JP5213367B2 - インクジェット記録ヘッド - Google Patents

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Description

本発明は、インクを噴射し飛翔液滴を形成して記録を行うインクジェット記録ヘッドに関し、特に、加熱用発熱抵抗体によってインクを昇温させた状態で、インクを吐出するための吐出用発熱抵抗体を駆動するインクジェット記録ヘッドに関する。
サーマル方式のインクジェット記録ヘッドは、吐出用発熱抵抗体に駆動エネルギーを印加してインクを膜沸騰させ、それにより生じるエネルギーによって吐出口からインク滴を吐出して記録を行う。一般に、インクジェット記録ヘッドで使用するインクは、インク温度が上昇するのに従って粘度が低下する。そのため、吐出用発熱抵抗体に一定量の駆動エネルギーを印加した場合であっても、インクジェット記録ヘッドのヘッド温度やインクのインク温度によってインクの発泡状態が変化するため、吐出量が変わってしまう。インクジェット記録ヘッドのヘッド温度が低い場合、特にしばらくインクを吐出しない状態からの一発目の吐出特性（以下、発一特性）においては、吐出量が非常に少ない場合もある。また逆に、環境温度の上昇や連続的な使用によりインクジェット記録ヘッドのヘッド温度が上昇している場合などでは、インク吐出量が多くなったり、インクの発泡状態が不安定になったりする。これらの状態が記録動作の途中に混在することで、被記録媒体に記録される画像の色濃度や色調が変化し、画像品位が低下してしまう。
このような画像品位の低下を避けるために、様々な方法が採られている。特許文献１には、記録ヘッドの半導体素子（以下、記録素子基板と称する）内にヘッド温度検出用素子（以下、ヘッド温度センサと称する）が設けられ、インクジェット記録ヘッドのヘッド温度を検出する構成が開示されている。そして、ヘッド温度センサで検出した温度に応じて、吐出用発熱抵抗体を駆動する際の駆動パルスの波形を調整するような方法が採られている。
また、特許文献２には、インクジェット記録ヘッドを加熱するための加熱用発熱抵抗体が、記録素子基板上の吐出用発熱抵抗体と同一層に設けられている構成が開示されている。この加熱用発熱抵抗体を駆動してインクの予備加熱を行い、インクジェット記録ヘッドの低温時における吐出特性の悪化を解消している。
さらに、特許文献３には、加熱用発熱抵抗体が、基板上の吐出用発熱抵抗体が形成されている層に対して、インク流路が形成されていない側（以下、基板下層）に形成される構成が開示されている。この特許文献３には、ＩＣ回路で使用される層を用いて形成し、記録素子基板が必要以上に大きくなることを防ぐ方法や、製造工程の増加を防ぐ方法が記載されている。
また、インクジェット記録ヘッドのヘッド温度が低い場合など、インクを吐出した後に吐出用発熱抵抗体の部分にインクが供給され難いことへの対策が特許文献４に開示されている。すなわち、特許文献４には、吐出用発熱抵抗体の基板上層かつ共通液室部分に加熱用発熱抵抗体が形成され、吐出用発熱抵抗体の部分にインクが流れやすいようにする構成が記載されている。
近年、インクジェット記録ヘッドは、高密度、高精細化が図られ、非常に小さいインク滴を用いたインクジェット記録ヘッドが提案されている。このインクジェット記録ヘッドの中には、様々な種類の画像を記録する必要性や記録速度などの観点から、同一インクで複数種のインク吐出量のインク滴を、同一のインクジェット記録ヘッドから吐出するものも提案されている。なお、吐出量が異なる場合でもインクが共通の場合は、１つのインク供給口からインクが供給される構造を採ることが多い。
また、吐出量を小さくする方法としては、吐出口径やインク流路の大きさを小さくする方法や、吐出用発熱抵抗体の発熱量を少なくする方法などが一般的に行われている。吐出口径が小さいと、吐出口近傍からのインクは吐出口からの水分などの蒸発によるインク増粘の影響を受けやすく、発一特性が悪くなる傾向にある。また、インクの粘度が変わることにより、被記録媒体に記録される画像の色濃度や色調が変わってしまい、スジ、ムラ等の画像品位が低下してしまう場合がある。その対策として、あらかじめインクを加熱し、インクの粘度を下げておくことが必要になる。
特開平５−３１９０５号公報 特開平３−５１５１号公報 特開平１０−７７４号公報 特開平４−５０６４８１号公報
しかしながら、従来の技術では、以下のような課題がある。
記録素子基板全体を加熱すると、吐出量の差に関わらず記録素子基板全体の温度が上がってしまう。つまり、相対的に小さい吐出量に合わせて記録素子基板を加熱すると、相対的に大きい吐出量部分の吐出量が多くなり過ぎ、インクの吐出が不安定となる。また、相対的に大きい吐出量に合わせて記録素子基板を加熱すると、相対的に小さい吐出量インクの発一特性が悪くなってしまう。
また、各インク流路にインクを供給するための共通液室が、インク流路に対して吐出口と反対側（以下、インク流路後方）に形成されているため、共通液室部分を加熱すると、インク流路後方のインク自身の抵抗が小さくなる。そのため、記録素子基板全体を加温する場合に比べて共通液室部分のみを加熱する場合は、吐出用発熱抵抗体により大きい駆動エネルギーを投入しなければ、同一吐出量が得られない。
インクジェット記録ヘッドを加熱する際に、吐出用発熱抵抗体にインクが発泡しない程度の駆動パルスを与える方法を用いることが考えられる。しかし、その際には、複雑なパルス制御による記録速度の低下や製造コストの増加、インクジェット記録ヘッドのヘッド温度を上昇させるために時間を要することによる記録速度の低下を招いてしまう。さらに、記録動作中に温度制御する場合には、記録速度が低下してしまうという悪影響があった。
また、加熱用発熱抵抗体を用いる従来技術において、吐出用発熱抵抗体と同一平面上に加熱用発熱抵抗体を設ける場合は、各々の抵抗体を駆動するための配線を配置することが必要となり、記録素子基板が大きくなってしまい、製造コストが増加してしまう。
また、吐出用発熱抵抗体の基板下層に加熱用発熱抵抗体を形成する場合には、吐出用発熱抵抗体に用いる材料が薄く形成されるため、下地層の段差を無くす必要がある。そのため、加熱用発熱抵抗体を形成した後に絶縁層を形成し、この絶縁層の薄膜の平坦化工程が必要となる場合があった。
そこで、本発明は、複数種の吐出量を有するインクジェット記録ヘッドにおいて、発一特性や、色濃度や色調の変化による画像品位の低下を抑えることができ、異なる吐出量のインクを吐出する各種の吐出口から安定した吐出量を得ることができるインクジェット記録ヘッドを提供すること目的とする。
上述した目的を達成するため、本発明に係るインクジェット記録ヘッドは、基板と、前記基板の面上に設けられた、第１の吐出口からインク滴を吐出するための熱エネルギーを発生する、第１の吐出用発熱抵抗体と、前記基板の面上に設けられた、前記第１の吐出口より径の小さな第２の吐出口からインク滴を吐出するための熱エネルギーを発生する、第２の吐出用発熱抵抗体と、前記第１の吐出用発熱抵抗体と前記第２の吐出用発熱抵抗体とを被覆するように設けられた保護膜と、前記第１の吐出用発熱抵抗体の上部領域に対応する前記保護膜の上の少なくとも一部を覆うように導電材料で設けられ、インクを予備的に加熱するための熱エネルギーを発生する第１の加熱用発熱抵抗体と、前記第２の吐出用発熱抵抗体の上部領域に対応する前記保護膜の上の少なくとも一部を覆うように導電材料で設けられ、インクを予備的に加熱するための熱エネルギーを発生する第２の加熱用発熱抵抗体と、前記第１の吐出口と前記第２の吐出口とにそれぞれインクを供給するために用いられるインク流路と、を有し、前記第１の加熱用発熱抵抗体と前記第２の加熱用発熱抵抗体とは、前記基板の前記面に垂直な方向から見て、前記第１の吐出用発熱抵抗体と前記第２の吐出用発熱抵抗体の外周をそれぞれ囲むように、前記インク流路に露出して設けられており、前記第１の加熱用発熱抵抗体の発熱量は、前記第２の加熱用発熱抵抗体の発熱量よりも少ないことを特徴とする。
また、本発明に係る他のインクジェット記録ヘッドは、基板と、前記基板の面上に設けられた、第１の吐出口からインク滴を吐出するための熱エネルギーを発生する、第１の吐出用発熱抵抗体と、前記基板の面上に設けられた、前記第１の吐出口より径の小さな第２の吐出口からインク滴を吐出するための熱エネルギーを発生する、第２の吐出用発熱抵抗体と、前記第１の吐出用発熱抵抗体と前記第２の吐出用発熱抵抗体とを被覆するように設けられた保護膜と、前記第１の吐出用発熱抵抗体の上部領域に対応する前記保護膜の上の少なくとも一部を覆うように導電材料で設けられ、インクを予備的に加熱するための熱エネルギーを発生する第１の加熱用発熱抵抗体と、前記第２の吐出用発熱抵抗体の上部領域に対応する前記保護膜の上の少なくとも一部を覆うように導電材料で設けられ、インクを予備的に加熱するための熱エネルギーを発生する第２の加熱用発熱抵抗体と、前記第１の吐出口と前記第２の吐出口とにそれぞれインクを供給するために用いられるインク流路と、
を有し、前記第１の加熱用発熱抵抗体の少なくとも一部と前記第２の加熱用発熱抵抗体の少なくとも一部とが、前記基板の前記面に垂直な方向から見て、前記第１の吐出用発熱抵抗体と前記第２の吐出用発熱抵抗体にそれぞれ重なるように、前記第１の加熱用発熱抵抗体と前記第２の加熱用発熱抵抗体とは前記インク流路に露出して設けられており、前記第１の加熱用発熱抵抗体の発熱量は、前記第２の加熱用発熱抵抗体の発熱量よりも少ないことを特徴とする。
なお、本発明における「記録」とは、文字や図形等の意味を持つ画像を被記録媒体に対して付与することだけでなく、パターン等の意味を持たない画像を付与することも意味する。
本発明によれば、複数種の吐出量を有するインクジェット記録ヘッドにおいて、発一特性や、色濃度や色調の変化によるスジ、ムラ等の画像品位の低下を抑えることができ、異なる吐出量のインクを吐出する各種の吐出口から安定した吐出量を得ることができる。
本発明は、吐出用発熱抵抗素子と加熱用発熱抵抗素子を各インク流路部分に有し、かつインク吐出量が複数種類からなるインクジェット記録ヘッドにおいて、加熱用発熱抵抗体の形成位置、及びその制御方法に関するものである。
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
なお、以下の各実施形態で示される数値は一例であり、本発明はこれらに限定されるものではない。また、本発明は、各実施形態に限らず、これらをさらに組み合わせるものであってもよく、この明細書の特許請求の範囲に記載された本発明の概念に包含されるべき他の技術にも応用することができる。
［第１の実施形態］
まず、本発明の特徴を具体的に説明する前に、本実施形態のインクジェット記録ヘッドカートリッジを搭載するのに好適なインクジェット記録装置の構成について説明する。
図１は、本実施形態の記録ヘッドカートリッジが搭載されるインクジェット記録装置の機構部分の外観図である。本実施形態におけるインクジェット記録装置のシャシー１０１０は、所定の剛性を有する複数の板状金属材からなり、このインクジェット記録装置の骨格をなす。シャシー１０１０には、図示しないシート状の被記録媒体をインクジェット記録装置の内部へと自動的に給送する媒体給送部１０１１が組み付けられている。この媒体給送部１０１１から１枚ずつ給送される被記録媒体を所望の記録位置へ導くと共にこの記録位置から媒体排出部１０１２へと被記録媒体を導く媒体搬送部１０１３が組み付けられている。さらに、記録位置に搬送された被記録媒体に所定の記録動作を行う記録部と、この記録部の機能回復処理を行うヘッド回復部１０１４とが組み付けられている。
記録部は、キャリッジ軸１０１５に沿って走査移動可能に支持されたキャリッジ１０１６と、このキャリッジ１０１６にヘッドセットレバー１０１７を介して着脱可能に搭載される記録ヘッドカートリッジ１０００（図２）とを有している。
記録ヘッドカートリッジ１０００が搭載されるキャリッジ１０１６には、記録ヘッドカートリッジ１０００の一部を構成する記録ヘッド部１００１（図２）をキャリッジ１０１６上の所定の装着位置に位置決めするキャリッジカバー１０２０が設けられている。また、記録ヘッドカートリッジ１０００の一部を構成するインクタンク部１００２（図２）と係合して記録ヘッド部１００１を所定の装着位置に位置決めするように押圧する、上述のヘッドセットレバー１０１７とが設けられている。ヘッドセットレバー１０１７は、キャリッジ１０１６の上部に、図示しないヘッドセットレバー軸に対して回動可能に設けられている。また、記録ヘッドカートリッジ１０００との係合部には、ばね付勢される図示しないヘッドセットプレートが設けられている。このヘッドセットプレートの付勢力によって記録ヘッドカートリッジ１０００を押圧しながらキャリッジ１０１６に装着するように構成されている。
記録ヘッドカートリッジ１０００に対するキャリッジ１０１６の他の係合部には、コンタクトフレキシブルプリントケーブル（以下、コンタクトＦＰＣと称す）１０２２の一端部が連結されている。このコンタクトＦＰＣ１０２２の一端部に形成された図示しないコンタクト部と、記録ヘッド部１００１に電気的に接続され電気配線基板１３００に設けられたコンタクト部である外部信号入力端子１３０１とが電気的に接触している。そして、記録動作のための各種情報の授受や記録ヘッド部１００１への電力の供給などを行えるように構成されている。
コンタクトＦＰＣ１０２２とキャリッジ１０１６との間には、図示しないゴムなどの弾性部材が設けられている。この弾性部材の弾性力とヘッドセットプレートによる押圧力とによって、コンタクトＦＰＣ１０２２のコンタクト部と記録ヘッドカートリッジ１０００の外部信号入力端子１３０１との確実な接触を可能とするようになっている。コンタクトＦＰＣ１０２２の他端部は、キャリッジ１０１６の背面に搭載された図示しないキャリッジ基板に接続されている。
次に、本実施形態のインクジェット記録ヘッドカートリッジの基本構成及び作用を説明する。
本実施形態における記録ヘッド部は、電気信号に応じて膜沸騰をインクに対して生じせしめるための熱エネルギーを生成する電気熱変換体を用いて記録を行うバブルジェット方式のサイドシューター型とされる記録ヘッド部である。
図２は、本実施形態の記録ヘッドカートリッジの斜視図であるが、図２に示すように、記録ヘッド部１００１は、発熱抵抗体を有する電気熱変換素子によってインクを加熱し、膜沸騰の作用によりインク滴を吐出させる記録素子基板１１００を有している。さらに、記録素子基板１１００に、記録装置本体（図１）からの駆動信号等を印加する電気配線基板１３００と、記録素子基板１１００にインクを供給するためのインク流路を形成しインクタンク部１００２に接続される支持部材１５００等を備えて構成されている。
次に、図３に、記録ヘッド部１００１の分解斜視図を示し、詳細に説明する。図３に示すように、記録素子基板１１００の主面には、吐出口１１０１を有するノズルプレート１１０２と、電極部１１０３とが設けられている。そして、電気配線基板１３００の開口部１３０３はそれらを組み込める形状となっており、記録素子基板１１００のインク供給口が、支持部材１５００上の流路の出口となるインク供給口１５０６に対応するように、第１の接着剤１５０１によって接続される。また、電気配線基板１３００は、支持部材１５００に対して、開口部１３０３に配置されたインナーリード１３０２と記録素子基板の電極部１１０３が接続できる位置に、第２の接着剤１５０２で固定されている。そして、インナーリード１３０２と電極部１１０３が、例えば特開平１０−０００７７６に開示されているＴＡＢ実装技術によって電気的に接続されている。さらに、電気配線基板１３００は、インクジェット記録装置からの駆動信号等を入力する外部信号入力端子１３０１を有する部分が、支持部材１５００の側面に第３の接着剤１５０３によって接着固定される。
また、図４及び図５は、記録ヘッド部１００１の斜視図であり、図４は全体図、図５は図４に示すＡ部の拡大図である。図４及び図５に示すように、記録素子基板１１００の側面周囲を、第１の封止剤１２０１によって封止し、さらに、電気接続部を第２の封止剤１２０２によって封止し、電気接続部をインクによる腐食や外力から保護している。
図７に、第１の実施形態のインクジェット記録ヘッドが備える記録素子基板の模式的な平面図を示す。図８に、前記記録素子基板にインク流路を形成したインクジェット記録ヘッドの模式的な平面図を示す。図９及び図１０に、インクジェット記録ヘッドの要部の模式的な拡大図を示す。
図７及び図８に示すように、インクジェット記録ヘッドは、吐出用発熱抵抗体に駆動エネルギーを印加し、生じるインク膜沸騰による圧力で吐出口からインク滴を吐出させるための記録素子基板１１００を備えている。
記録素子基板１１００は、図７に示すように、インクを加熱するための熱エネルギーを発生する複数の加熱用発熱抵抗体を有している。
記録素子基板１１００は、記録素子基板１１００のヘッド温度を測定するためのヘッド温度センサ６００と、加熱用発熱抵抗体に駆動信号を伝達するための配線１０１とを有している。また、記録素子基板１１００は、記録素子基板１１００と電気配線基板１３００とを電気的に接続する電気接続端子３と、インクが供給されるインク供給口１０とを有している。また、記録素子基板１１００には、図１０に示すように、インクを吐出する吐出口１１０１と、これら吐出口１１０１が設けられたノズルプレート１１０２を示している。
そして、図８に示すように、記録素子基板１１００は、相対的に吐出量が大きい第１の吐出口列１１、２１、３１と、相対的に吐出量が小さい第２の吐出口列１２、２２、３２とを備えている。吐出口列１１、１２はシアン、吐出口列２１、２２はマゼンタ、吐出口列３１、３３はイエローを吐出するための吐出口列である。インク供給口１０は同一色のインクの場合は共通となっている。また、各吐出口列に対応し、図７に示すように、吐出量ごとに列をなして、第１の吐出用発熱抵抗体列３１１、３２１、３３１と、第２の吐出用発熱抵抗体列３１２、３２２、３３２とがそれぞれ設けられている。
本実施形態においては、吐出量が多い吐出口の吐出口径を１７μｍ程度、そのインク吐出量を５ｐｌ程度とした。また、吐出量が少ない吐出口の吐出口径を１２μm程度、そのインク吐出量を２ｐｌ程度とした。
また、図７及び図９に示すように、記録素子基板１１００には、第１の吐出用発熱抵抗体列３１１、３２１、３３１にまたがって、第１の加熱用発熱抵抗体５１１、５２１、５３１が設けられている。また、記録素子基板１１００には、第２の吐出用発熱抵抗体列３１２、３２２、３３２にまたがって、第２の加熱用発熱抵抗体５１２、５２２、５３２が設けられている。これら第１の加熱用発熱抵抗体５１１、５２１、５３１及び第２の加熱用発熱抵抗体５１２、５２２、５３２は、同一配線で形成されている。
これら第１の加熱用発熱抵抗体５１１、５２１、５３１の一部は、インク流路１１０４と、第１の吐出用発熱抵抗体列３１１、３２１、３３１との間に形成されるように、記録素子基板１１００に積層されている。同様に、これら第２の加熱用発熱抵抗体５１２、５２２、５３２の一部は、インク流路１１０４と、第２の吐出用発熱抵抗体列３１２、３２２、３３２との間に形成されるように、記録素子基板１１００に積層されている。
このようにして、各第１及び第２の吐出用発熱抵抗体列にそれぞれ対応して、第１の加熱用発熱抵抗体及び第２の加熱用発熱抵抗体が設けられている。なお、本実施形態では、加熱用発熱抵抗体がタンタル層を用いて形成されている。また、タンタル層表面は、インクに触れると酸化してＴａ2Ｏ5となり、インクに対する耐腐食性をもつ。タンタル層は、吐出用発熱抵抗体の基板上層にパターニングによって形成し、インク発泡や消泡による衝撃などから吐出用発熱抵抗体を保護するためのキャビテーション保護膜も兼ねている。
本実施形態において、全ての加熱用発熱抵抗体は、配線１０１によって並列に接続されている。また、第１の加熱用発熱抵抗体と第２の加熱用発熱抵抗体の抵抗値比が３：２となるように、各加熱用発熱抵抗体の幅（吐出口列方向に直交する方向）の比が２：３となるように形成されている。第１の加熱用発熱抵抗体と第２の加熱用発熱抵抗体は、それぞれが並列に接続されているため、発熱量の比は２：３となる。本実施形態では、加熱用発熱抵抗体の幅を変更することで抵抗値を変えたが、例えば、抵抗体の厚さや材質などを変更することで抵抗値を変えてもよい。
なお、図１１に示すように、全ての加熱用発熱抵抗体は、配線１０２によって直列に接続されていてもよい。この構成の場合、第１の加熱用発熱抵抗体と第２の加熱用発熱抵抗体の抵抗値比を２：３に設定する際には、各加熱用発熱抵抗体の幅の比が３：２となる。
また、加熱用発熱抵抗体は、図１８に示すように、吐出用発熱抵抗体へ記録素子基板の構成層の積層方向に投影した際に、吐出用発熱抵抗体と重なる部分の抵抗値が、吐出用発熱抵抗体と重ならない部分の抵抗値に比べて高くなるように形成されてもよい。この加熱用発熱抵抗体に電流を流した場合、吐出口近傍であるインク流路内での加熱用発熱抵抗体の幅（吐出口列方向に直交する方向）が相対的に狭くされているため、他の部分の発熱量よりも大きくなる。そのため、この構成によれば、インク流路と重ならない部分に比べて、吐出口近傍のインクを効率良く加熱することが可能になる。
また、本実施形態における第１及び第２の加熱用発熱抵抗体は、吐出用発熱抵抗体と重なる部分の抵抗値が、吐出用発熱抵抗体と重ならない部分の抵抗値に比べて高くなるようにそれぞれ形成されている。しかしながら、本発明は、第１及び第２の加熱用発熱抵抗体の一方のみがこのように形成される構成であってもよい。
また、本実施形態で用いられるインクは、温度が高くなるのに従って粘度が低下する性質を有しており、発一特性（しばらくインクを吐出しなかった状態からの一発目の吐出特性）が良くなる性質を持つ液体である。

表１は、本実施形態におけるインク温度と発一特性との関係を示している。表１に示すように、インク温度が２５℃のときでは、吐出量５ｐｌでは１．５スキャン以上、吐出量２ｐｌでは１．０スキャン以上の間欠（吐出を行わない）状態が続くと、インクを安定して吐出を行うことができない。しかし、吐出量５ｐｌであってもインク温度が４０℃のときや、吐出量２ｐｌであってもインク温度が５０℃に達したときには、間欠状態が６スキャン程度までならば、安定して吐出を行うことができる。
なお、上述のインク温度まで加熱ために、第１の加熱用発熱抵抗体と第２の加熱用発熱抵抗体の抵抗値比を３：２に設定したが、本発明はこの値に限定されるものではない。
このように加熱用発熱抵抗体を吐出用発熱抵抗体上に形成することにより、記録素子基板を小さくすることが可能となり、製造コストを抑えることができる。また、吐出用発熱抵抗体の直上に加熱用発熱抵抗体が設けられることによって、吐出用発熱抵抗体の直上のインクが選択的に温められて粘度が低下する。それにより、インク流路後方よりも前方抵抗が少なくなり、吐出効率が良くなるため、吐出用発熱抵抗体への駆動エネルギーが低くても良好に吐出することが可能になる。
図６に、本実施形態の記録ヘッドカートリッジの斜視図を示す。図６に示すように、記録ヘッドカートリッジ１０００は、記録素子基板１１００と、記録素子基板１１００に記録装置本体（不図示）からの駆動信号等を印加する電気配線基板１３００等をインクタンク部に接着することによって形成されている。
この記録ヘッドカートリッジを駆動する際、まず加熱用発熱抵抗体に駆動信号を与えて発熱させる。加熱用発熱抵抗体は配線１０１によって並列で接続されているため、全ての加熱用発熱抵抗体が同時に加熱し始める。一定時間駆動信号を与え、大吐出量の吐出口部分のインク温度が４０℃程度、小吐出量の吐出口部分のインク温度が５０℃程度となった後に記録動作を行った。その結果、発一特性などの性能が問題なく、安定的に記録を行うことが可能であった。
記録動作開始前に加熱用発熱抵抗体を駆動する時間は、ヘッド温度センサ６００を用いて環境温度を測定し、あらかじめ作成されている環境温度・加熱用発熱抵抗体駆動時間のタイムテーブルから駆動時間を自動的に選択している。また、記録動作開始前は、ヘッド温度が所定の温度以下であるときに、第２の加熱用発熱抵抗体の発熱量が、第１の加熱用発熱抵抗体の発熱量と同等以上であるように制御される。
また、記録動作中においても、これらの制御を同様に行っており、記録動作中にヘッド温度センサ６００で吐出口部分の温度を検出し、ヘッド温度が低下しそうな場合は加熱用発熱抵抗体に駆動信号を与えている。なお、本実施形態で使用するインクは、インク温度が８０℃以上ではインクの発泡が不安定になるので、ヘッド温度センサ６００によって検出されたインク温度が７５℃以上であった場合には、加熱用発熱抵抗体の駆動を行わないようにしている。また、記録動作中は、第１の吐出口列の部分におけるインク温度の最低温度が、第２の吐出口列の部分におけるインク温度の最低温度以下となるように、第１及び第２の加熱用発熱抵抗体の各発熱量がそれぞれ制御される。
なお、インク温度を検出するためのヘッド温度センサ６００は、各インク流路列の中央部付近に設置したり、インク流路列に沿って複数箇所に設置してその検出値の平均値を使用したりすることでも行うことができる。また、インク流路列と同程度の長さのヘッド温度センサ６００がインク流路列に沿って設置されてもよい。
また、ヘッド温度センサ６００は、例えばダイオードなどで構成されており、後述のようにヘッド温度を検出している。ダイオードに一定の電流を流したときの順方向電圧ＶＦを検知し、その電圧値ＶＦをＡ／Ｄコンバータに入力してデジタル量に変換する。変換した電圧値を用い、あらかじめ作成しておいた順方向電圧ＶＦとインク温度との相関テーブルに基づいて、インク温度を算出している。
このように加熱用発熱抵抗体の駆動制御を行うことで、インク温度を上昇させるための吐出用発熱抵抗体の駆動が省かれ、複雑なパルス制御などが不要となるため、記録速度の向上を図ることができる。また、各吐出量を得るための最適な温度に制御することが可能になり、インクジェット記録ヘッドのヘッド温度が常に一定の状態で記録することができる。これにより、発一特性の低下や、被記録媒体に記録される画像の色濃度や色調が変わることによるスジ、ムラ等の画像品位の低下を抑制することが可能になる。
また、本実施形態のインクジェット記録ヘッドによれば、加熱用発熱抵抗体が、吐出用発熱抵抗体とインク流路との間に積層して形成されることで、インクにより近い部分でインクを保温することができる。特に、加熱用発熱抵抗体とインクとが直接接するように配置されることで、加熱用発熱抵抗体からインクへの伝熱応答性が向上される。そのため、他の部位に加熱用発熱抵抗体が配置される構成よりも、少ない駆動エネルギーでインクを良好に保温することができる。
また、加熱用発熱抵抗体が、吐出用発熱抵抗体の上方に設けられずに、吐出用発熱抵抗体の周囲に沿って設けられることで、吐出部分のインクが加熱用発熱抵抗体によって保温されると共に、吐出用発熱抵抗体の駆動エネルギーが直接インクに伝達される。そのため、加熱用発熱抵抗体及び吐出用発熱抵抗体を、効率良く駆動することができる。
また、加熱用発熱抵抗体を吐出用発熱抵抗体の上方に形成することで、加熱用発熱抵抗体を耐キャビテーション層とすることが可能となる。
また、加熱用発熱抵抗体と吐出用発熱抵抗体が同一層内に形成されていないので、記録素子基板の小型化を図り、製造コストの増加を抑えることが可能となる。
さらに、異なる吐出量に応じて加熱用発熱抵抗体の発熱量を変えることで、各吐出量を得るための最適な温度に制御することができ、必要以上にヘッド温度を上昇させることなく、全ての吐出口から安定したインク量を吐出することが可能になる。
以上より、駆動エネルギーを省エネルギー化し、かつ動作信頼性が高いインクジェット記録ヘッドを提供することができる。
［第２の実施形態］
図１２は、第２の実施形態における記録素子基板１１００を模式的に示す平面図である。
吐出口列１１、１２、１３はシアン、吐出口列２１、２２、２３はマゼンタ、吐出口列３１、３２、３３はイエローのインクを吐出するための吐出口列であり、インクが同一色の場合にインク供給口１０は共通となっている。また、各吐出口列に対応し、第１の吐出用発熱抵抗体列３１１、３２１、３３１、第２の吐出用発熱抵抗体列３１２、３２２、３３２、第３の吐出用発熱抵抗体列３１３、３２３、３３３が設けられている。さらに、大吐出量用として第１の加熱用発熱抵抗体５１１、５２１、５３１、小吐出量用として第２の加熱用発熱抵抗体５１２、５２２、５３２、及び極小吐出量用として第３の加熱用発熱抵抗体５１３、５２３、５３３が形成されている。各々の加熱用発熱抵抗体は、それぞれ配線１１１、１１２、１１３によって個別に電気的に接続されている。
また、大吐出量用の吐出口径を１７μｍ程度、そのインク吐出量を５ｐｌ程度とし、小吐出量用の吐出口径を１２μm程度、そのインク吐出量を２ｐｌ程度とし、極小吐出量用の吐出口径を１０μm程度、そのインク吐出量を１ｐｌ程度としている。
また、図９、図１０、図１２に示すように、加熱用発熱抵抗体５００は、吐出用発熱抵抗体列にまたがり、さらに加熱用発熱抵抗体５００の一部がインク流路１１０４と吐出用発熱抵抗体２１９との間に形成されるように、記録素子基板１１００に積層されている。第１、第２、第３の加熱用発熱抵抗体５１１、５２１、５３１、５１２、５２２、５３２、５１３、５２３、５３３の抵抗値比は、全て等しくなるように形成されている。これら加熱用発熱抵抗体５００はタンタル層を用いて形成されている。また、タンタル層表面はインクに触れると酸化してＴａ2Ｏ5となり、インクに対する耐腐食性をもつ。通常、タンタル層は、吐出用発熱抵抗体２１９の基板上層にパターニングによって形成し、インク発泡や消泡による衝撃などから吐出用発熱抵抗体を保護するためのキャビテーション保護膜である耐キャビテーション層も兼ねている。
このように加熱用発熱抵抗体５００を吐出用発熱抵抗体２１９の上に形成することによって、記録素子基板１１００を小さくすることが可能となり、製造コストを抑えることができる。また、吐出用発熱抵抗体２１９の直上に加熱用発熱抵抗体５００が設けられることにより、吐出用発熱抵抗体２１９の直上のインクが選択的に温められて粘度が低下する。それにより、インク流路後方よりも前方抵抗が少なくなり、吐出効率が良くなるため、吐出用発熱抵抗体２１９への駆動エネルギーが低くても吐出することができるのである。
また、第１、第２、第３の加熱用発熱抵抗体は、個別に配線でそれぞれ接続されているので、各々の加熱用発熱抵抗体を個別的にそれぞれ駆動制御することが可能にされている。
本実施形態の記録素子基板を用いて、第１の実施形態と同様に記録ヘッドカートリッジを作製した。
本実施形態で使用するインクは、インク温度が、大吐出量の吐出口部分では４０℃程度、小吐出量の吐出口部分では５０℃程度、極小吐出量の吐出口部分では５５℃程度に達すると、安定して吐出を行うことができる。
この記録ヘッドカートリッジを駆動する際、まず加熱用発熱抵抗体に駆動信号を与えて発熱させる。最初に、第３の加熱用発熱抵抗体５１３、５２３、５３３を駆動開始し、極小吐出量部分のインク温度を上昇させ始める。続いて、第２の加熱用発熱抵抗体５１２、５２２、５３２を駆動し、最後に第１の加熱用発熱抵抗体５１１、５２１、５３１を駆動する。このように駆動開始時間をずらすことで、所望のインク温度に制御することができる。各加熱用発熱抵抗体に各々の時間の駆動信号を与えることで、大吐出量の吐出口部分のインク温度が４０℃程度、小吐出量の吐出口部分のインク温度が５０℃程度、極小吐出量の吐出口部分のインク温度が５５℃程度となった。その後に記録動作を行った結果、発一特性などの性能に問題はなく、安定的に記録を行うことが可能であった。
記録動作前に加熱用発熱抵抗体を駆動する時間は、ヘッド温度センサ６００を用いてインク温度を測定し、あらかじめ作成されている、インク温度・加熱用発熱抵抗体の駆動時間のタイムテーブルから駆動時間を自動的に選択している。なお、ヘッド温度センサ６００を記録素子基板１１００上の複数の位置に設置し、それらの検出値の平均値を使用することで、更に精度良く制御することが可能となる。
また、記録動作中においてもこれらの制御を同様に行っており、記録動作中で各吐出口部分の温度が低下しそうな状態をヘッド温度センサ６００で検出し、加熱用発熱抵抗体に駆動信号を与えている。なお、インク温度が８０℃以上になった場合には、インクの発泡が不安定になるので、ヘッド温度センサ６００によってインク温度が７５℃以上となったときに、加熱用発熱抵抗体の駆動を行わないようにされている。
このように加熱用発熱抵抗体の駆動制御を行うことで、インク温度を上昇させるための吐出用発熱抵抗体の駆動がなくなり、複雑なパルス制御などが不要になるので、記録速度の向上が図れる。また、各加熱用発熱抵抗体の各発熱量を個別的にそれぞれ制御することができるため、インクジェット記録ヘッドのインク温度を、吐出量を得るための最適な状態に保つことができる。これにより、発一特性の低下や、被記録媒体に記録される画像の色濃度や色調が変わることによるスジ、ムラ等の画像品位の低下を抑制することが可能になる。
［第３の実施形態］
図１３及び図１４は第１の加熱用発熱抵抗体の位置を説明するための図であり、図８中のＡ部の拡大図である。図１３及び図１４に示すように、加熱用発熱抵抗体５００の一部は、吐出口１１０１に連通されているインク流路１１０４の底面に配置されている。また、加熱用発熱抵抗体５００は、吐出用発熱抵抗体列にまたがり、吐出用発熱抵抗体２１９へ積層方向に投影した際に、吐出用発熱抵抗体２１９の外周を囲むように、吐出用発熱抵抗体２１９と絶縁層２１６を介して記録素子基板１１００上に積層されている。このようにして、大吐出量用である第１の吐出用発熱抵抗体列に対応して、第１の加熱用発熱抵抗体５１１が設けられている。加熱用発熱抵抗体５００はタンタル層によって形成されている。また、タンタル層表面は、インクに触れると酸化してＴａ2Ｏ5となり、インクに対する耐腐食性をもつ。タンタル層は、保護膜上層にパターニングによって形成されている。
また、図１４に示すように、加熱用発熱抵抗体５００が吐出用発熱抵抗体２１９上に形成されていないことによって、吐出用発熱抵抗体２１９による発泡エネルギーが直接インクに伝わるので、吐出効率を向上することが可能となる。また、図１３に示すように、加熱用発熱抵抗体５００が吐出用発熱抵抗体列にまたがり、さらに、吐出用発熱抵抗体２１９の外周を囲むように形成されていることで、吐出口近傍で加熱用発熱抵抗体の抵抗が大きくなり、よって発熱量が大きくなる。すなわち、吐出口近傍のインクを効率良く加熱することが可能になる。
次に、具体的に記録動作命令が行われた場合の動作について説明する。
図１５は、第１の実施形態における記録動作命令時の温調処理を示すフローチャートである。上述のように、本発明で用いられるインクは、インク温度が上がるのに従って、粘度が低下する性質、すなわち発一特性がよくなる性質を持つ。
上述のように、インク温度が４０℃に達していると、予備吐出後に６スキャン程度は安定してインクを吐出することができる。図１５を参照して、本実施形態における、記録動作命令から記録動作を開始するまでの具体的な動作を、吐出量５ｐｌの吐出口列１列分を例に挙げて示す。図１５に示すように、記録動作命令（ステップＳ１００）が行われると、対応する吐出口列部分のヘッド温度センサ６００によって現在のインク温度を測定（ステップＳ１０１）する。図示しないが、ステップＳ１００に続いて、インクの吸引等の回復動作を行ってもよい。インク温度を測定した結果、インク温度が４０℃以上の場合には、ステップＳ１０２、Ｓ１１０、Ｓ１１１に示すように予備吐出を行い、記録動作を開始する。このとき、インク温度が４０℃以上になっているので、予備吐出後、６スキャン程度は安定して吐出を行える状態で記録動作を開始できる。
インク温度が３０℃以上４０℃未満である場合は、ステップＳ１０３、Ｓ１０４に示すように、第１の加熱用発熱抵抗体５１１をＴa秒間だけ発熱させ、インク温度を１０℃程度だけ上昇させる。なお、Ｔａ秒は、インク温度を１０℃程度上昇させるために必要な加熱時間であり、例えば０．５秒程度である。その結果、吐出口列１１に対応するインクのインク温度が４０℃程度に達する。その後、予備吐出（ステップＳ１１０）を行い、記録動作（ステップＳ１１１）を開始する。
インク温度が２０℃以上３０℃未満である場合は、ステップＳ１０５、Ｓ１０６に示すように、第１の加熱用発熱抵抗体５１１をＴｂ（＞Ｔａ）秒間だけ発熱させる。そして、予備吐出（ステップＳ１１０）を行い、記録動作（ステップＳ１１１）を開始する。このとき、吐出口列１１に対応するインクは４０℃程度に上昇する。
同様に、インク温度が１０℃以上２０℃未満である場合には、第１の加熱用発熱抵抗体５１１をインク温度が３０℃程度に上昇するＴｃ（＞Ｔｂ）秒間だけ発熱させ、予備吐出、記録開始動作を行う（ステップＳ１０７、Ｓ１０８、Ｓ１１０、Ｓ１１１）。
インク温度が１０℃以下である場合には、第１の加熱用発熱抵抗体５１１をインク温度が４０℃程度に上昇するようにＴｄ（＞Ｔｃ）秒間だけ発熱させる。そして、予備吐出、記録動作を開始する（ステップＳ１０７、Ｓ１０９、Ｓ１１０、Ｓ１１１）。
また、複数の吐出口列において制御を行う場合、全ての吐出口列に対して上述の動作を行い、全ての吐出口列のインク温度が設定値以上となった後に、予備吐出、記録開始動作を行う（ステップＳ１１０、Ｓ１１１）。
以上のような制御を行うことによって、6スキャン程度は予備吐出を行うことなく安定して画像形成が可能な４０℃程度にインク温度が達した状態で、記録を開始することができる。
次に、図１７、及び図１６を参照して記録開始後の動作について、第１の吐出口列（本実施形態においては吐出量５ｐｌ）１列分を例に挙げて示す。記録動作が開始される（ステップＳ２００）と、ステップＳ２０１に示すように、第１の加熱用発熱抵抗体５１１の発熱を開始し、ヘッド温度センサ６００によって検出される第１の吐出口列１１部分のインク温度が４０℃程度になるようにする。６スキャン分の記録（ステップＳ２０２）を行う。このとき、上述のようにインク温度が４０℃程度に達しているので安定して吐出を行える。６スキャン分の記録（ステップＳ２０２）を終えると、ヘッド温度センサ６００によって第１の吐出口列１１部分のインク温度を検出する（ステップＳ２０３）。インク温度が４０℃以上の場合は、ステップＳ２０４に移行する。インク温度が４０℃未満の場合は、ステップＳ２０１に戻り、第１の加熱用発熱抵抗体５１１の発熱を行い、第１の吐出口列１１部分のインク温度を４０℃以上とする。ステップＳ２０４に示すように予備吐を行い、再び６スキャン分の記録（ステップＳ２０５）を行う。ステップＳ２０５の記録が終了すると、ステップＳ２０６に示すように全ての記録が終了したか否かを判定し、終了していない場合はステップＳ２０３に戻り、再びインク温度検出を行う。全ての記録が終了した場合には、第１の加熱用発熱抵抗体５１１の発熱を停止（ステップＳ２０７）し、終了（ステップＳ２０８）する。
また、複数の吐出口列において制御を行う場合、全ての吐出口列に対して上述の動作を行う。全ての吐出口列が６スキャン分の記録動作を行った後（ステップＳ２０２）、ステップＳ２０３で、各吐出口列に設置されているヘッド温度センサ６００によって全ての吐出口列のインク温度を検出する。検出したインク温度のうち設定温度以下の吐出口列がある場合は、全ての吐出口列のインク温度が設定温度以上になるまで、駆動せずに待機する。全ての吐出口列のインク温度が設定温度以上になった後に予備吐出、記録開始動作を行う（ステップＳ２０４、Ｓ２０５）。その後は、記録動作の終了まで上述の動作を繰り返す。
このように加熱用発熱抵抗体の駆動制御を行うことで、全ての吐出口列に対して安定した吐出量を得るための最適なインク温度に制御することができる。これにより、発一特性の低下や、被記録媒体に記録される画像の色濃度や色調が変わることによるスジ、ムラ等の画像品位の低下を抑制することが可能となるのである。
［第４の実施形態］
図２１に示すように、加熱用発熱抵抗体は、吐出用発熱抵抗体列にまたがり、かつ、この加熱用発熱抵抗体の一部がインク流路と吐出用発熱抵抗体との間に形成されるように、吐出用発熱抵抗体と絶縁層を介して記録素子基板上に積層されて形成されている。このようにして、各吐出用発熱抵抗体列に対応して、第１の加熱用発熱抵抗体が設けられている。加熱用発熱抵抗体はタンタル層を用いて、記録素子基板のロジック回路（不図示）の形成時に同時に形成している。また、タンタル層表面は、インクに触れると酸化してＴａ2Ｏ5となり、インクに対する耐腐食性をもつ。タンタル層は、吐出用発熱抵抗体の基板上層にパターニングによって形成され、インク発泡や消泡による衝撃などから吐出用発熱抵抗体を保護するためのキャビテーション保護膜である耐キャビテーション層も兼ねている。
また、図２１に示すように、加熱用発熱抵抗体を吐出用発熱抵抗体上に形成することによって、記録素子基板を小さくすることが可能となり、製造コストを抑えることができる。また、吐出用発熱抵抗体の直上に加熱用発熱抵抗体が設けられることにより、吐出用発熱抵抗体の直上のインクが選択的に温められて粘度が低下する。それにより、インク流路後方よりも前方抵抗が少なくなるので、吐出効率が良くなり、吐出用発熱抵抗体への駆動エネルギーが低くても吐出することができる。
次に、図１９は本実施形態における記録素子基板１１００を示す平面図であるが、この図１９を参照してさらに詳しく説明する。
記録素子基板１１００は、記録素子基板１１００の温度を測定するためのヘッド温度センサ８００を有している。ヘッド温度センサ８００としては、例えばサーミスタが用いられるが、ヘッド温度を検出できるものならば他の種類のデバイスを用いてもよい。
本実施形態では、シアン、マゼンタ、イエローのインクが用いられる。吐出口１１０１は円状であり、吐出口径が１１．６μｍであり、吐出される一滴当たりのインク吐出量がおよそ２．５ｎｇ程度である。吐出口列１１Ａ、１１Ｂはシアンインクを、吐出口列１１Ｃ、１１Ｄはマゼンタインクを、吐出口列１１Ｅ、１１Ｆはイエローインクを吐出する吐出口列である。吐出口列１１Ａから１１Ｆに対応して第１の加熱用発熱抵抗体５０１Ａから５０１Ｆが設けられている。第１の加熱用発熱抵抗体５０１は同層の配線１０１で接続されている。この第１の加熱用発熱抵抗体５０１の幅（吐出口列方向に直交する方向）は、例えば３μｍ程度であり、抵抗値が１９２Ωであるため、２４Ｖの電圧が印加されている場合、発熱量は３Ｗ程度である。また、図１９に示すように、第２の加熱用発熱抵抗体６０１は、記録素子基板１１００の全周に沿って設けられている。この第２の加熱用発熱抵抗体６０１の幅は例えば４μｍ程度である。この第１の加熱用発熱抵抗体５０１と第２の加熱用発熱抵抗体６０１は、上述のようにそれぞれ図６に示した第１の加熱用コンタクトパッド５１０、第２の加熱用コンタクトパッド６１０に電気的に接続されている。第１の加熱用発熱抵抗体５０１は、第１の加熱用コンタクトパッド５１０に通電すると発熱するように構成されている。また、第２の加熱用発熱抵抗体６０１は第２の加熱用コンタクトパッド６１０に通電すると発熱するように構成されている。以上のような構成であるため、本実施形態においては、第１の加熱用発熱抵抗体５０１と第２の加熱用発熱抵抗体６０１の各発熱量は、個別的にそれぞれ制御することが可能にされている。
図２０は第１の加熱用発熱抵抗体の位置を説明するための平面図であり、図１９におけるＢ部を示す拡大図である。図２０に示すように、加熱用発熱抵抗体５００の一部は、吐出口１１０１にインクを供給するために吐出口１１０１に連通されたインク流路１１０４の下方に位置している。
また、本実施形態に用いられるインクは、インク温度が高くなることで、粘度が低下する性質、発一特性（しばらくインクを吐出しなかった状態からの一発目の吐出特性）が良くなる性質が持つ液体である。
表１に示したように、ヘッド温度センサ８００で検出したヘッド温度が１５℃では、０．５スキャン以上の間欠（吐出を行わない）状態が続くと、インクの吐出を安定して行うことができない。しかしながら、ヘッド温度が４０℃に達すると間欠状態が６スキャン程度までであれば安定して吐出を行うことができる。さらに、ヘッド温度が５０℃に達すると間欠状態が７スキャン程度までであれば安定して吐出を行うことができる。
本実施形態においても、図１５に示した第１の実施形態における記録動作と同様に、記録動作命令が行われた場合に第１及び第２の加熱用発熱抵抗体をそれぞれ制御して、記録動作を開始する。
本実施形態においても、第１の実施形態と同様に制御を行うことによって、６スキャン程度は予備吐出を行うことなく安定した画像形成が可能な４０℃程度にインク温度が達した状態で、記録動作を開始することができる。
次に、本実施形態について、図１９及び図２２を参照して記録動作開始後の動作を説明する。図２２に示すように、記録動作が開始されたとき（ステップＳ２１０）、ステップＳ２１１に示すように第２の加熱用発熱抵抗体６０１の発熱を開始する。第２の加熱用発熱抵抗体６０１は、図１９に示すように記録素子基板１１００の周囲を囲むように設けられており、放熱が比較的大きい、記録素子基板１１００の端部を効果的に温めることができる。これにより、記録素子基板１１００の端部におけるインクも温められた状態で、６スキャン分の記録動作を行う（ステップＳ２１２）。このとき、上述のようにヘッド温度が４０℃程度に達しているので、安定して吐出を行える。６スキャン分の記録動作（ステップＳ２１２）を終えると、ステップＳ２１３に示すように予備吐出を行い、再び６スキャン分の記録動作を行う（ステップＳ２１４）。ステップＳ２０４における記録動作が終了したとき、ステップＳ２１５に示すように全ての記録が終了したか否かを判定し、終了していない場合はステップＳ２１３に戻り、再び予備吐出を行う。全ての記録が終了した場合には、第２の加熱用発熱抵抗体６０１の発熱を停止して（ステップＳ２１６）、終了する（ステップＳ２１７）。
また、第１の加熱用発熱抵抗体５０１は、図２３に示すように加熱用発熱抵抗体５０１を吐出用発熱抵抗体に対して投影した際に、吐出用発熱抵抗体と重なる部分の抵抗値が、吐出用発熱抵抗体と重ならない部分の抵抗値に比べて高くなるように形成されてもよい。第１の加熱用発熱抵抗体５０１は、吐出用発熱抵抗体２１９上に形成され、各色毎に列をなしている吐出用発熱抵抗体列にまたがって、同一配線で形成されている。この構成によれば、吐出用発熱抵抗体と重ならない部分に比べて、吐出口近傍のインクを効率良く加熱することが可能になる。
以上のように、記録動作開始時に第１の加熱用発熱抵抗体５０１を発熱させ、インクを加熱することによって、発一特性が向上される。また、本実施形態は、第２の加熱用発熱抵抗体６０１を発熱させながら記録することによって、記録素子基板１１００の端部からの放熱による記録素子基板１１００内の端部と中央部の温度分布が発生することを抑制できる。このため、本実施形態によれば、記録素子基板１１００内でのインク吐出特性を一定にすることが可能となる。したがって、被記録媒体に記録される画像の色濃度や色調が変わることによる、スジ、ムラ等の画像品位の低下を抑制することが可能になる。
［第５の実施形態］
本実施形態のインクジェット記録ヘッド、インクジェット記録装置は第４の実施形態と同様である。
図２４は第５の実施形態の記録動作命令時の温調処理を示すフローチャートである。
図２４を参照して、本実施形態における記録動作命令から記録を開始するまでの具体的動作を示す。
記録動作命令（ステップＳ３００）が行われると、ヘッド温度センサ８００（図１９）によって現在のヘッド温度を測定する（ステップＳ３０１）。図示しないが、ステップＳ１００の後にインクの吸引等の回復動作を行ってもよい。ヘッド温度を測定した結果、ヘッド温度が４０℃以上の場合には、ステップＳ３０２、Ｓ３１０、Ｓ３１１に示すように予備吐出を行い、記録動作を開始する。ヘッド温度が４０℃以上であるため、予備吐出後に６スキャン程度は安定して吐出を行える状態で記録動作を開始できる。
ヘッド温度が３０℃以上４０℃未満である場合は、ステップＳ３０３、３０４に示すように、第４の実施形態と同様に第１の加熱用発熱抵抗体５０１のみをＴａ秒間だけ発熱させ、インク温度を１０℃程度だけ上昇させる。Ｔａ秒は、インク温度を１０℃程度だけ上昇させるために必要な加熱時間であり、０．５秒程度である。その結果、吐出口列１１に対応するインクのインク温度が４０℃程度に達する。その後、予備吐出（ステップＳ３１０）を行い、記録開始動作（ステップＳ１１１）を行う。
ヘッド温度が２０℃以上３０℃未満である場合は、ステップＳ３０５、３０６に示すように、第１の加熱用発熱抵抗体をＴｂ’（＜Ｔｂ）秒間、第２の加熱用発熱抵抗体をＴｂ’’（＞Ｔ）秒間だけ発熱させる。第１の加熱用発熱抵抗体に加え、第２の加熱用発熱抵抗体も発熱させることによって、第４の実施形態で述べた第１の加熱用発熱抵抗体のみを発熱させた場合に要する時間Ｔｂよりも短い時間で、２０℃程度の温度を上げることができる。
ここで、上述のように第１の加熱用発熱抵抗体の抵抗値は、第２の加熱用発熱抵抗体の抵抗値よりも大きくされている。さらに、第１の加熱用発熱抵抗体は、第２の加熱用発熱抵抗体よりも吐出口に近い位置に設けられている。これらを考慮すると、インク温度を加熱するために第１の加熱用発熱抵抗体の発熱時間Ｔｂ’が、第２の加熱用発熱抵抗体の発熱時間Ｔｂ’’と同等か長い方が好ましい。したがって、第１の加熱用発熱抵抗体の発熱量が、第２の加熱用発熱抵抗体の発熱量よりも多くなる。その後、ステップＳ３１０、ステップＳ３１１に示すように予備吐出、記録開始動作を行う。
同様に、ヘッド温度が１０℃以上２０℃未満である場合には、ステップＳ３０７、Ｓ３０８に示すように第１の加熱用発熱抵抗体５０１をＴｃ’秒間、及び第２の加熱用発熱抵抗体をＴｃ’’秒間だけ発熱させる。それにより、インク温度を３０℃程度に上げる。ヘッド温度が２０℃以上３０℃未満である場合と同様に、発熱時間がＴｃ’’≦Ｔｃ’＜Ｔｃであることが好ましく、第１の加熱用発熱抵抗体の発熱量が、第２の加熱用発熱抵抗体の発熱量よりも多くなることが好ましい。その後、ステップＳ３１０、ステップＳ３１１に示すように予備吐出、記録開始動作を行う。
同様に、ヘッド温度が１０℃以下である場合には、第１の加熱用発熱抵抗体５０１をＴｄ’秒間、及び第２の加熱用発熱抵抗体をＴｄ’’秒間だけ発熱させ、インク温度を４０℃程度に上げる。発熱時間がＴｄ’’≦Ｔｄ’＜Ｔｄであることが好ましく、第１の加熱用発熱抵抗体の発熱量が、第２の加熱用発熱抵抗体の発熱量よりも多くなることが好ましい。その後、ステップＳ３１０、ステップＳ３１１に示すように予備吐出、記録開始動作を行う。
以上のように制御を行うことによって、６スキャン程度は予備吐出を行うことなく安定した画像形成が可能な４０℃程度にインク温度が達した状態で、記録動作を開始することができる。さらに、第１の加熱用発熱抵抗体のみでなく第２の加熱用発熱抵抗体を加熱させることによって、第１の加熱用発熱抵抗体のみを用いた場合よりも短時間でインク温度を上昇させることができる。
次に、図２５を参照して記録動作開始後の動作について説明を行う。記録動作が開始される（ステップＳ４００）と、ステップＳ４０１に示すように第２の加熱用発熱抵抗体６０１の発熱を開始する。第２の加熱用発熱抵抗体６０１は、図１９に示すように記録素子基板１１００の外周部に沿って周囲を囲むように設けられており、放熱が比較的大きい、記録素子基板の端部を効果的に温めることができる。これにより、記録素子基板の端部のインクも温められたまま、６スキャン分の記録動作を行う（ステップＳ４０２）。このとき、上述のようにヘッド温度が４０℃程度に達しているので、安定して吐出を行える。６スキャン分の記録動作（ステップＳ４０２）を終えると、ヘッド温度センサによって温度の測定を行う（ステップＳ４０３）。ヘッド温度が４０℃以上である場合には、予備吐出を行い（ステップＳ４０９）、さらに６スキャン分の記録動作を行う。ヘッド温度が４０℃に達しているので、十分に安定してインクの吐出を行うことができる。ステップＳ４０４においてヘッド温度が４０℃未満であった場合には、ステップＳ４０５に示すように第１の加熱用発熱抵抗体の発熱を開始する。第２の加熱用発熱抵抗体に加え、第１の加熱用発熱抵抗体も発熱させることにより、ヘッド温度を効果的に上昇させることができる。その後、予備吐出を行い（ステップＳ４０６）、さらに６スキャン分の記録動作を行い（ステップＳ４０７）、第１の加熱用発熱抵抗体の発熱を停止する。
ステップＳ４０８、あるいはステップＳ４１０が終了すると、ステップＳ４１１において全ての記録が終了したか否かを判定し、終了していない場合はステップＳ４０３に戻り、再び予備吐出を行う。全ての記録が終了した場合には、第２の加熱用発熱抵抗体の発熱を停止（ステップＳ４１２）し、終了する（ステップＳ４１３）。
以上のように、ヘッド温度に応じて、第１の加熱用発熱抵抗体と第２の加熱用発熱抵抗体の発熱量をそれぞれ制御することによって、更に好適に加熱を行うことが可能になる。
［第６の実施形態］
本実施形態におけるインク温度を制御する処理は、上述した第４及び第５の実施形態と同様に行われる。
図２６は、第１の加熱用発熱抵抗体の位置を説明するための平面図であり、図１９中のＢ部に対応する箇所の拡大図である。図２６に示すように、第１の加熱用発熱抵抗体５００の一部は、吐出口１１０１にインクを供給するために吐出口１１０１に連通されたインク流路の下に位置する。また、図２７に示すように、第１の加熱用発熱抵抗体は、吐出用発熱抵抗体列にまたがって、さらに第１の加熱用発熱抵抗体の一部が、インク流路と吐出用発熱抵抗体との間に形成されていない。すなわち、第１の加熱用発熱抵抗体を吐出用発熱抵抗体の発熱面に垂直に投影した際に、吐出用発熱抵抗体の外周部に沿って囲むように配置され、吐出用発熱抵抗体２１９と絶縁層２１８を介して記録素子基板１１００上に積層されて形成されている。加熱用発熱抵抗体はタンタル層を用いて、記録素子基板のロジック回路（不図示）の形成時に同時に形成されている。また、タンタル層表面は、インクに触れると酸化してＴａ2Ｏ5となり、インクに対する耐腐食性をもつ。タンタル層は、保護膜上層にパターニングによって形成されている。
また、図２７に示すように、第１の加熱用発熱抵抗体が、吐出用発熱抵抗体上に形成されていないことで、吐出用発熱抵抗体による発泡エネルギーが直接インクに伝わるので、インクの吐出効率の向上を図ることができる。また、図２７では、加熱用発熱抵抗体が、各色毎に列をなしている吐出用発熱抵抗体列にまたがり、同一配線にて形成されている。さらに、第１の加熱用発熱抵抗体が吐出用発熱抵抗体上に形成されていないことで、第１の加熱用発熱抵抗体をインク流路に対して投影した際の重なる部分の第１の加熱用発熱抵抗体の抵抗値が、インク流路に重ならない部分の抵抗値と比べて高くなっている。これにより、吐出口近傍で加熱用発熱抵抗体の発熱量が大きくなるので、吐出口近傍のインクを効率良く加熱することが可能になる。
なお、本発明のインクジェット記録ヘッドは、被記録媒体に記録を行うプリンタ、複写機、通信システムを有するファクシミリ、記録部を有するワードプロセッサ等の装置、さらには各種処理装置と複合的に組み合わせた産業記録装置などに適用されて好適である。また、被記録媒体としては、例えば紙、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックスなどが適用される。
本実施形態のインクジェット記録装置を示す斜視図である。 本実施形態のインクジェットカートリッジを示す斜視図である。 本実施形態における記録ヘッド部を示す分解斜視図である。 上記記録ヘッド部を示す斜視図である。 図４におけるＣ部を示す拡大図である。 本実施形態におけるインクジェットカートリッジを示す斜視図である。 第１の実施形態における記録素子基板を模式的に示す平面図である。 第１の実施形態におけるインクジェット記録ヘッドの模式的に示す平面図である。 実施形態のインクジェット記録ヘッドを示す部分平面図である。 実施形態のインクジェット記録ヘッドを示す部分断面図である。 第１の実施形態における記録素子基板を模式的に示す平面図である。 第２の実施形態における記録素子基板を模式的に示す平面図である。 第３の実施形態のインクジェット記録ヘッドを示す部分平面図である。 第３の実施形態のインクジェット記録ヘッドを示す部分断面図である。 実施形態における記録動作命令時の温調処理を示すフローチャートである。 実施形態における記録動作開始後の温調処理を示すフローチャートである。 第３の実施形態における記録素子基板を模式的に示す平面図である。 第３の実施形態におけるインクジェット記録ヘッドを示す部分平面図である。 第４の実施形態における記録素子基板を示す平面図である。 図１９のＢ部を示す拡大図である。 図２０におけるａ−ａ断面図である。 第４の実施形態において、記録動作開始後にインク温度を制御する処理を説明するためのフローチャートである。 図１９におけるＢ部を示す拡大図である。 第５の実施形態において、記録動作命令時にインク温度を制御する処理を説明するためのフローチャートである。 第５の実施形態において、記録動作開始後にインク温度を制御する処理を説明するためのフローチャートである。 図１９におけるＢ部を示す拡大図である。 図２６におけるｂ−ｂ断面図である。
符号の説明
１０ インク供給口
１１、２１、３１ 第１の吐出口列
１２、２２、３２ 第２の吐出口列
２１６ 絶縁層
２１９ 吐出用発熱抵抗体
２２０ 配線
２２１ 保護膜
３１１、３２１、３３１ 第１の吐出用発熱抵抗体列
３１２、３２２、３３２ 第２の吐出用発熱抵抗体列
５００ 加熱用発熱抵抗体
５１１、５２１、５３１ 第１の加熱用発熱抵抗体
５１２、５２２、５３２ 第２の加熱用発熱抵抗体
６００ ヘッド温度センサ
１０００ 記録ヘッドカートリッジ
１１００ 記録素子基板
１１０１ 吐出口
１１０２ ノズルプレート
１１０４ インク流路

Claims (7)

  1. 基板と、
    前記基板の面上に設けられた、第１の吐出口からインク滴を吐出するための熱エネルギーを発生する、第１の吐出用発熱抵抗体と、
    前記基板の面上に設けられた、前記第１の吐出口より径の小さな第２の吐出口からインク滴を吐出するための熱エネルギーを発生する、第２の吐出用発熱抵抗体と、
    前記第１の吐出用発熱抵抗体と前記第２の吐出用発熱抵抗体とを被覆するように設けられた保護膜と、
    前記第１の吐出用発熱抵抗体の上部領域に対応する前記保護膜の上の少なくとも一部を覆うように導電材料で設けられ、インクを予備的に加熱するための熱エネルギーを発生する第１の加熱用発熱抵抗体と、
    前記第２の吐出用発熱抵抗体の上部領域に対応する前記保護膜の上の少なくとも一部を覆うように導電材料で設けられ、インクを予備的に加熱するための熱エネルギーを発生する第２の加熱用発熱抵抗体と、
    前記第１の吐出口と前記第２の吐出口とにそれぞれインクを供給するために用いられるインク流路と、
    を有し、
    前記第１の加熱用発熱抵抗体と前記第２の加熱用発熱抵抗体とは、前記基板の前記面に垂直な方向から見て、前記第１の吐出用発熱抵抗体と前記第２の吐出用発熱抵抗体の外周をそれぞれ囲むように、前記インク流路に露出して設けられており、前記第１の加熱用発熱抵抗体の発熱量は、前記第２の加熱用発熱抵抗体の発熱量よりも少ないことを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
  2. 基板と、
    前記基板の面上に設けられた、第１の吐出口からインク滴を吐出するための熱エネルギーを発生する、第１の吐出用発熱抵抗体と、
    前記基板の面上に設けられた、前記第１の吐出口より径の小さな第２の吐出口からインク滴を吐出するための熱エネルギーを発生する、第２の吐出用発熱抵抗体と、
    前記第１の吐出用発熱抵抗体と前記第２の吐出用発熱抵抗体とを被覆するように設けられた保護膜と、
    前記第１の吐出用発熱抵抗体の上部領域に対応する前記保護膜の上の少なくとも一部を覆うように導電材料で設けられ、インクを予備的に加熱するための熱エネルギーを発生する第１の加熱用発熱抵抗体と、
    前記第２の吐出用発熱抵抗体の上部領域に対応する前記保護膜の上の少なくとも一部を覆うように導電材料で設けられ、インクを予備的に加熱するための熱エネルギーを発生する第２の加熱用発熱抵抗体と、
    前記第１の吐出口と前記第２の吐出口とにそれぞれインクを供給するために用いられるインク流路と、
    を有し、
    前記第１の加熱用発熱抵抗体の少なくとも一部と前記第２の加熱用発熱抵抗体の少なくとも一部とが、前記基板の前記面に垂直な方向から見て、前記第１の吐出用発熱抵抗体と前記第２の吐出用発熱抵抗体にそれぞれ重なるように、前記第１の加熱用発熱抵抗体と前記第２の加熱用発熱抵抗体とは前記インク流路に露出して設けられており、前記第１の加熱用発熱抵抗体の発熱量は、前記第２の加熱用発熱抵抗体の発熱量よりも少ないことを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
  3. 前記第１の加熱用発熱抵抗体は、前記第１の吐出用発熱抵抗体の上部領域に対応する部分の前記導電材料の発熱量が、他の部分の発熱量よりも大きく、前記第２の加熱用発熱抵抗体は、前記第２の吐出用発熱抵抗体の上部領域に対応する部分の前記導電材料の発熱量が、他の部分の発熱量よりも大きくされていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のインクジェット記録ヘッド。
  4. 前記導電材料は、タンタルを含有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のインクジェット記録ヘッド。
  5. 前記導電材料の前記インク流路に露出する表面は、Ｔａ2Ｏ5からなる請求項４に記載のインクジェット記録ヘッド。
  6. 前記第１の加熱用発熱抵抗体と前記第２の加熱用発熱抵抗体とが耐キャビテーション層としても用いられることを特徴とする請求項４または請求項５に記載のインクジェット記録ヘッド。
  7. インクを吐出する記録動作の開始前において、前記インクジェット記録ヘッドのヘッド温度が所定の温度以下であるときに、所定の温度に到達するまで、前記第１及び第２の加熱用発熱抵抗体の少なくとも一方が駆動されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のインクジェット記録ヘッド。
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