JP7500286B2

JP7500286B2 - 記録装置

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Publication number: JP7500286B2
Application number: JP2020100273A
Authority: JP
Inventors: 創一朗永持; 峰生下津佐
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2019-07-09
Filing date: 2020-06-09
Publication date: 2024-06-17
Anticipated expiration: 2040-06-09
Also published as: JP2021014111A

Description

本発明は素子基板、液体吐出ヘッド、及び記録装置に関し、特に、例えば、素子基板を組み込んだ液体吐出ヘッドをインクジェット方式に従って記録を行うために記録ヘッドとして適用した記録装置に関する。

ノズルからインク液滴を吐出させ、紙、プラスチックフィルムなどの記録媒体に付着させるインクジェット記録方式の中で、インクを吐出するために熱エネルギーを発生するヒータを有する記録ヘッドを用いるものがある。この方式に従う記録ヘッドは、例えば、通電に応じて発熱する電気熱変換素子とその駆動方法などを半導体製造工程と同様の工程を用いて形成できる。従って、ノズルの高密度実装が容易であり、記録の高精度化が達成できるなどの利点がある。

このような記録ヘッドでは、異物や粘度の増加したインクなどによるノズルの目詰まりや、インク供給路やノズル内に混入した気泡、又はノズル表面の濡れ性の変化などの原因により、記録ヘッドの全部又は一部のノズルでインク吐出不良が発生することがある。そのような吐出不良が発生した場合に生じる画像品位の低下を避けるために、インク吐出状態を回復させる動作や、他のノズルなどによる補完動作を速やかに実行できる構成が備えられている。これらの動作を速やかに実行するためには、インク吐出状態の判定やその吐出不良発生の判定を正確にかつ適時に行うことが極めて重要である。

従って、従来からも種々のインク吐出状態の判定方法やこれらを適用した装置が提案されている。

特許文献１は、吐出不良を検出するために、正常吐出に生じる温度低下を検出する方法を開示している。正常吐出時は吐出されるインク液滴の一部が記録ヘッドの電気熱変換素の耐キャビテーション層に接触し、温度検知素子の検知温度が低下する。これに対して、インクの吐出不良時はインク液滴が耐キャビテーション層に接触することはないので、温度検知素子の温度は穏やかに低下する。従って、この温度変化の違いから吐出状態を検出することができる。

さらに、特許文献１は、インクなどの液体に熱を供給する電気熱変換素子と、電気熱変換素子の下に電気熱変換素子の温度を検知する温度検知素子を２つ備えることにより、各温度検知素子から得られる出力電圧を比較できる構成を開示している。このような構成により、インクなどの液体の吐出状態をより正確に判定することができる。

特開２０１５－２１４０７９号公報

さて、特許文献１に記載の記録ヘッドの素子基板では電気熱変換素子の温度を電圧として検知するという性質上、出力電圧を上げる、即ち、感度を上げるために第１と第２の温度検知素子を夫々、電気熱変換素子の中央に近い場所に配置する構成を採用している。

しかし、温度検知素子を複数配置するという性質上、第１と第２の温度検知素子の間に、温度検知素子を配置することのできない隙間が必ず存在する。そのため、温度検知できない領域がどうしても発生してしまう。

本発明は上記従来例に鑑みてなされたもので、温度検知可能な領域を確保し、より信頼性の高い素子基板、液体吐出ヘッド、及び記録装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明の素子基板は次のような構成からなる。

即ち、
インクを吐出する複数のノズルと、多層構造の素子基板とを備える記録ヘッドを用いて記録媒体に記録を行う記録装置であって、
前記素子基板は、
電気熱変換素子と、
前記素子基板を平面視した際に前記電気熱変換素子と少なくとも一部が重なる位置に形成される温度検知素子と、
前記温度検知素子に接続される複数の配線と、
前記複数の配線それぞれに対応し、外部からの制御信号により配線の接続をオンオフする複数のスイッチと、
前記複数のスイッチによりオンとされた配線により接続された前記温度検知素子の異なる位置の間の電位差を比較する比較器と、
を有し、
前記温度検知素子は、異なる前記複数の配線が選択されることで複数の領域の温度検知が可能であり、
前記電気熱変換素子は、前記複数のノズルに対応する複数の電気熱変換素子の１つであり、
前記温度検知素子は、前記複数のノズルに対応する複数の温度検知素子の１つであり、
前記温度検知素子は矩形の薄膜抵抗体であり、前記複数の配線は、前記薄膜抵抗体が形成される層とは異なる層に形成され、前記薄膜抵抗体の周縁部に接続され、
前記記録装置は、
前記複数のスイッチのオンオフを制御する前記制御信号を生成する生成手段と、
前記比較器から出力された電位差の時間変化を監視する監視手段と、
前記監視手段により監視された電位差の時間変化に基づいて、インクの吐出不良が発生したかどうかを判定する判定手段と、
を有し、
前記判定手段は、インクは正常に吐出されていると判定された場合、前記複数のスイッチの一部ずつをオンして前記複数の配線の一部ずつを接続し、該接続により得られた前記比較器から出力された各電位差の差分に基づいて、インク吐出にヨレが発生しているかどうかを判定する
ことを特徴とする。

本発明によれば、１つの温度検知素子によって複数の領域の温度検知が可能であるので、より信頼性の高い素子基板が提供することができる。

本発明の代表的な実施例である記録ヘッドを備えた記録装置の構成概略を示す斜視図である。図１に示した記録装置の制御構成を示すブロック図である。温度検知素子を備える記録ヘッドの素子基板の一部を模式的に示す図である。正常にインク吐出が行われている場合と吐出不良が発生した場合のノズル内のインクの状態を示す図である。正常にインク吐出が行われている場合と吐出不良が発生した場合の温度センサが検出する温度変化を示す図である。温度センサとヒータの配置構成を示す図である。温度センサに設けられた４つの配線を選択的に用いて配線間の電流の流れを模式的に示す図である。温度センサに設けられた４つの配線を選択的に用いて配線間の電流の流れを模式的に示す図である。図７～図８に示した構成を備えた温度センサを用いた温度検出回路の構成を示す等価回路図である。吐出状態の判定方法を示したフローチャートである。温度センサとヒータと温度センサの配線の配置構成を示す図である。温度センサとヒータと温度センサの配線の配置構成を示す図である。実施例２における温度センサとヒータの配置構成を示す図である。

以下、添付図面を参照して実施形態を詳しく説明する。なお、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。実施形態には、複数の特徴が記載されているが、これらの複数の特徴の全てが発明に必須のものとは限らず、また、複数の特徴は任意に組み合わせられても良い。さらに添付図面においては、同一若しくは同様の構成に同一の参照番号を付し、重複した説明は省略する。

なお、この明細書において、「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、有意無意を問わない。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。

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。

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ある。従って、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。

またさらに、「ノズル」とは、特にことわらない限り吐出口ないしこれに連通する液路およびインク吐出に利用されるエネルギーを発生する素子を総括して言うものとする。

以下に用いる記録ヘッド用の素子基板（ヘッド基板）とは、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、各素子や配線等が設けられた構成を差し示すものである。

さらに、基板上とは、単に素子基板の上を指し示すだけでなく、素子基板の表面、表面近傍の素子基板内部側をも示すものである。また、本発明でいう「作り込み（built-in）」とは、別体の各素子を単に基体表面上に別体として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等によって素子板上に一体的に形成、製造することを示すものである。

＜記録装置の概要説明（図１～図２）＞
図１は本発明の代表的な実施例であるインクジェット記録ヘッド（以下、記録ヘッド）を用いて記録を行なう記録装置の構成の概要を示す外観斜視図である。

図１に示すように、インクジェット記録装置（以下、記録装置）１はインクジェット方式に従ってインクを吐出して記録を行なうインクジェット記録ヘッド（以下、記録ヘッド）３をキャリッジ２に搭載している。そして、キャリッジ２を矢印Ａ方向に往復移動させて記録を行う。記録紙などの記録媒体Ｐを、給紙機構５を介して給紙し、記録位置まで搬送し、その記録位置において記録ヘッド３から記録媒体Ｐにインクを吐出することで記録を行なう。

記録装置１のキャリッジ２には記録ヘッド３を搭載するのみならず、記録ヘッド３に供給するインクを貯留するインクタンク６を装着する。インクタンク６はキャリッジ２に対して着脱自在になっている。

図１に示した記録装置１はカラー記録が可能であり、そのためにキャリッジ２にはマゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、イエロ（Ｙ）、ブラック（Ｋ）のインクを夫々、収容した４つのインクカートリッジを搭載している。これら４つのインクカートリッジは夫々独立に着脱可能である。

この実施例の記録ヘッド３は、熱エネルギーを利用してインクを吐出するインクジェット方式を採用している。このため、電気熱変換素子（ヒータ）を備えている。この電気熱変換素子は各吐出口のそれぞれに対応して設けられ、記録信号に応じて対応する電気熱変換素子にパルス電圧を印加することによって対応する吐出口からインクを吐出する。なお、記録装置は、上述したシリアルタイプの記録装置に限定するものではなく、記録媒体の幅方向に吐出口を配列した記録ヘッド（ラインヘッド）を記録媒体の搬送方向に配置するいわゆるフルラインタイプの記録装置にも適用できる。

図２は図１に示した記録装置の制御構成を示すブロック図である。

図２に示すように、コントローラ６００は、ＭＰＵ６０１、ＲＯＭ６０２、特殊用途集積回路（ＡＳＩＣ）６０３、ＲＡＭ６０４、システムバス６０５、Ａ／Ｄ変換器６０６などで構成される。ここで、ＲＯＭ６０２は後述する制御シーケンスに対応したプログラム、所要のテーブル、その他の固定データを格納する。ＡＳＩＣ６０３は、キャリッジモータＭ１の制御、搬送モータＭ２の制御、及び、記録ヘッド３の制御のための制御信号を生成する。ＲＡＭ６０４は、画像データの展開領域やプログラム実行のための作業用領域等として用いられる。システムバス６０５は、ＭＰＵ６０１、ＡＳＩＣ６０３、ＲＡＭ６０４を相互に接続してデータの授受を行う。Ａ／Ｄ変換器６０６は以下に説明するセンサ群からのアナログ信号を入力してＡ／Ｄ変換し、デジタル信号をＭＰＵ６０１に供給する。

また、図２において、６１０は画像データの供給源となる図１に示したホストやＭＦＰに対応するホスト装置である。ホスト装置６１０と記録装置１との間ではインタフェース（Ｉ／Ｆ）６１１を介して画像データ、コマンド、ステータス等をパケット通信により送受信する。このパケット通信については後で説明する。なお、インタフェース６１１としてＵＳＢインタフェースをネットワークインタフェースとは別にさらに備え、ホストからシリアル転送されるビットデータやラスタデータを受信できるようにしても良い。

さらに、６２０はスイッチ群であり、電源スイッチ６２１、プリントスイッチ６２２、回復スイッチ６２３などから構成される。

６３０は装置状態を検出するためのセンサ群であり、位置センサ６３１、温度センサ６３２等から構成される。この実施例では、この他にもインク残量を検出するフォトセンサが設けられる。このフォトセンサの詳細について後述する。

さらに、６４０はキャリッジ２を矢印Ａ方向に往復走査させるためのキャリッジモータＭ１を駆動させるキャリッジモータドライバ、６４２は記録媒体Ｐを搬送するための搬送モータＭ２を駆動させる搬送モータドライバである。

ＡＳＩＣ６０３は、記録ヘッド３による記録走査の際に、ＲＡＭ６０４の記憶領域に直接アクセスしながら記録ヘッドに対して電気熱変換素子（インク吐出用のヒータ）を駆動するためのデータを転送する。加えて、この記録装置には、ユーザインタフェースとしてＬＣＤやＬＥＤで構成される表示部が備えられている。

＜記録ヘッドの概要説明（図３～図５）＞
図３は温度検知素子を備える記録ヘッド３の素子基板（ヒータボード又はヘッド基板）の一部を模式的に示す図である。図３において、（ａ）はその素子基板を上面から眺めた平面図であり、（ｂ）は図３（ａ）における１つのヒータ（電気熱変換素子）１０４と１つの温度検知素子（温度センサ）１０５の構造を模式的に示すａ－ａ’線に沿った断面図である。

図３（ａ）に示されるように、ヒータ１０４に対してワイヤボンディングなどにより外部と接続された電力供給を行うための端子１０６が接続されている。また、ヒータ１０４に対応して温度センサ１０５（温度検知素子）が設けられる。そして、ヒータ１０４や温度センサ１０５と、端子１０６とはＡｌ（アルミニウム）配線１１０によって接続される。

また、図３（ｂ）に示されるように、ヒータボードを構成するＳｉ基板１０８には、熱酸化膜ＳｉＯ₂などからなる蓄熱層を介して温度に応じて抵抗値が変化する薄膜抵抗体で形成される温度センサ１０５が配置される。温度センサ１０５はＡｌ，Ｐｔ，Ｔｉ，ＴｉＮ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｗ，ＡｌＣｕ，ＴａＳｉＮなどからなる。さらに、Ｓｉ基板１０８には、ヒータ１０４に対する個別配線と、ヒータ１０４とこれに選択的に電力供給を行うための制御回路を接続する配線とを含むＡｌ配線１１０が形成される。さらに、層間絶縁膜１１１を介してヒータ１０４、ＳｉＮなどのパッシベーション膜１１２および耐キャビテーション膜１１３が半導体製造工程と同様のプロセスにて高密度に積層されて配置される。なお、耐キャビテーション膜１１３には、ヒータ１０４上の耐キャビテーション性を高めるためにＴａなどを用いることができる。さらに、ヒータ１０４の上部にはインクを吐出するノズル１０３が形成されている。

以上説明した構造から分かるように、Ｓｉ基板１０８の上は多層構造をしており、ヒータ１０４が形成される層とは異なる層に温度センサ１０５が形成され、これらの層の間には層間絶縁膜１１１が形成される。

また、図３（ｂ）では、ヒータ１０４の下に温度センサ１０５を配置している例を説明しているが、温度センサ１０５を液室１１４とヒータ１０４の間に配置してもよい。また、耐キャビテーション膜１１３を温度センサとして用いてもよい。

各ヒータの温度を検出するためには、端子１０６を通して温度センサ１０５に対して電力が供給され、温度センサ１０５の電圧を検出し、これを出力する必要がある。キャリッジ２にはそのような電力を供給する端子と温度センサ１０５からの出力電圧を受信する端子が備えられている。さらに、これらの端子を介した電力はフレキシブルケーブル（不図示）を介して記録装置１の本体部に出力される。

そして、記録装置１の本体部では、フレキシブルケーブルを介して得られた温度情報に基づいて各ノズルからインクが正常吐出されたか、あるいは、吐出不良が発生したかを判定することができる。

＜吐出状態と層間絶縁膜温度の関係＞
記録ヘッド３は、図３に示したように、基本的にインクを吐出するため熱エネルギーを発生するヒータ（電気熱変換素子）１０４と、その駆動に伴う温度変化を検出する温度センサ１０５とを備える。

図４は正常にインク吐出が行われている場合と吐出不良が発生した場合のノズル内のインクの状態を示す図である。特に、吐出状態に伴う耐キャビテーション膜１１３上の状態を示したものである。図４において、（ａ）は吐出不良時、（ｂ）は正常吐出時の様子を示している。

図４（ａ）と図４（ｂ）に示すように、ヒータ１０４を加熱後の経過時間ｔ＝ｔ１では、インク吐出不良時と正常吐出時、共に、耐キャビテーション膜１１３上は加熱により発生した泡に覆われる。さらに一定時間が経過後のｔ＝ｔ２では、インク吐出不良時は耐キャビテーション膜１１３の上に泡が残存している。これに対して、正常吐出時は、吐出に伴い発生するインク液滴１２０の一部１２１がヒータ１０４の中央部直上にある耐キャビテーション膜１１３の表面に接触する。

図５は、正常にインク吐出が行われている場合と吐出不良が発生した場合の温度センサ１０５が検出する温度変化を示す図である。特に、図５は吐出状態における耐キャビテーション膜１１３の表面下の温度変化を示したものである。また、図５におけるｔ＝ｔ２は図４におけるｔ＝ｔ２に対応している。

図５によれば、インク吐出不良時は耐キャビテーション膜１１３の表面に常に泡が存在するため急激な温度変化は発生せず穏やかに温度が低下する。一方、インク正常吐出時は、ｔ＝ｔ２のタイミングで熱がインク側に移動するため、耐キャビテーション膜１１３の表面の温度は急激に低下する。これは、温度センサ１０５が正の抵抗温度係数を持つ場合、温度が低下すると、温度センサ１０５の抵抗値が下がり、定電流の場合は出力電圧が減少するために生じる。

次に、以上のような構成の記録ヘッドに実装される素子基板において、インク吐出動作におけるヒータの温度変化の特性を踏まえたインク吐出状態を判定する構成を実現する実施例について説明する。

図６は温度センサとヒータの配置構成を示す図である。図６において、（ａ）は図３（ｂ）に示したのと同様なａ－ａ’側断面図であり、（ｂ）は１つのヒータとその温度センサとに着目した上面図である。

図６（ｂ）に示すように、この実施例では、温度センサ１０５をヒータ１０４の中心に配置し、温度センサ１０５の四隅にそれぞれ配線１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃ、１１０Ｄを配置する。また、各配線は端子１０６に接続される。これにより、任意の配線間の電気抵抗と電圧の測定が可能となる。これにより、温度センサ１０５のエリアを分割しての測定が可能となる。この点については後述する。

なお、ヒータ１０４と温度センサ１０５との位置関係については、素子基板を平面視した際にヒータ１０４と温度センサ１０５との少なくとも一部が互いに重なっていればよい。温度検知を精度よく行うためには、ヒータ１０４の中央部と温度センサ１０５の中央部が重なっていることが好ましい。また、ヒータ１０４と温度センサ１０５とが重なる面積が大きいことが好ましい。

図６（ａ）に示すように、ヒータ１０４の下に層間絶縁膜１１１を挟んで温度センサ１０５が配置され、また、温度センサ１０５の下部側で配線１１０Ｃ、１１０Ｄが接続されている。なお、図６（ａ）には示されていないが、配線１１０Ａ、１１０Ｂも温度センサ１０５の下部側で接続されている。

また、この実施例では、温度センサ１０５は配線１１０Ａ～Ｄにより電気的に接続されるが、このような形態ではなく、別層のタングステンなどによって形成されたプラグにより電気的に接続されても構わない。即ち、温度センサ１０５と配線１１０Ａ～Ｄとがプラグを介して接続されていてもよい。この場合は、プラグを温度センサ１０５の周縁部に接続することが好ましい。また、そのプラグ形状はスリット形状やホール形状でも構わない。

図７～図８は、温度センサに設けられた４つの配線を選択的に用いて配線間の電流の流れを模式的に示す図である。

上述のように薄膜状で矩形の温度センサ１０５の周縁部の４か所（対向する２辺夫々に２か所）に配線を設けた構成にすることにより、図７～図８に示すように、次のようないくつかの配線間の温度センサの抵抗と出力電圧を監視可能になる。

即ち、図７（ａ）に示すように、配線１１０Ａと配線１１０Ｃを一つの配線ＡＣとみなし、配線１１０Ｂと配線１１０Ｄを一つの配線ＢＤとして、配線ＡＣと配線ＢＤの間の温度センサ１０５の抵抗Ｒ_allと出力電圧を監視できる。

また、図７（ｂ）に示すように、配線１１０Ｃと配線１１０Ｄの間の温度センサ１０５の抵抗Ｒ_CDと出力電圧を監視できる。そして、図７（ｃ）に示すように、配線１１０Ａと配線１１０Ｂの間の温度センサ１０５の抵抗Ｒ_ABと出力電圧を監視できる。さらには、図８（ａ）に示すように、配線１１０Ａと配線１１０Ｄの間の温度センサ１０５の抵抗Ｒ_ADと出力電圧を監視できる。そして、図８（ｂ）に示すように、配線１１０Ｃと配線１１０Ｂの間の温度センサ１０５の抵抗Ｒ_CBと出力電圧を監視できる。

このように、この実施例では、任意の配線間の温度センサの抵抗と出力電圧を監視できる。これにより、温度センサで温度検知可能な最大領域を所定の領域とした場合、所定の領域のうちの複数の領域の温度検知が可能である。

図９は図７～図８に示した構成を備えた温度センサを用いた温度検出回路の構成を示す等価回路図である。

図９に示すように、温度検出回路には温度センサ１０５に定電流を流すための電流供給源４００と、温度センサ１０５に発生する電位差を測定する差分器（比較器）２００を備える。このような構成により、温度センサ１０５に電流が流れたとき、温度変化による抵抗値の変化を電圧として出力できる。また、この構成では、温度センサ１０５の抵抗Ｒ_AB、Ｒ_CD、Ｒ_AD、Ｒ_CBと出力電圧は各スイッチング素子３００Ａ～Ｄをオンオフすることにより測定できる。この温度検出回路のうち、電流供給源４００を除く構成は全て、素子基板に実装される。

具体的には、抵抗Ｒ_ABを測定する場合、スイッチ３００Ｆ、３００Ｈをオンすれば、抵抗Ｒ_ABの両端間が導通する。そして、スイッチ３００Ａ、３００Ｃをオンすれば、差分器２００からは抵抗Ｒ_ABの両端の電位差が出力電圧Ｖ_outとして得られる。抵抗Ｒ_CDを測定する場合、スイッチ３００Ｅ、３００Ｇをオンすれば、抵抗Ｒ_CDの両端間が導通する。そして、スイッチ３００Ｂ、３００Ｄをオンすれば、差分器２００からは抵抗Ｒ_CDの両端の電位差が出力電圧Ｖ_outとして得られる。

抵抗Ｒ_CBを測定する場合、スイッチ３００Ｅ、３００Ｈをオンすれば、抵抗Ｒ_CBの両端間が導通する。そして、スイッチ３００Ｂ、３００Ｃをオンすれば、差分器２００からは抵抗Ｒ_CBの両端の電位差が出力電圧Ｖ_outとして得られる。抵抗Ｒ_ADを測定する場合、スイッチ３００Ｆ、３００Ｇをオンすれば、抵抗Ｒ_ADの両端間が導通する。そして、スイッチ３００Ａ、３００Ｄをオンすれば、差分器２００からは抵抗Ｒ_ADの両端の電位差が出力電圧Ｖ_outとして得られる。

また、８つ全てのスイッチ（スイッチング素子）をオンすることにより、抵抗Ｒ_allも測定することが可能となる。

なお、これらスイッチのオンオフは、外部（記録装置の本体部）から供給される制御信号によって行われる。

次に、上記構成の温度センサと温度検知回路を用いたインク吐出状態の判定方法について説明する。

吐出状態として吐出に伴い発生するインク液滴の一部が耐キャビテーション膜１１３の表面に接触する際に生じる温度センサにより検出されたヒータ温度の変化を利用して吐出判定をすると説明したが、通常インク液滴の一部はヒータ１０４の中央部に落下する。しかしながら、ノズル１０３付近に異物が存在したり、ノズル１０３の表面の撥水性のばらつきにより、吐出に伴い発生するインク液滴の一部の落下がヒータ１０４の中央部ではなく、ずれることがある。この現象を「ヨレ」と呼んでいる。その際、吐出されたインク液滴の主滴（図４（ｂ）の１２０）も記録媒体上の所望の位置からはずれたところに着弾することが分かっている。このような理由から、耐キャビテーション膜１１３に接触するインク液滴の一部にヨレが発生しているかどうかを判定することは、吐出状態のより正確な把握につながる。

ここでは、そのヨレ方向を判定方法について説明する。

図１０は吐出状態の判定方法を示したフローチャートである。

まず、ステップＳ１００では、図７（ａ）に示したように、配線ＡＣと配線ＢＤを用いて、インク吐出動作に伴う、温度センサ１０５の全エリアの抵抗Ｒ_allを用いてヒータ温度の時間変化を監視し、急峻な温度変化があるかを調べる。ここで、急峻な温度変化がない場合、処理はステップＳ２００に進んで、インク吐出不良であると判定する（不吐判定）。これに対して、急峻な温度変化があり、インクは正常に吐出されると判定された場合、処理はステップＳ１０５に進み、ヨレ判定の処理を行う。

ここで、ヨレ判定について説明する。インクが正常に吐出されたノズルのヒータでは、急激に温度降下が生じるため、温度センサの抵抗値が下がる。この現象を利用して以下のようなヨレ判定を行う。

即ち、ステップＳ１０５において、図７（ｂ）に示すように、配線１１０Ｃと配線１１０Ｄを用いて、破線で囲まれた温度センサ１０５の上側エリアのインク吐出時の抵抗Ｒ_cdを測定する。同じく、図７（ｃ）に示すように、配線１１０Ａと配線１１０Ｂを用いて、破線で囲まれた温度センサ１０５の下側エリアのインク吐出時の抵抗Ｒ_ADを測定する。このとき、図５におけるｔ＝ｔ２以降のタイミングで測定を行うのが、温度センサ１０５の抵抗Ｒ_CDとＲ_ABの値の差分が大きくなるため好ましい。そして、これら抵抗の差分（Ｒ_CD－Ｒ_AB：差分（上－下））を読取る。

ステップＳ１１０では、その差分の値を調べる。ここで、その差分が（Ｒ_CD－Ｒ_AB）がゼロ、即ち、差分がないか、もしくは判定閾値内の場合は、処理はステップＳ３００に進み、上下に「ヨレなし」と判定する。一方、その差分が（Ｒ_CD－Ｒ_AB）がマイナス（－）であるか、あるいは判定閾値よりマイナス側の場合は、処理はステップＳ１１５に進み、「上にヨレ」があると判定する。さらに、その差分が（Ｒ_CD－Ｒ_AB）がプラス（＋）であるか、あるいは判定閾値よりプラス側の場合は、処理はステップＳ１５０に進み、「下にヨレ」があると判定する。

次に、「上にヨレ」があると判定された場合、ステップＳ１２０において、図８（ａ）に示すように、配線１１０Ａと配線１１０Ｄを用いて温度センサの左下右上エリアのインク吐出時の抵抗Ｒ_ADを測定する。また、「下にヨレ」があると判定された場合、ステップＳ１５５において、図８（ａ）に示すように、配線１１０Ａと配線１１０Ｄを用いて温度センサの左下右上エリアのインク吐出時の抵抗Ｒ_ADを測定する。同じく、ステップＳ１２０およびステップＳ１５５において、図８（ｂ）に示すように、配線１１０Ｂと配線１１０Ｃを用いて温度センサの左上右下エリアのインク吐出時の抵抗Ｒ_CBを測定する。そして、これらの抵抗の差分（Ｒ_AD－Ｒ_CB：差分（左下右上－左上右下エリア）を読取る。

ステップＳ１２５とステップＳ１６０では、その差分の値を調べる。

まず、ステップＳ１１５において「上にヨレ」があると判定された場合、ステップＳ１２０における抵抗の差分の読取と、その差分の値を調べた結果、差分がマイナス（－）、あるいは判定閾値よりマイナス側の場合、処理はステップＳ１３０に進む。そして、「右上にヨレ」があると判定する。これに対して、差分がプラス（＋）、あるいは判定閾値よりプラス側の場合、処理はステップＳ１４０に進み、「左上にヨレ」があると判定する。

また、ステップＳ１５０において「下にヨレ」があると判定された場合、ステップＳ１５５における抵抗の差分の読取と、その差分の値を調べた結果、差分がマイナス（－）、あるいは判定閾値よりマイナス側の場合、処理はステップＳ１６５に進む。そして、「右下にヨレ」があると判定する。これに対して、差分がプラス（＋）、あるいは判定閾値よりプラス側の場合、処理はステップＳ１７５に進み、「左下にヨレ」があると判定する。

以上のように、ステップＳ１３０、Ｓ１４０、Ｓ１６５、Ｓ１７５のいずれかにおいて、ヨレ方向が判定された後、処理はステップＳ１３５、Ｓ１４５、Ｓ１７０、Ｓ１８０においてノズルの周辺を洗浄するワイピングブレードの移動方向を決定する。これは、図１に示した記録装置１の右下側に設けられた回復機構に備えられ、記録ヘッド３のインク吐出面を払拭するワイピングブレードの移動方向を決定することである。そして、その決定に従って、ワイピングブレードを移動させて、ワイピングを行う。

ワイピングブレードは通常、記録ヘッドの複数のノズルの配列方向に沿って、或いは、その配列方向に直交する方向にブレード方向があるように設けられる。そして、そのブレード方向とは直交する方向に、ワイピングブレードを移動させることで、ノズル又はその周辺領域を払拭する。この実施例では、このワイピングブレードをブレード方向に直交する軸を回転軸として回転させることで、ノズルに対するワイピングブレードの移動方向を変更できる機構を備える。これにより、図７～図８のように素子基板をノズル方向に上面から眺めたとき、各ノズルに対してワイピングブレードが右から左、左から右、右上から左下、左上から右下、左下から右上、右下から左上のように移動させることができる。

これは、例えば、図７～図８のように、素子基板をノズル方向に上面から眺めたとき、ノズルの右上に異物があった場合に、異物の影響により異物の対角方向の左下にヨレが発生すると考えられる。従って、左下から右上方向にワイピングすることにより異物がノズル内に取り込まれないよう取り除くができる。

このようにして、ステップＳ１３５、Ｓ１４５、Ｓ１７０、Ｓ１８０のいずれかにおいて決定された方向にワイピングを行ったあと、再度ヨレ判定を行う。即ち、処理はステップＳ１００に戻って、以上説明した処理を繰り返す。そして、そのような処理によっても依然としてヨレが発生する場合は、そのノズルは吐出不良と判定する（不吐判定）。

従って以上説明した実施例に従えば、１つの電気熱変換素子に１つの温度センサを対応させ、その温度センサの周縁部に４つの配線を接続可能にし、これら４つの配線の異なる２つずつを選択して導通させ、抵抗値や電位差（電圧）を測定することができる。これにより、１つの電気熱変換素子に２つの温度センサを対応させなくとも、１つの温度センサを用いて２つ以上の（ここでは４つの）抵抗値や電位差（電圧）を得ることができ、吐出状態の判定をより信頼性を高めることができる。また、各ヒータに対応する温度センサに４つの配線を設け、定電流を供給してヒータ温度を測定するために用いる配線を選択できるので、各ノズルの吐出不良判定のみならず、その測定結果からヨレ方向の判定も行うことができる。これにより、適切なワイピング動作により異物除去も可能になるので、ノズルからのインク吐出状態を良好に維持することができる。

また、図６に示した構造からも分かるように、素子基板においてヒータ１０４の中央部と温度センサ１０５の中央部とが重なっており、温度センサは平面上、四角にパターニングされており、その内側はパターニングされていない。そのため、温度が高くなる温度センサの中央部の温度検知が可能であり、温度検知ができない領域の発生を抑えて温度検知可能な領域を確保することが可能となる。

なお、特許文献１のように２つの温度センサを配置すると、２つの温度センサの間の隙間による段差に挟まれた部分が生じることが想定される。この場合、温度センサと電気熱変換素子の間の層間絶縁膜の成膜時に、カバレッジが十分でないために段差に挟まれた部分に空洞が生じてしまう可能性がある。特に、電気熱変換素子の温度を電圧として検知するという性質上、出力電圧を上げる、即ち、感度を上げるためには、２つの温度センサを夫々、電気熱変換素子の中央に近い場所に配置する構成が求められる。この場合、２つの温度センサが近くに配置されるため空洞が生じる可能性が高まる。

このような空洞が生じた場合、２つの温度センサの間にある電気熱変換素子、保護膜、耐キャビテーション層などのカバレッジが不十分となり、所望の膜質や所望の膜厚の確保が困難となる恐れがある。

また、電気熱変換素子の中央部は特にキャビテーションが強く発生しやすい。そのために、電気熱変換素子の中央部やこの部分を覆う膜の膜質や膜厚が確保されていないと、記録ヘッドの素子基板の信頼性が低下する。

しかしながら、この実施例のような構成であれば、ヒータの中央部とその直下の温度センサに挟まれた層間絶縁膜１１１のカバレージは良好である。同じく、ヒータ１０４、保護膜１１２、耐キャビテーション膜１１３のカバレージも良好である。従って、上述したような、温度センサとヒータの間の層間絶縁膜の成膜時において、カバレッジ不良による空洞が生じてしまう可能性もなく、信頼性の高い素子基板が形成される。

図１３は実施例２における温度センサとヒータの配置構成を示す図である。この実施例では、実施例１で示した構成より、図１３に示すようにヒータ直下にあった温度センサがなくなり、代わりに耐キャビテーション膜が温度センサ１０５を兼ねる構成となっている。また、耐キャビテーション膜を兼ねる温度センサ１０５の下部側で配線１１０Ｃ、１１０Ｄが接続されている。

なお、図１３（ｂ）には示されていないが、配線１１０Ａ、１１０Ｂも温度センサ１０５の下部側で接続されている。それ以外は実施例１と同様である。この構成にすることにより、耐キャビテーション膜と別に温度センサ１０５を設けずに済むため、製造工程の削減が可能となる。また、耐キャビテーション膜を兼ねる温度センサ１０５は、ヒータを全て覆っている状態で、実施例１と同様に温度センサ１０５のエリアを分割しての測定が可能となる。

なお、以上説明した実施例では、図６～図８に示すように、各温度センサに対して４つの配線を設けるとしたが、本発明はこれによって限定されるものではない。例えば、図１１～図１２に示すような配線構成を用いても良い。

図１１は、温度センサに対して、図６に示した例と比較して、配線１１０Ｅ、１１０Ｆの２つが追加されている。このように、配線を６つに増やすことにより、温度検知のエリアをより細かく分けることが可能となる。

図１２は、温度センサに対して、図６に示した例と比較して、配線１１０Ｅ、１１０Ｆ、１１０Ｇ、１１０Ｈが追加されている。このように、配線を８つに増やすことにより、温度検知のエリアをより細かく分けることが可能となる。特にこの場合、縦方向に電流を流すことが可能となる。

また、温度センサは、所定の領域のうちの少なくとも２つのエリアの温度検知を行えればよい。例えば、図６における配線１１０Ａ、１１０Ｃが１つの配線として形成された配線と、配線１１０Ｂ、配線１１０Ｄがある場合を考える。この配線と配線１１０Ｂとに電流を流す場合と、この配線と配線１１０Ｄとに電流を流す場合とで、一部領域が重複された２つのエリアの温度検知を行うことができる。これにより、簡易な構成で複数のエリアの温度検知を行うことができる。

また、図１０のフローチャートでは、４つのエリアのうちのいずれかのエリアでヨレが発生しているかを判定し、この結果に応じてワイピングを制御する例を示しているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、２つのエリア（例えば上ヨレと下ヨレ）の判定をステップＳ１１５、ステップＳ１５０で行い、判定結果に応じてワイピングブレードとインク吐出面との相対的な移動方向を制御してもよい。これにより、温度検知と回復とを簡易に行うことができる。なお、判定結果によって制御する回復手段はワイピングブレードに限定されず、判定結果に応じてその他の回復手段の制御を異ならせてもよい。

なお、以上説明した実施例では、インクを吐出する記録ヘッドとその記録装置を例として説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明は、プリンタ、複写機、通信システムを有するファクシミリ、プリンタ部を有するワードプロセッサなどの装置、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に適用可能である。また本発明は、例えば、バイオチップ作製や電子回路印刷やカラーフィルタ製造などの用途としても用いることができる。

以上の実施例で説明した記録ヘッドは、一般的には、液体吐出ヘッドということもできる。また、そのヘッドから吐出するのはインクに限定されるものではなく、一般的に、液体ということもできる。

本発明は上記実施形態に制限されるものではなく、発明の精神及び範囲から逸脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、発明の範囲を公にするために請求項を添付する。

１記録装置、２キャリッジ、３記録ヘッド、６インクタンク、
１０４電気熱変換素子（ヒータ）、１０５温度検知素子（温度センサ）、
１０６端子、１０８Ｓｉ基板、１１０Ａｌ（アルミニウム）配線、
１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃ、１１０Ｄ配線
１１１層間絶縁膜、１１２パッシベーション膜、１１３耐キャビテーション膜

Claims

インクを吐出する複数のノズルと、多層構造の素子基板とを備える記録ヘッドを用いて記録媒体に記録を行う記録装置であって、
前記素子基板は、
電気熱変換素子と、
前記素子基板を平面視した際に前記電気熱変換素子と少なくとも一部が重なる位置に形成される温度検知素子と、
前記温度検知素子に接続される複数の配線と、
前記複数の配線それぞれに対応し、外部からの制御信号により配線の接続をオンオフする複数のスイッチと、
前記複数のスイッチによりオンとされた配線により接続された前記温度検知素子の異なる位置の間の電位差を比較する比較器と、
を有し、
前記温度検知素子は、異なる前記複数の配線が選択されることで複数の領域の温度検知が可能であり、
前記電気熱変換素子は、前記複数のノズルに対応する複数の電気熱変換素子の１つであり、
前記温度検知素子は、前記複数のノズルに対応する複数の温度検知素子の１つであり、
前記温度検知素子は矩形の薄膜抵抗体であり、前記複数の配線は、前記薄膜抵抗体が形成される層とは異なる層に形成され、前記薄膜抵抗体の周縁部に接続され、
前記記録装置は、
前記複数のスイッチのオンオフを制御する前記制御信号を生成する生成手段と、
前記比較器から出力された電位差の時間変化を監視する監視手段と、
前記監視手段により監視された電位差の時間変化に基づいて、インクの吐出不良が発生したかどうかを判定する判定手段と、
を有し、
前記判定手段は、インクは正常に吐出されていると判定された場合、前記複数のスイッチの一部ずつをオンして前記複数の配線の一部ずつを接続し、該接続により得られた前記比較器から出力された各電位差の差分に基づいて、インク吐出にヨレが発生しているかどうかを判定する
ことを特徴とする記録装置。
前記素子基板は、基板と、前記基板の上に設けられ、前記電気熱変換素子と前記温度検知素子とを含む多層構造と、を有し、
前記温度検知素子は、前記基板と前記電気熱変換素子の間に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の記録装置。
前記素子基板は、基板と、前記基板の上に設けられ、前記電気熱変換素子と前記温度検知素子とを含む多層構造と、を有し、
前記電気熱変換素子は、前記基板と前記温度検知素子の間に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の記録装置。
前記温度検知素子は、前記電気熱変換素子を覆う耐キャビテーション膜を兼ねることを特徴とする請求項３に記載の記録装置。
前記複数の配線とは４つの配線であり、
前記４つの配線は、前記薄膜抵抗体の周縁部であって、対向する２つの辺それぞれの２か所に接続されることを特徴とする請求項１に記載の記録装置。
前記複数の配線とは６つの配線であり、
前記６つの配線は、前記薄膜抵抗体の周縁部であって、対向する２つの辺それぞれの３か所に接続されることを特徴とする請求項５に記載の記録装置。
前記複数の配線とは８つの配線であり、
前記８つの配線は、前記薄膜抵抗体の周縁部であって、矩形の４つの辺それぞれの２か所に接続されることを特徴とする請求項５に記載の記録装置。
前記記録ヘッドのインク吐出面を払拭するワイピングブレードと、
前記ワイピングブレードを前記インク吐出面に対して移動させる移動手段と、
前記ワイピングブレードのブレード方向を変更する変更手段とを有することを特徴とする請求項１に記載の記録装置。
前記生成手段は、前記インクの吐出不良の判定を行う場合には、前記複数のスイッチすべてをオンして前記複数の配線すべてを接続するよう前記制御信号を生成することを特徴とする請求項８に記載の記録装置。
前記判定手段は、インク吐出にヨレが発生していると判定された場合、さらに前記一部ずつとは異なる前記複数のスイッチの一部ずつをオンして前記複数の配線の一部ずつを接続し、該接続により得られた前記比較器から出力された各電位差に基づいて、ヨレが発生している方向を判定することを特徴とする請求項８に記載の記録装置。
前記判定された前記ヨレが発生している方向に基づいて、前記変更手段を動作させて前記ワイピングブレードのブレード方向を変更させ、前記移動手段を動作させて該変更された方向に前記ワイピングブレードを移動させて前記記録ヘッドのインク吐出面を払拭することを特徴とする請求項１０に記載の記録装置。
前記複数のノズルからのインクの吐出の状態を回復するための回復手段と、
前記複数の領域の温度検知の結果に応じて前記回復手段を制御する制御手段と、を更に有することを特徴とする請求項１に記載の記録装置。
前記回復手段は、前記記録ヘッドのインク吐出面を払拭するワイピングブレードであり、
前記制御手段は、前記複数の領域の温度検知の結果に応じて前記ワイピングブレードと前記インク吐出面との相対的な移動方向を制御することを特徴とする請求項１２に記載の記録装置。