JP6514457B2 - プリントヘッドジェットスタックを加熱し温度を測定するためのシステム及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、プリントヘッドジェットスタックを加熱し温度を測定するためのシステム及び方法に関する。

プリンタのプリントヘッドのインクはしばしば加熱され、インクの温度が調節される。インクの温度は、最高の印刷品質を保証し、プリンタの部品への損傷のリスクを確実に最小にするために、推奨される温度範囲内でなければならない。プリントヘッドの温度を推奨される温度範囲に保持するために、温度測定およびモニターが通常実行され、プリントヘッド自体に組み込まれている。

従来の温度測定デバイスは、プリントヘッドのジェットスタックの両側に配置されるサーミスタを含む。高いジェット密度のプリントヘッドの設計における最近の変化は、電子部品をプリントヘッドに含む好ましい方法として、フレキシブルまたは「フレックス」回路技術を採用した。さらに、新規なプリントヘッドの設計のための空間的制約によって、従来のサーミスタための空間はほとんどない。

またさらに、サーミスタは頻繁に故障し、プリントヘッドがメンテナンスを必要とする、あるいは交換を必要とする主要な理由となっている。また、サーミスタは製造工程中にプリントヘッドに取り付ける必要がある別の部品であり、それは別の故障の問題を提供する。故障率、設計および空間的制約、コスト、ならびに困難なメンテナンスは、サーミスタをプリントヘッドジェットスタックの温度測定部品のための貧弱な設計選択にしている。本開示の実施形態は、プリントヘッドジェットスタックの温度測定の現在利用可能な方法およびシステムのこれらのおよび他の限定を対象にする。

図１は、プリントヘッドジェットスタックを加熱し、プリントヘッドジェットスタックの温度を決定する例示的フレックス回路の一部の断面図である。 図２は、関連する回路に加えて、図１に示すフレキシブル回路の２つの層に存在する２つのフレックス回路配線の例示的回路図である。 図３は、プリントヘッドジェットスタックの温度の従来のサーミスタの測定とプリントヘッドジェットスタックの温度を測定するための開示されたシステム及び方法との温度帰還比較を示す図である。

本開示の全体にわたって、いくつかの用語がしばしば用いられるが、以下のように定義される。プリントヘッドは、媒体にインクを付着させる印刷装置の要素である。ジェットスタックはインクを分配するためのエジェクタを含む印刷装置の一部であり、それはシリコンチップおよび関係するチャネル、または圧電セラミックアクチュエータを有するステンレススチールもしくはポリイミドの層を含むことができる。フレキシブル回路、すなわちフレックス回路は、プラスチックなどのフレキシブルな基板に密着された伝導層であり、典型的には銅である。熱源を有する熱源層すなわち第１層は、ジェットスタックに熱を提供する開示されたフレックス回路内の層である。温度検知素子を有する温度測定層すなわち第２層は、ジェットスタックの温度を検知するために用いられる開示されたフレックス回路内の層である。絶縁層は、電気伝導を防止して、任意の好適な絶縁体（複数可）、典型的にはポリイミドを含むフレックス回路の層である。プリントヘッドコントローラは、プリントヘッドの動作を制御することができる任意の好適な印刷装置の部品であって、プロセッサを含む電子回路などである。

本開示で説明するように、単一のフレックス回路は、熱源、熱拡散および熱帰還を含む。単一のフレキシブル回路部品は、任意の好適な方法で印刷装置のプリントヘッドに含まれてもよく、ジェットスタックを加熱し温度を測定する素子として役立つ。ジェットスタックを加熱し温度を測定する素子は、プリントヘッドのジェットスタックに熱的に接続される。

図１は、例示的フレックス回路１００の一部の断面を示す。図１に示す例示的フレックス回路１００は、熱および熱帰還を提供する多層のエッチングされた銅フレックス回路である。開示されたフレックス回路１００の第１層１０２は、抵抗性ヒーターを含み、プリントヘッドジェットスタックを加熱するように設計される。第１層１０２は、銅配線が抵抗性熱源を形成するエッチングされた銅の回路設計を含むことができる。また、第１層１０２の抵抗性熱源は、銅配線と組み合わせて、または銅配線の代わりに用いられる金を含むことができる。他の好適な導電材料を用いることもできる。

また、フレックス回路１００は、銅配線回路部品によって形成される第２の背面のエッチングされた銅層１０４を含む。第２の背面銅配線は、プリントヘッドジェットスタックの温度を測定する温度検知素子を含む。第１層１０２について上述したように、他の好適な材料を銅と組み合わせて、または銅の代わりに用いることができる。

絶縁性の第３層１０６は、図１に示す例示的フレックス回路１００の第１層１０２と第２層１０４との間に配置される。第３層すなわち絶縁層１０６は、絶縁特性を有する任意の好適な材料であってもよい。図１に示す例示的フレックス回路１００の第３層１０６は、ポリイミドを含む。第３層１０６は、第１層１０２と第２層１０４との間の電気伝導を防止する。フレックス回路１００は、第１層１０２と第２層１０４との間に延在する導電接続を有しなくてもよい。

また、フレックス回路１００は、上部カバーフィルム１０８および下部カバーフィルム１１０を含むこともできる。上部カバーフィルム１０８および下部カバーフィルム１１０の両方とも、それぞれの接着層１１２、１１４および絶縁層１１６、１１８を有する。上部カバーフィルム１０８および下部カバーフィルム１１０の接着層１１２、１１４は、例えばＡ３８１指定を有する接着剤などのアクリル接着剤または改質されたアクリル接着剤を含むことができる。他の任意の好適な片面または両面接着剤を用いることもできる。上部カバーフィルム１０８および下部カバーフィルム１１０の絶縁層１１６、１１８は、ポリイミドまたは絶縁特性を有する他の任意の好適な材料を含むことができる。

図２は、図１に示すフレックス回路１００の第１層１０２、第２層１０４、および絶縁性の第３層１０６を含む回路図を示す。第１層１０２は、典型的に、電圧源１２２およびスイッチ１２６に接続される抵抗性熱源１２４を含み、これらは全て直列に電気的に接続される。

図２に示すように、第２層１０４は、典型的に、直列に電気的接続される電圧源１３０および抵抗器１３２に接続される温度検知素子１３４を含む。また、温度検知素子１３４は、典型的に、アナログデジタル変換器（ＡＤＣ）１３６に接続される。第２層１０４は、ジェットスタックの温度について、熱を拡散する能力だけでなく熱帰還も提供する。第１層１０２および第２層１０４は、フレキシブル回路１００の長さおよび幅に沿って均一に熱を拡散するための熱拡散能力を共に提供する。

図２は、フレックス回路を表す破線で囲まれた箱を示す。図２に示すように、回路素子１２２、１２６、１３０、１３２、および１３６は、フレキシブル回路自体、または別の硬質の回路基板、または別のフレキシブル回路に実装することができる。

開示されたフレックス回路の上述した例では、回路素子のための配線を形成するために、銅が排他的に、または金もしくは別の材料と組み合わせて用いられる。銅配線は、銅の抵抗（Ｒ）が摂氏１度（°Ｃ）ごとに約０．４％変化するという既知の電気的性質を有する。したがって、特定の温度（Ｔ）における銅の抵抗（Ｒ）は、Ｒ＝Ｒ_ｒｅｆ［１＋α（Ｔ−Ｔ_ｒｅｆ）］となる。基準抵抗（Ｒ_ｒｅｆ）は、基準温度（Ｔ_ｒｅｆ）における銅の基準抵抗である。しばしば、Ｔ_ｒｅｆは２０°Ｃであるが、代わりに０°Ｃとすることができる。銅の抵抗Ｒの温度係数（α）は、温度が設定された量、通常１ケルビン（Ｋ）増加したときの物理的性質、この場合は銅のＲの変化の測定値である。ここで記載した方程式は銅に特有なものではなく、フレックス回路で用いられる任意の導電材料についても算出することができ、導電材料は金または金および銅の組合せなどを含む。

図３は、開示されたフレックス回路３０２を用いて測定された温度と従来のサーミスタ３０４を用いて測定された温度との比較を示すグラフ３００である。開示されたフレックス回路２０３により測定されたジェットスタック温度は、許容可能な誤差の範囲内で従来のサーミスタにより測定された温度を密接に追跡する。

上記の開示されたフレックス回路は、プリントヘッドジェットスタックの温度を測定するために用いることができる。温度測定値はプリントヘッドコントローラに送られ、プリントヘッドコントローラは受け取った測定値に基づいてジェットスタックの温度を調節することができる。しばしば、プリントヘッドの所望の動作は、ジェットスタックが定義された温度範囲内で温度を保持することを必要とする。

プリントヘッドジェットスタックは、上記のフレックス回路例の第１層の熱源によって加熱することができる。上記のフレックス回路の第２層の抵抗値が測定される。上述したフレックス回路の第２層の温度検知素子は、第２層で用いられる材料の特性に基づいて、第２層の温度に従って変化する抵抗を定義する。上記の例は、銅および／または金を第２層に含む。第２層は、フレックス回路の温度測定層として働く。上記のように、第２層は、第１層すなわち熱源層と第２層すなわち温度測定層との間の電気伝導を防止する絶縁層によって、熱源層すなわち第１層から分離される。

所定の温度スケールは生成されるか、あるいは温度検知素子の回路素子を形成するために第２層で用いられる材料の特性に基づいて、すでに既知である。第２層すなわち温度測定層の測定された抵抗値は、所定の温度スケールと比較される。比較された抵抗値から、第２層すなわち温度測定層の対応する温度が決定される。第２層が銅配線を含む例示的フレックス回路では、与えられた時間に第２層の関係する温度を決定するために、銅の抵抗が測定され、銅の既知の温度スケールと比較される。

上述したシステム及び方法は、オフセットまたはゲインが必要かどうかを決定するために、ジェットスタックの温度およびフレックス回路の第２層の抵抗値の両方を測定することを含むプリントヘッド較正ステップを必要としてもよい。較正測定が既知の温度測定スケールと異なる場合には、オフセットまたはゲインを算出することができ、温度測定システムが動作する際に、結果として生じる測定された抵抗に適用することができる。

開示されたフレックス回路は、配線が形成される銅（または他の導電材料）の既存の層にフレックス回路が依存するので、プリントヘッドを製造するために必要な材料の数を低減させる。ヒーターの背面上の第２層の銅配線は熱拡散能力を提供し、そのようにして従来のサーミスタが不要になる。製造が簡素化し部品が減少するので、プリントヘッドの信頼性およびプリントヘッドを製造するためのコストが改善される。

Claims (7)

1. 熱拡散特性を有する第１層であって、エッチングされた銅の回路を含む抵抗性熱源を有する第１層と、
   熱拡散特性を有する第２層であって、エッチングされた銅層を含む温度検知素子を有する第２層と、
   前記第１層と前記第２層との間に配置される絶縁性の第３層と、
   前記第１層上に設けられた第１接着層と、
   前記第１接着層上に設けられたトップカバーフィルムと、
   を含み、
   前記抵抗性熱源は、直列に電気的に接続された電圧源およびスイッチに接続され、
   前記温度検知素子は、直列に電気的に接続された電圧源および抵抗器に接続され、プリントヘッドのジェットスタックの温度を測定する、
   フレキシブル回路。
2. 前記第１層および前記第２層は、銅を含む、請求項１に記載のフレキシブル回路。
3. 前記温度検知素子は、温度を検知するサーミスタである、請求項１に記載のフレキシブル回路。
4. 前記絶縁性の第３層は、前記第１層と前記第２層との間の電気伝導を防止する、請求項１に記載のフレキシブル回路。
5. 前記第１層および前記第２層は、前記フレキシブル回路の長さに沿って熱を均一に拡散するための熱拡散能力を提供する、請求項１に記載のフレキシブル回路。
6. 前記フレキシブル回路は、プリントヘッドのジェットスタックのためのヒーターおよび温度測定システムである、請求項１に記載のフレキシブル回路。
7. ジェットスタックと、
   前記ジェットスタックに熱的に接続される、前記ジェットスタックを加熱し温度を測定する素子と、を含み、前記ジェットスタックを加熱し温度を測定する素子は、
   熱拡散特性を有する第１層であって、エッチングされた銅の回路を含む抵抗性熱源を有する第１層と、
   熱拡散特性を有する第２層であって、エッチングされた銅層を含む温度検知素子を有する第２層と、
   前記第１層と前記第２層との間に配置される絶縁性の第３層と、
   前記第１層上に設けられた第１接着層と、
   前記第１接着層上に設けられたトップカバーフィルムと、
   を含み、
   前記抵抗性熱源は、直列に電気的に接続された電圧源およびスイッチに接続され、
   前記温度検知素子は、直列に電気的に接続された電圧源および抵抗器に接続され、前記ジェットスタックの温度を測定する、
   プリントヘッド。

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