモータドライバ１６および回復モータドライバ１７はＣＰＵ１またはプリンタコントロールＩＣ３が出力するモータの制御信号に基づいて各モータを駆動する。
【００２８】
キャリッジエンコーダ１８はキャリッジの走査量を計測する。紙送りエンコーダ１９は記録媒体の搬送量を計測する。ペーパーエンドセンサ２０は記録媒体の後端を検知する。ＡＳＦセンサ２１はＡＳＦモータ１３の位置決めに使用される。回復センサ２２は回復モータ１４の位置決めに使用される。キースイッチ２３は電源キーと回復キーとで構成され、プリンタの電源投入とエラー状態からの回復に使用される。ＬＥＤ２４は２色の発光ダイオードで、電源の状態を緑色、エラーの状態を橙色のＬＥＤで表示する。
【００２９】
なお、上述のように、インクタンクＩＴと記録ヘッドＩＪＨとは一体的に形成されて交換可能なインクカートリッジＩＪＣを構成しても良いが、これらインクタンクＩＴと記録ヘッドＩＪＨとを分離可能に構成して、インクがなくなったときにインクタンクＩＴだけを交換できるようにしても良い。
【００３０】
図４は、インクタンクと記録ヘッドとが分離可能なインクカートリッジＩＪＣの構成を示す外観斜視図である。インクカートリッジＩＪＣは、図４に示すように、境界線Ｋの位置でインクタンクＩＴと記録ヘッドＩＪＨとが分離可能である。インクカートリッジＩＪＣにはこれがキャリッジＨＣに搭載されたときには、キャリッジＨＣ側から供給される電気信号を受け取るための電極（不図示）が設けられており、この電気信号によって、前述のように記録ヘッドＩＪＨが駆動されてインクが吐出される。
【００３１】
なお、図４において、５００はインク吐出口列である。また、インクタンクＩＴにはインクを保持するために繊維質状もしくは多孔質状のインク吸収体が設けられている。
【００３２】
図５は記録ヘッドＩＪＨ内部の等価回路を示している。図５において、１００は制御回路、１０１はヒータドライバ、１０２はヒータ、１０３は温度センサであり、これらはいずれも同一の素子基体としての半導体基板上に作り込まれている。
【００３３】
制御回路１００は駆動データを格納するシフトレジスタとラッチ、および駆動ノズルを選択するデコーダで構成される。駆動データはプリンタコントロールＩＣ３からデータ信号ＤＡＴＡとクロック信号ＣＬＫによってシリアル転送され制御回路内のシフトレジスタに格納される。格納された駆動データはラッチ信号ＬＴＢによって制御回路内のラッチに移され、ヒート信号ＨＥＢに基づいてデコーダによって選択されたノズルの駆動信号が出力される。
【００３４】
ヒータードライバ１０１は駆動信号によって対応するヒータ１０２の通電を制御する。ヒータ１０２は記録ヘッドの各ノズルに配置された電気熱変換体であり、対応するヒータドライバ１０１が駆動されてヒータ電源ＶＨから通電されるとヒーターが加熱されてインクが発泡することにより、ノズルからインク滴が吐出される。
【００３５】
温度センサ１０３はヒータ１０２の近傍に配置されたダイオードであり、ダイオードの順方向電圧が温度に依存する性質を利用して、アノード側端子ＤＩＡとカソード側端子ＤＩＫとの２つの出力端子からの出力に基づいた記録ヘッド内部の温度の検出に使用される。
【００３６】
以下、上記で説明した記録装置の記録ヘッド内部の温度を検出する本発明の温度検出回路について説明する。
【００３７】
図１は本発明の温度検出回路の実施形態の回路図である。Ｄ１は温度センサ（温度検出素子）として使用するダイオード、Ｑ１は非反転増幅器として使用するオペアンプ、Ｖｃｃは電源である。Ｒ１〜Ｒ５は抵抗であり、Ｖｏは出力を示している。
【００３８】
電源Ｖｃｃに対して抵抗Ｒ１とダイオードＤ１が直列に接続されている。ダイオードＤ１のアノードは非反転増幅器Ｑ１の非反転入力に接続されており、カソードは接地されている。非反転増幅器Ｑ１は、ダイオードセンサＤ１の順方向電圧を温度測定に適したレベルに増幅する。抵抗Ｒ３、Ｒ４およびＲ５によって非反転増幅器Ｑ１の動作点と増幅率が決定される。非反転増幅器Ｑ１の出力ＶｏとダイオードＤ１のアノードとは抵抗Ｒ２で接続されている。
【００３９】
以上のような構成により、非反転増幅器Ｑ１の出力Ｖｏは、ＣＰＵ１内部のＡ／Ｄコンバータに入力される。ＣＰＵ１は入力された信号をＡＤコンバータでアナログデジタル変換することにより、記録ヘッド内部の温度を認識することができる。
【００４０】
以下、図１に示した回路の動作について説明する。
【００４１】
ダイオードＤ１の順方向電圧をＶｆとすると、非反転増幅器Ｑ１の出力電圧Ｖｏは、

で求められる。
【００４２】
ここで、１＋（Ｒ３＋Ｒ４）×Ｒ５／（Ｒ３×Ｒ４）を非反転増幅器Ｑ１の増幅率Ａとすると、
Ｖｏ＝Ａ×Ｖｆ−Ｒ５／Ｒ３×Ｖｃｃ
と表わされる。
【００４３】
抵抗Ｒ１に流れる電流Ｉ１と抵抗Ｒ２に流れる電流Ｉ２はそれぞれ、
Ｉ１＝（Ｖｃｃ−Ｖｆ）／Ｒ１
Ｉ２＝（Ｖｏ−Ｖｆ）／Ｒ２
である。
【００４４】
そして、ダイオードセンサＤ１に流れる電流ＩｆはＩ１とＩ２の和になるので、

となる。
【００４５】
ここでＲ２＝Ｒ１×（Ａ−１）となるようにＲ２の抵抗値を設定すれば、Ｖｆの項が打ち消されるため、
Ｉｆ＝（１／Ｒ１−Ｒ５／（Ｒ３×Ｒ２））×Ｖｃｃ
となり、ＩｆはＶｆによらず一定となる。
【００４６】
以上のように、Ｒ２＝Ｒ１×（Ａ−１）とすることによって、ダイオードＤ１に流れる電流Ｉｆを、Ｖｆによらず一定にすることができ、定電流回路を使用した場合と同等の効果を得ることができる。
【００４７】
以上説明したように本実施形態によれば、独立した定電流回路を必要とすることなく温度センサに一定の電流を流すことが可能になり、精度の良い温度検出回路を安価に実現することができる。
【００４８】
上述のように、インクジェットノズルの吐出特性は温度に依存するため、記録ヘッドの温度に応じて駆動信号のパルス幅を変えることにより、安定した吐出特性を得ることができる。また、インク切れやノズルの目詰まりによってインクの供給が途絶えると、記録ヘッドの駆動ヒータが空焚き状態となって記録ヘッドが過昇温するため、そのまま記録動作を続けると記録ヘッドが劣化することがある。記録ヘッドの温度を監視して、過昇温となった場合は記録動作を停止することにより、記録ヘッドの劣化を防ぐことができる。
【００４９】
【他の実施形態】
上記実施形態では、温度検出回路を構成する部品のうち、記録ヘッドの半導体基板上にはセンサとしてのダイオードのみが作り込まれている例を説明したが、図１に示した温度検出回路の全ての部品が同一の半導体基板上に作り込まれてもよく、これに加えてＡＤコンバータも同じ基板上に作り込まれていてもよい。
【００５０】
以上の実施形態は、特にインクジェット記録方式の中でも、インク吐出を行わせるために利用されるエネルギーとして熱エネルギーを発生する手段（例えば電気熱変換体やレーザ光等）を備え、前記熱エネルギーによりインクの状態変化を生起させる方式を用いることにより記録の高密度化、高精細化が達成できる。
【００５１】
その代表的な構成や原理については、例えば、米国特許第４７２３１２９号明細書、同第４７４０７９６号明細書に開示されている基本的な原理を用いて行うものが好ましい。この方式はいわゆるオンデマンド型、コンティニュアス型のいずれにも適用可能であるが、特に、オンデマンド型の場合には、液体（インク）が保持されているシートや液路に対応して配置されている電気熱変換体に、記録情報に対応していて核沸騰を越える急速な温度上昇を与える少なくとも１つの駆動信号を印加することによって、電気熱変換体に熱エネルギーを発生せしめ、記録ヘッドの熱作用面に膜沸騰を生じさせて、結果的にこの駆動信号に１対１で対応した液体（インク）内の気泡を形成できるので有効である。
【００５２】
この気泡の成長、収縮により吐出用開口を介して液体（インク）を吐出させて、少なくとも１つの滴を形成する。この駆動信号をパルス形状とすると、即時適切に気泡の成長収縮が行われるので、特に応答性に優れた液体（インク）の吐出が達成でき、より好ましい。
【００５３】
このパルス形状の駆動信号としては、米国特許第４４６３３５９号明細書、同第４３４５２６２号明細書に記載されているようなものが適している。なお、上記熱作用面の温度上昇率に関する発明の米国特許第４３１３１２４号明細書に記載されている条件を採用すると、さらに優れた記録を行うことができる。
【００５４】
記録ヘッドの構成としては、上述の各明細書に開示されているような吐出口、液路、電気熱変換体の組み合わせ構成（直線状液流路または直角液流路）の他に熱作用面が屈曲する領域に配置されている構成を開示する米国特許第４５５８３３３号明細書、米国特許第４４５９６００号明細書に記載された構成も本発明に含まれるものである。加えて、複数の電気熱変換体に対して、共通するスロットを電気熱変換体の吐出部とする構成を開示する特開昭５９−１２３６７０号公報や熱エネルギーの圧力波を吸収する開口を吐出部に対応させる構成を開示する特開昭５９−１３８４６１号公報に基づいた構成としても良い。
【００５５】
さらに、記録装置が記録できる最大記録媒体の幅に対応した長さを有するフルラインタイプの記録ヘッドとしては、上述した明細書に開示されているような複数記録ヘッドの組み合わせによってその長さを満たす構成や、一体的に形成された１個の記録ヘッドとしての構成のいずれでもよい。
【００５６】
加えて、上記の実施形態で説明した記録ヘッド自体に一体的にインクタンクが設けられたカートリッジタイプの記録ヘッドのみならず、装置本体に装着されることで、装置本体との電気的な接続や装置本体からのインクの供給が可能になる交換自在のチップタイプの記録ヘッドを用いてもよい。
【００５７】
また、以上説明した記録装置の構成に、記録ヘッドに対する回復手段、予備的な手段等を付加することは記録動作を一層安定にできるので好ましいものである。これらを具体的に挙げれば、記録ヘッドに対してのキャッピング手段、クリーニング手段、加圧あるいは吸引手段、電気熱変換体あるいはこれとは別の加熱素子あるいはこれらの組み合わせによる予備加熱手段などがある。また、記録とは別の吐出を行う予備吐出モードを備えることも安定した記録を行うために有効である。
【００５８】
さらに、記録装置の記録モードとしては黒色等の主流色のみの記録モードだけではなく、記録ヘッドを一体的に構成するか複数個の組み合わせによってでも良いが、異なる色の複色カラー、または混色によるフルカラーの少なくとも１つを備えた装置とすることもできる。
【００５９】
以上説明した実施の形態においては、インクが液体であることを前提として説明しているが、室温やそれ以下で固化するインクであっても、室温で軟化もしくは液化するものを用いても良く、あるいはインクジェット方式ではインク自体を３０°Ｃ以上７０°Ｃ以下の範囲内で温度調整を行ってインクの粘性を安定吐出範囲にあるように温度制御するものが一般的であるから、使用記録信号付与時にインクが液状をなすものであればよい。
【００６０】
加えて、積極的に熱エネルギーによる昇温をインクの固形状態から液体状態への状態変化のエネルギーとして使用せしめることで積極的に防止するため、またはインクの蒸発を防止するため、放置状態で固化し加熱によって液化するインクを用いても良い。いずれにしても熱エネルギーの記録信号に応じた付与によってインクが液化し、液状インクが吐出されるものや、記録媒体に到達する時点では既に固化し始めるもの等のような、熱エネルギーの付与によって初めて液化する性質のインクを使用する場合も本発明は適用可能である。
【００６１】
このような場合インクは、特開昭５４−５６８４７号公報あるいは特開昭６０−７１２６０号公報に記載されるような、多孔質シート凹部または貫通孔に液状または固形物として保持された状態で、電気熱変換体に対して対向するような形態としてもよい。本発明においては、上述した各インクに対して最も有効なものは、上述した膜沸騰方式を実行するものである。
【００６２】
なお、本発明は、複数の機器（例えばホストコンピュータ、インタフェイス機器、リーダ、プリンタなど）から構成されるシステムに適用しても、一つの機器からなる装置（例えば、複写機、ファクシミリ装置など）に適用してもよい。
【００６３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、増幅器の非反転入力と増幅器の出力との間に接続する抵抗を定めることで、温度センサの出力を増幅する増幅機能と温度センサに一定の電流を流す定電流機能との２つの機能を増幅器に持たせることができる。この構成により、温度検出回路に独立した定電流回路を設ける必要がなく温度センサに一定の電流を流すことが可能になり、精度の良い温度検出回路を安価に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の温度検出回路の実施形態の回路図である。
【図２】本発明に係る記録装置の好適な実施形態の外観斜視図である。
【図３】図２の記録装置の制御構成を示すブロック図である。
【図４】図２の記録装置のインクジェットカートリッジを示す図である。
【図５】図２の記録装置の記録ヘッドの等価回路を示す回路図である。
【符号の説明】
Ｄ１ダイオード
Ｑ１非反転増幅器
Ｒ１〜Ｒ５抵抗[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a temperature detection circuit and a recording apparatus including the circuit, and in particular, a temperature detection circuit suitable for a recording apparatus that performs recording using thermal energy generated by a thermal energy converter and a recording including the circuit. It relates to the device.
[0002]
[Prior art]
For example, as information output devices in word processors, personal computers, facsimiles, and the like, printers that record desired information such as characters and images on a sheet-like recording medium such as paper or film are widely used.
[0003]
Various types of recording methods are known for printers, but inkjet methods have recently been used for reasons such as non-contact recording on recording media such as paper, easy colorization, and high quietness. It has attracted particular attention, and as its configuration, a serial head that performs recording while mounting a recording head that ejects ink according to desired recording information and reciprocating scanning in a direction perpendicular to the feeding direction of a recording medium such as paper In general, the recording method is widely used because it is inexpensive and easy to downsize.
[0004]
In the ink jet method, a means (for example, a heater) that generates thermal energy as energy used to perform ink discharge is provided, and the ink discharge characteristics are caused in the ink state change caused by the generated thermal energy. Since it depends on temperature, it is effective to measure the temperature inside the recording head to obtain appropriate ejection characteristics. In addition, if the ink runs out or the nozzles are clogged, the ink may not flow and the recording head may overheat. In order to prevent this, it is necessary to measure the temperature inside the recording head and take appropriate measures when the temperature rises.
[0005]
Since the forward voltage Vf of the diode and the base-emitter voltage Vbe of the transistor have temperature dependence, they can be used for temperature measurement. When it is desired to measure the temperature of a semiconductor element such as an IC, a diode or a transistor in the semiconductor circuit can be used as a temperature sensor by utilizing these temperature characteristics.
[0006]
In general, since the heater and drive circuit of the print head are formed on a semiconductor substrate as a semiconductor circuit, it is easy to incorporate a temperature measuring diode or transistor on the substrate, which causes an increase in cost. Nor. For this reason, a diode or transistor for temperature measurement has been conventionally incorporated in the recording head and used as a temperature sensor.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, in order to accurately measure the temperature using changes in the forward voltage Vf of the diode and the base-emitter voltage Vbe of the transistor, it is necessary to make the current flowing through these elements constant. For this reason, a constant current circuit is conventionally used, but in order to obtain a stable constant current circuit, it is necessary to use a reference voltage generator or to make the output high impedance. Becomes complicated and its price increases.
[0008]
The present invention has been made in view of the above situation, and an object thereof is to provide a low-cost temperature detection circuit with a simple configuration and a recording apparatus including the circuit.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a temperature detection circuit of the present invention includes a diode used as a temperature detection element,
An amplifier having a non-inverting input and an inverting input ;
A first resistor having one end connected to a power source and the other end connected to the anode of the diode and the non-inverting input of the amplifier ;
A second resistor having one end connected to the non-inverting input of the amplifier and the other end connected to the output of the amplifier ;
A third resistor having one end connected to the power supply and the other end connected to the inverting input of the amplifier;
A fourth resistor having one end connected to the other end of the third resistor and the inverting input of the amplifier;
A fifth resistor having one end connected to the inverting input of the amplifier and the other end connected to the output of the amplifier;
In order to make constant the value of the current flowing through the diode determined based on the values of the first resistance, the second resistance, the third resistance, and the fifth resistance, the third resistance, Regarding the amplification factor value A of the amplifier determined based on the values of the fourth resistor and the fifth resistor, the value of the first resistor is R1, and the value of the second resistor is R2. In this case, R2 is determined so as to satisfy the relationship of R2 = R1 × (A-1) .
[0010]
The above-described object, the example Bei the temperature detection circuit, a recording apparatus for recording using a recording head having an electrothermal transducer, before Symbol temperature detecting element is the same element and the electrothermal transducers that is formed on the basis thereof.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Preferred embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.
[0013]
In this specification, “recording” (sometimes referred to as “printing”) is not only for forming significant information such as characters and graphics, but also for human beings, regardless of whether it is significant or not. Regardless of whether or not it has been manifested, it also represents a case where an image, a pattern, a pattern or the like is widely formed on a recording medium or the medium is processed.
[0014]
“Recording medium” refers not only to paper used in general recording apparatuses but also widely to cloth, plastic film, metal plate, glass, ceramics, wood, leather, and the like that can accept ink. Shall.
[0015]
Furthermore, “ink” (sometimes referred to as “liquid”) is to be interpreted broadly in the same way as the definition of “recording (printing)” above. It represents a liquid that can be used for forming a pattern or the like, processing a recording medium, or processing an ink (for example, solidification or insolubilization of a colorant in ink applied to the recording medium).
[0016]
Furthermore, the term “element base” used below does not indicate a simple base made of a silicon semiconductor but a base provided with each element, wiring, and the like.
[0017]
Furthermore, the expression “on the element substrate” used in the following description not only indicates the element substrate, but also indicates the surface of the element substrate and the inside of the element substrate near the surface. In addition, the term “built-in” as used in the present invention is not a word indicating that each separate element is simply placed on a substrate, but each element is a manufacturing process of a semiconductor circuit. It shows that it is integrally formed and manufactured on the element substrate by the above.
[0018]
First, a typical overall configuration and control configuration of a recording apparatus using a recording head according to the present invention described below will be described.
[0019]
FIG. 2 is an external perspective view showing an outline of the configuration of an inkjet printer IJRA as a recording apparatus using the recording head of the present invention. In FIG. 2, the carriage HC that engages with the spiral groove 5004 of the lead screw 5005 that rotates via the driving force transmission gears 5009 to 5011 in conjunction with forward and reverse rotation of the drive motor 5013 has a pin (not shown). It is supported by the guide rail 5003 and reciprocates in the directions of arrows a and b. On the carriage HC, an integrated ink jet cartridge IJC incorporating a recording head IJH and an ink tank IT is mounted.
[0020]
A paper pressing plate 5002 presses the recording paper P against the platen 5000 in the moving direction of the carriage HC.

Reference numerals

5007 and 5008 denote photo-couplers which are home position detectors for confirming the presence of the carriage lever 5006 in this region and switching the rotation direction of the motor 5013.
[0021]
Reference numeral 5016 denotes a member that supports a cap member 5022 that caps the front surface of the recording head IJH. Reference numeral 5015 denotes a suction unit that sucks the inside of the cap, and performs suction recovery of the recording head through the cap opening 5023. Reference numeral 5017 denotes a cleaning blade, and reference numeral 5019 denotes a member that enables the blade to move in the front-rear direction, and these are supported by a main body support plate 5018. Needless to say, the blade is not in this form, and a known cleaning blade can be applied to this example.
[0022]
Reference numeral 5021 denotes a lever for starting suction for suction recovery, which moves in accordance with the movement of the cam 5020 engaged with the carriage, and the driving force from the recovery motor is controlled by a known transmission mechanism such as clutch switching. Is done.
[0023]
These capping, cleaning, and suction recovery are configured so that desired processing can be performed at their corresponding positions by the action of the lead screw 5005 when the carriage comes to the home position side region. As long as the above operation is performed, any of these can be applied to this example.
[0024]
Next, a control configuration for executing the recording control of the above-described apparatus will be described.
[0025]
FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the control circuit of the inkjet printer IJRA. In FIG. 3, 1 is a CPU, 2 is a ROM, 3 is a printer control IC, 4 is a USB interface, 5 is a parallel interface, 6 is a RAM, 7 is a recording head, 8 is an EEPROM, 9 is an amplifier circuit, and 10 is a carriage motor. , 11 is an ASF motor, 13 is a recovery motor, 13 is a recovery motor, 14 is a carriage motor driver, 15 is a paper feed motor driver, 16 is an ASF motor driver, 17 is a recovery motor driver, 18 is a carriage encoder, 19 is paper feed An encoder, 20 is a paper end sensor, 21 is an ASF sensor, 22 is a recovery sensor, 23 is a key switch, and 24 is an LED.
[0026]
The CPU 1 controls the entire printer and includes a processor unit that executes a program, a timer, an AD converter, an input / output port, and the like. The ROM 2 contains programs executed by the CPU 1 and various data necessary for control. The printer control IC 3 is connected to the CPU 1 via a bus line, and controls the USB interface 4, the parallel interface 5, the RAM 6, the recording head IJH, and various motors based on instructions from the CPU 1. The USB interface 4 and the parallel interface 5 are connected to a host system such as a computer and receive recording data and commands. The RAM 6 is used for storing received data, image data, work data necessary for printer control, and the like.
[0027]
The recording head IJH is an ink jet head in which a plurality of ink jet nozzles are arranged, and is controlled by the printer control IC 3. The EEPROM 8 is an electrically writable non-volatile memory, and stores printer setting information. The amplifier circuit 9 amplifies the signal of the temperature sensor built in the recording head IJH and inputs it to the AD converter of the CPU 1. The carriage motor 10 is controlled by the printer control IC 3 and scans the carriage in the main scanning direction. The paper feed motor 11 is controlled by the printer control IC 3 and transports the recording medium in the sub-scanning direction. The ASF motor 13 is controlled by the printer control IC 3 and feeds the recording medium from the auto seed feeder. The recovery motor 14 is controlled by the CPU 1 and performs recovery operations such as cleaning of the ejection surface of the recording head IJH and suction of ink. The carriage motor driver 14, paper feed motor driver 15, ASF motor driver 16 and recovery motor driver 17 drive each motor based on motor control signals output from the CPU 1 or printer control IC 3.
[0028]
The carriage encoder 18 measures the scanning amount of the carriage. The paper feed encoder 19 measures the conveyance amount of the recording medium. The paper end sensor 20 detects the rear end of the recording medium. The ASF sensor 21 is used for positioning the ASF motor 13. The recovery sensor 22 is used for positioning the recovery motor 14. The key switch 23 includes a power key and a recovery key, and is used for powering on the printer and recovering from an error state. The LED 24 is a two-color light emitting diode, and the power status is displayed in green, and the error status is displayed in orange.
[0029]
As described above, the ink tank IT and the recording head IJH may be integrally formed to constitute a replaceable ink cartridge IJC. However, the ink tank IT and the recording head IJH can be separated from each other. Then, only the ink tank IT may be exchanged when the ink runs out.
[0030]
FIG. 4 is an external perspective view showing the configuration of the ink cartridge IJC in which the ink tank and the recording head can be separated. In the ink cartridge IJC, as shown in FIG. 4, the ink tank IT and the recording head IJH can be separated at the position of the boundary line K. When the ink cartridge IJC is mounted on the carriage HC, an electrode (not shown) for receiving an electric signal supplied from the carriage HC side is provided, and by this electric signal, the recording head IJH as described above is provided. Is driven to eject ink.
[0031]
In FIG. 4, reference numeral 500 denotes an ink ejection port array. The ink tank IT is provided with a fibrous or porous ink absorber to hold ink.
[0032]
FIG. 5 shows an equivalent circuit inside the recording head IJH. In FIG. 5, 100 is a control circuit, 101 is a heater driver, 102 is a heater, and 103 is a temperature sensor, both of which are built on a semiconductor substrate as the same element substrate.
[0033]
The control circuit 100 includes a shift register and a latch that store drive data, and a decoder that selects a drive nozzle. The drive data is serially transferred from the printer control IC 3 by the data signal DATA and the clock signal CLK and stored in a shift register in the control circuit. The stored drive data is transferred to a latch in the control circuit by a latch signal LTB, and a nozzle drive signal selected by the decoder based on the heat signal HEB is output.
[0034]
The heater driver 101 controls energization of the corresponding heater 102 by a drive signal. The heater 102 is an electrothermal transducer disposed in each nozzle of the recording head. When the corresponding heater driver 101 is driven and energized from the heater power source VH, the heater is heated and the ink foams, so that the nozzle 102 Ink droplets are ejected.
[0035]
The temperature sensor 103 is a diode disposed in the vicinity of the heater 102, and outputs from two output terminals of the anode side terminal DIA and the cathode side terminal DIK by utilizing the property that the forward voltage of the diode depends on the temperature. Is used to detect the temperature inside the recording head based on the above.
[0036]
Hereinafter, the temperature detection circuit of the present invention for detecting the temperature inside the recording head of the recording apparatus described above will be described.
[0037]
FIG. 1 is a circuit diagram of an embodiment of a temperature detection circuit of the present invention. D1 is a diode used as a temperature sensor (temperature detection element), Q1 is an operational amplifier used as a non-inverting amplifier, and Vcc is a power supply. R1 to R5 are resistors, and Vo represents an output.
[0038]
A resistor R1 and a diode D1 are connected in series to the power supply Vcc. The anode of the diode D1 is connected to the non-inverting input of the non-inverting amplifier Q1, and the cathode is grounded. The non-inverting amplifier Q1 amplifies the forward voltage of the diode sensor D1 to a level suitable for temperature measurement. Resistors R3, R4 and R5 determine the operating point and amplification factor of non-inverting amplifier Q1. The output Vo of the non-inverting amplifier Q1 and the anode of the diode D1 are connected by a resistor R2.
[0039]
With the configuration described above, the output Vo of the non-inverting amplifier Q1 is input to the A / D converter in the CPU1. The CPU 1 can recognize the temperature inside the recording head by analog-to-digital conversion of the input signal using an AD converter.
[0040]
The operation of the circuit shown in FIG. 1 will be described below.
[0041]
When the forward voltage of the diode D1 is Vf, the output voltage Vo of the non-inverting amplifier Q1 is

Is required.
[0042]
Here, assuming that 1+ (R3 + R4) × R5 / (R3 × R4) is the amplification factor A of the non-inverting amplifier Q1,
Vo = A × Vf−R5 / R3 × Vcc
It is expressed as
[0043]
The current I1 flowing through the resistor R1 and the current I2 flowing through the resistor R2 are respectively
I1 = (Vcc−Vf) / R1
I2 = (Vo−Vf) / R2
It is.
[0044]
Since the current If flowing through the diode sensor D1 is the sum of I1 and I2,

It becomes.
[0045]
Here, if the resistance value of R2 is set so that R2 = R1 × (A−1), the term of Vf is canceled out.
If = (1 / R1-R5 / (R3 × R2)) × Vcc
If becomes constant regardless of Vf.
[0046]
As described above, by setting R2 = R1 × (A−1), the current If flowing through the diode D1 can be made constant regardless of Vf, and the same effect as that obtained when the constant current circuit is used can be obtained. Obtainable.
[0047]
As described above, according to the present embodiment, a constant current can be passed through the temperature sensor without the need for an independent constant current circuit, and an accurate temperature detection circuit can be realized at low cost. it can.
[0048]
As described above, since the ejection characteristics of the inkjet nozzle depend on the temperature, stable ejection characteristics can be obtained by changing the pulse width of the drive signal in accordance with the temperature of the recording head. Also, if ink supply is interrupted due to running out of ink or nozzle clogging, the recording head drive heater will become empty and the recording head will overheat, so the recording head will deteriorate if the recording operation continues. There is. The temperature of the recording head is monitored, and when the temperature rises excessively, the recording operation is stopped to prevent the recording head from deteriorating.
[0049]
[Other Embodiments]
In the above-described embodiment, the example in which only the diode as the sensor is formed on the semiconductor substrate of the recording head among the components configuring the temperature detection circuit has been described. However, all of the temperature detection circuits illustrated in FIG. These components may be fabricated on the same semiconductor substrate, and in addition to this, the AD converter may be fabricated on the same substrate.
[0050]
The above embodiment includes means (for example, an electrothermal converter, a laser beam, etc.) that generates thermal energy as energy used for performing ink discharge, particularly in the ink jet recording system, and the ink is generated by the thermal energy. By using a system that causes a change in the state of recording, it is possible to achieve higher recording density and higher definition.
[0051]
As its typical configuration and principle, for example, those performed using the basic principle disclosed in US Pat. Nos. 4,723,129 and 4,740,796 are preferable. This method can be applied to both the so-called on-demand type and continuous type. In particular, in the case of the on-demand type, it is arranged corresponding to the sheet or liquid path holding the liquid (ink). By applying at least one drive signal corresponding to the recorded information and applying a rapid temperature rise exceeding nucleate boiling to the electrothermal transducer, the thermal energy is generated in the electrothermal transducer, and the recording head This is effective because film boiling occurs on the heat acting surface of the liquid, and as a result, bubbles in the liquid (ink) corresponding to the drive signal on a one-to-one basis can be formed.
[0052]
By the growth and contraction of the bubbles, liquid (ink) is ejected through the ejection opening to form at least one droplet. It is more preferable that the drive signal has a pulse shape, since the bubble growth and contraction is performed immediately and appropriately, and thus it is possible to achieve discharge of a liquid (ink) having particularly excellent responsiveness.
[0053]
As this pulse-shaped drive signal, those described in US Pat. Nos. 4,463,359 and 4,345,262 are suitable. Further excellent recording can be performed by employing the conditions described in US Pat. No. 4,313,124 of the invention relating to the temperature rise rate of the heat acting surface.
[0054]
As the configuration of the recording head, in addition to the combination configuration (straight liquid flow path or right-angle liquid flow path) of the discharge port, the liquid path, and the electrothermal transducer as disclosed in each of the above-mentioned specifications, the heat acting surface The configurations described in US Pat. No. 4,558,333 and US Pat. No. 4,459,600, which disclose a configuration in which is arranged in a bending region, are also included in the present invention. In addition, Japanese Patent Application Laid-Open No. 59-123670, which discloses a configuration in which a common slot is used as a discharge portion of an electrothermal transducer, or an opening that absorbs a pressure wave of thermal energy is discharged to a plurality of electrothermal transducers. A configuration based on Japanese Patent Laid-Open No. 59-138461 disclosing a configuration corresponding to each part may be adopted.
[0055]
Furthermore, as a full-line type recording head having a length corresponding to the width of the maximum recording medium that can be recorded by the recording apparatus, the length is satisfied by a combination of a plurality of recording heads as disclosed in the above specification. Either a configuration or a configuration as a single recording head formed integrally may be used.
[0056]
In addition to the cartridge-type recording head in which the ink tank is integrally provided in the recording head itself described in the above embodiment, it can be electrically connected to the apparatus body by being attached to the apparatus body. A replaceable chip type recording head that can supply ink from the apparatus main body may be used.
[0057]
In addition, it is preferable to add recovery means, preliminary means, and the like for the recording head to the configuration of the recording apparatus described above because the recording operation can be further stabilized. Specific examples thereof include a capping unit for the recording head, a cleaning unit, a pressurizing or sucking unit, an electrothermal converter, a heating element different from this, or a preheating unit using a combination thereof. In addition, it is effective to provide a preliminary ejection mode for performing ejection different from recording in order to perform stable recording.
[0058]
Further, the recording mode of the recording apparatus is not limited to the recording mode of only the mainstream color such as black, but the recording head may be integrated or may be a combination of a plurality of colors. An apparatus having at least one of full colors can also be provided.
[0059]
In the embodiment described above, the description is made on the assumption that the ink is a liquid, but it may be an ink that is solidified at room temperature or lower, or an ink that is softened or liquefied at room temperature, Alternatively, the ink jet method generally controls the temperature of the ink so that the viscosity of the ink is within a stable discharge range by adjusting the temperature within a range of 30 ° C. or higher and 70 ° C. or lower. It is sufficient if the ink sometimes forms a liquid.
[0060]
In addition, it is solidified in a stand-by state in order to actively prevent temperature rise by heat energy as energy for changing the state of ink from the solid state to the liquid state, or to prevent ink evaporation. Ink that is liquefied by heating may be used. In any case, by applying heat energy according to a recording signal of thermal energy, the ink is liquefied and liquid ink is ejected, or when it reaches the recording medium, it already starts to solidify. The present invention can also be applied to the case where ink having a property of being liquefied for the first time is used.
[0061]
In such a case, the ink is held as a liquid or solid in a porous sheet recess or through-hole as described in JP-A-54-56847 or JP-A-60-71260, It is good also as a form which opposes with respect to an electrothermal converter. In the present invention, the most effective one for each of the above-described inks is to execute the above-described film boiling method.
[0062]
Note that the present invention can be applied to a system including a plurality of devices (for example, a host computer, an interface device, a reader, and a printer), and a device (for example, a copying machine and a facsimile device) including a single device. You may apply to.
[0063]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, by defining a resistor connected between the non-inverting input of the amplifier and the output of the amplifier, an amplification function for amplifying the output of the temperature sensor and a constant current flow through the temperature sensor. The amplifier can have two functions, a constant current function. With this configuration, it is not necessary to provide an independent constant current circuit in the temperature detection circuit, it is possible to flow a constant current through the temperature sensor, and an accurate temperature detection circuit can be realized at low cost.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram of an embodiment of a temperature detection circuit of the present invention.
FIG. 2 is an external perspective view of a preferred embodiment of a recording apparatus according to the present invention.
FIG. 3 is a block diagram showing a control configuration of the recording apparatus of FIG. 2;
4 is a view showing an ink jet cartridge of the recording apparatus of FIG. 2;
FIG. 5 is a circuit diagram illustrating an equivalent circuit of a recording head of the recording apparatus of FIG.
[Explanation of symbols]
D1 Diode Q1 Non-inverting amplifier R1 to R5 Resistor

Claims

A diode used as a temperature detection element;
An amplifier having a non-inverting input and an inverting input ;
A first resistor having one end connected to a power source and the other end connected to the anode of the diode and the non-inverting input of the amplifier ;
A second resistor having one end connected to the non-inverting input of the amplifier and the other end connected to the output of the amplifier ;
A third resistor having one end connected to the power supply and the other end connected to the inverting input of the amplifier;
A fourth resistor having one end connected to the other end of the third resistor and the inverting input of the amplifier;
A fifth resistor having one end connected to the inverting input of the amplifier and the other end connected to the output of the amplifier;
In order to make constant the value of the current flowing through the diode determined based on the values of the first resistor, the second resistor, the third resistor, and the fifth resistor, the third resistor, Regarding the amplification factor value A of the amplifier determined based on the values of the fourth resistor and the fifth resistor, the value of the first resistor is R1, and the value of the second resistor is R2. In this case, R2 is determined so as to satisfy the relationship of R2 = R1 × (A−1) .

E Bei temperature detection circuit according to claim 1, a recording apparatus for recording by using a recording head having an electrothermal transducer,
Recording apparatus before Symbol temperature detecting element, characterized in that it is formed in the same element group body and the electrothermal transducers.

The recording apparatus according to claim 2, wherein the recording apparatus further includes control means for controlling the recording apparatus, and the amplifier outputs to the control means.

The recording apparatus according to claim 2 , wherein the recording head is an ink jet recording head that performs recording by discharging ink.