JPH02178052A - 液体噴射記録装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、液体噴射記録装置および該記録装置用記録ヘ
ッドに関し、特に記録用液滴の吐出エネルギ発生手段に
電気熱変換体を用いてなる液体噴射記録装置および該記
録装置用記録ヘッドに適用して好適なものである。

［従来の技術］ この種の液体噴射記録ヘッドは、記録用液体（インク）
のン夜ン商を吐出するためのオリフィス等の液体吐出口
を高密度に配列することができるために高解像力の記録
をすることが可能であること、記録ヘッドとして全体的
なコンパクト化も容易であること、最近の半導体分野に
おける技術の進歩と信頼性の向上が著しいＩＣ技術やマ
イクロ加工技術の長所を十二分に活用でき、長尺化およ
び面状化（２次元化）が容易であること等により、マル
チノズル化および高密度実装化が容易で、しかも大量生
産時の生産性が良く製造費用も廉価にできるものとして
特に注目されている。

而して、そのような低融化に伴りて、記録ヘッド、また
はこれとインク供給源たるインクタンクとを一体化した
形態の記録ヘッド（以下ヘッドカートリッジという）を
ディスポーザブル化し、装置本体に容易に着脱できるよ
うにした構成も種々提案されている。これによると、記
録ヘッドの故障等に容易かつ迅速に対処できるようにな
り、また上記カートリッジタイプのものではインク補給
も簡単に行うことができることになる。ひいては、装置
としてのメンテナンスないしはオーバホールを省略また
は簡略化できることになる。

このようなディスポーザブルの記録ヘッドまたはヘッド
カートリッジを装置本体に装着するにあたりては、双方
に設けたコネクタ形態の電気結合部を結合させ、電気的
接続が得られるようにされているのが一般的である。す
なわち、当該電気的接続によって装置本体側に設けた制
御部から記録ヘッドに設けた電気熱変換体への駆動信号
の伝達が可能となるとともに、記録ヘッドないしヘッド
カートリッジから制御部への各種状態信号の送信が可能
となる。

ところで、液体噴射記録方式による記録ヘッドは、イン
クの固化、または、振動やヘッド高温駆動によるノズル
内の外部気泡の混入等、揉々な要因で不吐出が発生する
場合がある。特に、吐出エネルギ発生素子に発熱素子（
以下吐出ヒータという）を用いたものにおいては、イン
ク吐出に熱エネルギを利用することから、ヘッドが高温
となりやすい。通常の吐出状態では、その大半の熱量は
吐出されるインクによって奪われ、ヘッドの温度は５０
〜６０℃程度までしか上昇しないが、前述の要因による
不吐出が発生した状態で駆動を行うと、ヒータの発熱量
がすべてヘッド内に蓄積され、ヘッド温度は、１５０℃
以上にもなることがあり、記録ヘッドを破損してしまう
おそれがある。

従って、この種の液体噴射記録装置においては、異常昇
温を検知してそのような不都合を未然に防止するために
、温度検出素子（温度センサ）が配設される。

また、液体噴射記録ヘッドにおいては、記録液の温度が
非常に重要な要素である。記録液は温度によって、その
物性、例えば表面張力や粘度が変化するからであり、そ
れらの変化によって記録液の吐出量や供給速度等が変化
するからである。それゆえ、記録液を適正な温度範囲に
保持するための手段が不可欠である。そこで、速かな加
熱や保温を行うためにも適宜の加熱手段（保温ヒータ）
とともに温度センサを用いるのが好適である。

［発明が解決しようとする課題］ 以上のような温度制御を精度高く迅速に施すためには、
温度センサは記録ヘッド特に吐出ヒータに近く配設され
るのが望ましい、そして、上述したディスポーザブルタ
イプの記録ヘッドの場合、その交換作業の容易化を考慮
すれば温度センサがその記録ヘッドに一体に設けられて
いるのが望ましい。

しかしながら、そのような構成を採った場合、温度セン
サに製造上のバラツキがあると、記録へラド毎に温度セ
ンサの特性が異なることになり、温度センサの出力を用
いて一律の制御を施すと必ずしも正確な温度制御が期待
できなくなることが考えられる。

本発明の目的は、かかる点に鑑みて、温度センサにバラ
ツキがあっても正確な温度を施せるようにすることにあ
る。

［作　用］ 本発明によれば、着脱自在な記録ヘッド自体に温度検出
素子が配置されることにより検出動作の遅れが生じにく
く、かつその検出が精度高く行われるとともに、その素
子の装置上のバラツキ等にも起因した記録ヘッド毎の素
子出力のバラツキが補正されるのでその精度が一層向上
する。

［課題を解決するための手段］ そのために、本発明は、記録液を吐出するための吐出口
と、吐出口に対応して設けられ、記録液を吐出するため
に利用されるエネルギを発生するエネルギ発生素子と、
温度を検出するための温度検出素子とを有する記録ヘッ
ドが着脱可能な液体噴射記録装置において、温度検出素
子の補正値を決定する決定手段と、当該決定された補正
値に基づいて温度検出素子の補正を行う補正手段とを具
えたことを特徴とする。

［実施例］ 以下、図面を参照して、本発明の詳細な説明する。

（実施例１） 第１図は本発明の第１の実施例に係る液体噴射記録装置
（インクジェット記録装置）の構成例、第２図はその記
録ヘッドの構成例、第３図（Ａ）および（Ｂ）は第２図
示の記録ヘッドの構成要素として採用可能なヒータボー
ドの構成例を示す。

まず、第１図において、１４はヘッドカートリッジであ
り、第２図および第３図につき後述するヒータボードを
用いて構成した記録ヘッドと、インク供給源たるインク
タンクとを一体としたものである。このへアトカートリ
ッジ１４は、押さえ部材４１によりキャリッジＩ５の上
に固定されており、これらはシャフト２１に沿って長手
方向に往復動可能となっている。記録ヘッドより吐出さ
れたインクは、記録ヘッドと微少間隔をおいて、プラテ
ン１９に記録面を規制された記録媒体１８に到達し、記
録媒体１８上に画像を形成する。

記録ヘッドには、ケーブル１６およびこれに結合する端
子４（第３図）を介して適宜のデータ供給源より画像デ
ータに応じた吐出信号が供給される。ヘッドカートリッ
ジは、用いるインク色等に応じて、１ないし複数個（図
では２個）を設けることができる。

なお、第１図において、１７はキャリッジ１５をシャフ
ト２１に沿って走査させるためのキャリッジモータ、２
２はモータ１７の駆動力をキャリッジ１５に伝達するワ
イヤである。また、２０はプラテンローラ１９に結合し
て記録媒体１８を搬送させるためのフィードモータであ
る。また、１２２は装置本体の適宜の部位に設けられ、
後述する温度センサの補正を行うための基準となる基準
温度センサである。この基準温度センサ１２２は、機内
昇温の影響を受けない適宜の部位に配置され、雰囲気温
度をモニタする。

第２図は本例に係る記録ヘッドの構成例である。ここで
、１はヒータボードであり、シリコン基板上に電気熱変
換体（吐出ヒータ）５と、これに電力を供給するへ１等
の配線６とが成膜技術により形成されて成る。そして、
このヒータボード１に対して、記録用液体の液路（ノズ
ル）２５を形成するための隔壁を設けた天板３０を接着
することにより、液体噴射記録ヘッドが構成される。

記録用の液体（インク）は、天板３０に設けた供給口２
４より共通液室２３に供給され、ここより各ノズル２５
内に導かれる。そして、通電によってヒータ５が発熱す
ると、ノズル２９内に満たされたインクに発泡が生じ、
吐出口２６よりインク滴が吐出されるわけである。

第３図（＾）およびＣＢ）は、それぞれ、本実施例に係
るヒータボードの平面図およびその部分拡大図である。

同図（＾）において、３は吐出ヒータ部である。

４は端子であり、ワイヤボンディングにより外部と接続
される。２は温度検知手段たる温度センサであり、吐出
ヒータ部３等と同し成膜プロセスにより吐出ヒータ部３
に形成しである。同図（Ｂ）は同図（Ａ）におけるセン
サ２を含む部分Ｂの拡大図であり、８はヘッドを加熱す
るための加熱手段たる保温ヒータである。また、９は　
微少電流で断線する抵抗体パターンであり、温度センサ
２の補正値決定のタイミングを定める処理に用いる。

センサ２は、他の部分と同様に、半導体同様の成膜プロ
セスによって形成しであるため極めて高精度であり、他
の部分の構成材料であるアルミニウム、チタン、タンタ
ル、５酸化タンタル、ニオブ等、温度に応じて導電率が
変化する材料で作成できる。例えば、これらのうち、ア
ルミニウムは電極に用いることができる材料、チタンは
電気熱変換素子を構成する発熱抵抗層と電極との扱者性
を高めるために両者間に配置可能な材料、タンタルは発
熱抵抗層上の保護層の耐キャビテーション性を高めるた
めにその上部に配置可能な材料である。また、プロセス
のバラツキを小とするために線幅を太くし、配線抵抗等
の影響を少なくするために蛇行形状として高抵抗化を図
っている。

また、同様に保温ヒータ８および抵抗体パターン９は、
吐出ヒータ５の発熱抵抗層と同一材料（例えば１ＩｆＢ
２）を用いて形成できるが、ヒータボードを構成する他
の材料、例えばアルミニウム。

タンタル５チタン等を用いて形成しても良い。

次に５本実施例に係る記録ヘッドの温度制御の態様につ
いて説明する。

本例に係る第２図示の記録ヘッドでは、第３図に示すよ
うにヒータボード１の両端に温度センサ２を設けである
ため、それらの温度センナの出力からノズル２５の配列
方向における基板温度の分布状態を把握できる。また温
度センサ２の近傍に保温用ヒータ８が設けられているた
めに、加熱による温度の変化の検知の応答速度が高い。

しかし半導体製造工程と同様にヒータボードを形成する
プロセスには、ウェットエツチングの工程が含まれるこ
とがあるが、吐出ヒータ部３の両端側ではエツチング液
の循環が良いためエツチングか進み易く、温度センサ２
に製造上のバラツキが生じて記録ヘッド毎に温度センサ
２の出力が安定しないおそれが生じ、正確な温度検知が
期し難い。

そこで、本例では基準温度センサ１２２の出力を用いて
温度センサ２の補正値を定め、温度制御にあたっては当
該補正値により温度センサ２の出力を補正して一層の正
確化を図るようにする。

第４図（Ａ）は本例に係る制御系の一構成例の概略を示
す。

ここで、５０は装置の主制御部をなす制御部であり、第
５図および第６図につき後述する処理手順を実行するｃ
ｐｕ　、その処理手順に対応したプログラムや温度セン
サ出力に対応した温度データのテーブル等の固定データ
を格納したＲＯＭ　、補正データその他を格納するため
のＲＡＭおよびヒータ等にａ電を行うための電源供給装
置等を有する。なお、本例ではＲＡＭの記憶内容、特に
補正データについては装置本体の電源がオフとされても
その内容が失われないようにバッテリ等でバックアップ
しておく。

５１は第２図および第３図について述べたディスポーザ
ブルタイプのヘッドカートリッジに組込まれた記録ヘッ
ドである。５４は吐出回復装置であり、第１図における
記録範囲外、例えば記録ヘッド５１ないしキャリッジ１
５のホーム位置において記録ヘッド５１と対向ないし接
合可能に設けたキャップ装置と、これに連通して記録ヘ
ッド５１のインク吐出口よりインク吸引を行うための吸
引機構とから成るものとすることができる。

５５は警報装置であり、ＬＥＤ等の表示器やブザー等の
音声発生装置、またはそれらの組合わせとすることがで
きる。５６は記録等に際してキャリッジ１５を走査させ
るための主走査機構であり、モータ１７等を含むもので
ある。５７は副走査機構であり、記録媒体を搬送するモ
ータ２０等を含むものである。

第４図（Ｂ）は以上の構成における主要部の詳細な構成
例を示す。ここで、５１は記録ヘッド、８は保温ヒータ
、２は既に述べたアルミニウムなどによる蛇行形状の抵
抗体、あるいはダイオード等の温度センサ、ｌＯは基準
電源である。　１１は温度センサ２に定電流を供給する
定電流源を構成するための増幅器であり、流れる電流！
、は である。

第５図はダイオードの定電流時の温度特性を示す。第４
図（Ｂ）における増幅器１１の後段の増幅器９は前段の
出力ｖＡと基準電源Ｅとの差をＲ５／Ｒ４倍し、その出
力ｖ０は で与えられる。

しかし、これら（１）および（２）式はあくまで理想増
幅器における計算値であり、実際には第４図（Ｂ）にお
ける増幅器９にはオフセット電圧ΔＶが存在して、この
点を考慮すると（２）式はＶｏ’　　＝　Ｅ　＋　　　
（Ｅ◆Ａ　Ｖ−ＶＡ）　　　　　　−（３）となる。す
なわち、出力ｖ０は（ｎｓ／ＲＪ・ΔＶだけ、すなわち
オフセット電圧のゲイン倍だけ影響を受けてしまう。

ダイオードを温度センナとして利用する場合にはダイオ
ードの順方向の電圧降下の温度特性を利用するわけであ
るが、第５図に示すように温度に対する変化率は同じで
あるとしても、ロフトばらつき等により図示のようなば
らつきが生じる。

第６図に示すように、ダイオードをセンサとして使用し
た場合は温度の上昇に伴い出力Ｖ。が直線的に増加する
関係となり、理想直線Ａに対し、実際にはΔｖ０の幅を
もってばらつきを生ずることになる。しかしながら、こ
こで重要な点は、直線の傾きαはセンサの特性により定
まるもので、特にダイオードのような半導体においては
この値は１％以内の精度に入るものである。

従って、本例に係る温度制御においては、あらかしめ所
定温度におけるｖｏのＡ／Ｄ変換値を不揮発性のメモリ
１１０（バッテリによりバックアップされたＩＩ八へ等
）に書込んでおき、これを基に温度センサ２の補正を行
うことによって正確な温度測定が実現できるものである
。

第７図は第４図（＾）および（Ｂ）の構成による補正値
決定処理手順の一例を示し、本手順は電源オン時やヘッ
ドカートリッジ１４の交換時に起動することができる。

本手順が起動されると、まずステップＳｌにて抵抗体９
に断線が生じない程度の通電を行い、その導通の有無（
具体的には、第４図（Ｂ）における抵抗体９側から入力
端Ａ／Ｄ　１に受容されるアナログ量に対応したディジ
タル値が所定値Ｖ２未満であるか否か）を判定する。こ
こで、全く新規なヘッドカートリッジ１４が装着されて
いれば肯定判定がなされ、ステップＳ３に進む。

ステップＳ３では、基準温度センサ１２２の出力（具体
的には第４図（Ｂ）における基準温度センサ１２２に係
る入力端ＡｌＯ２に受容されるアナログ量に対応したデ
ィジタル値）をリードし、雰囲気温度Ｔ。を特定する。

次に、ステップＳ５にて記録ヘッド５０のヒータボード
１に設けである温度センサ２の出力（具体的には第４図
（（１）における入力端Ａ／Ｄ　３に受容されるｖｏに
対応したディジタル値）をリードし、当該出力に対応し
た温度データを決定する。次に、ステップＳ７にてセン
サ２２とセンサ２との出力より決定された温度データか
らセンサ２の補正値Ｘ。を定め、これをＲＡＭの所定領
域にストアする。本例では温度センサ２がヒータボード
９上の両側に各１個配設されているので、それぞれにつ
いて補正値を決定し、第４図（Ａ）のＲＡＭすなわち同
図（Ｂ）の不揮発性メモ＋７１１０にストアする。

次に、ステップＳ９にて抵抗体９に断線が生じる電流を
流しく第４図（Ｂ）において出力０１ｌＴ１を所定時間
オンとする）、そのパターンをカットする。

これにより、以降はそのヘッドカートリッジについて補
正値を決定する処理（ステップ５３〜Ｓ７）は行われず
、その分処理の高速化が達成できることになる。

第８図は以上のようにして得た補正値を用いた温度制御
手順の一例を示す。まず、ステップＳｌｌでは増幅器９
の出力（Ａ／Ｄ　３の人力）　ＶＯを＾／Ｄ変換し、ス
テップ５１３にてこの値（八／Ｄ　３の入力値をへ／Ｄ
変換した値）から、第７図の処理によりあらかじめ不揮
発性メモリ１１０に記憶しである所定温度（Ｔｏ）、例
えば２５℃のときの＾／Ｄ値（八／Ｄ　２の人力値）Ｘ
Ｏを差引く。この差をＸとし、次に直線の傾きαに相当
する温度１℃当たりの出力変化量ｃ　　［ｖ／ｌ：］　
でＸを除し、所定温度（Ｔｏ）からの実際の温度変化を
算出する（ステップ５１５）。以上までのステップで現
在の温度Ｔが求まることになる。

こうしてＴが求まれば、設定温度Ｔ、との比較（ステッ
プ５１７）を行うことにより、保温ヒータのオン／オフ
を制御できる（ステップ５１９）。そして、本例によれ
ば、このような温度制御がより正確に行われることにな
る。

次に、第３図に示したようなアルミニウムの蛇行パター
ンをセンサとして使用した場合について説明する。

この場合の抵抗値は全長およびパターン幅で定まり、 Ｒ＝γ　・− で与えられる。すなわち、全長に比例し、パターン幅に
反比例することになる。ここにγは定数である。従って
、この例では、センサとして機能させるためのパターン
を工夫して、温度検出が行いやすい値が得られるように
ＬやＷを設計すればよい。

第９図はアルミニウムの温度特性を示す。アルミニウム
はダイオードの場合とは異なり、定電流Ｆでは温度上昇
に伴い抵抗値が増し、従って両端の電圧降下Ｖ、は上昇
する。この場合、回路出力Ｖ。

は第１θ図のような右下がりの直線となるが、傾きβは
アルミニウムの特性により一定である。従つて、既述し
たダイオードセンサの場合と同様に、所定温度（Ｔｏ）
におけるｖｏの＾／Ｄ変換値を不揮発性メモリに書込ん
でおけば前回と同様な制御手順で回路誤差を補正した温
度制御が実現できる。

（実施例２） 以上の（実施例１）では、新規な記録ヘッド５１ないし
ヘッドカートリッジ１４が装着された場合にのみ補正値
決定処理を行うようにして全体的な処理時間の短縮を図
ったが、このような処理は非記録時に適宜のタイミング
で行うようにしてもよい。

第１１図はそのための処理手順の一例を示す。まず、ス
テップＳ２１では記録指令の有無を判定する。ここで肯
定判定がなされた場合にはステップＳ２３に進み、記録
データに応じて吐出ヒータ５群を駆動して記録処理を実
行する。また、この過程で第８図のような温度制御を施
すことができる。

にはステップ５２５に進み、記録処理（ステップ５２３
）がなされないまま所定時間（例えば記録ヘッド温度と
雰囲気温度とが等しくなるまでの時間）が経過したか否
かを判定し、否定判定であればステップ５２１に復帰す
る。一方、肯定判定がなされた場合にはステップＳ２７
に進み、第７図のステップ５３〜Ｓ７と同様の補正値決
定処理を行ってステップＳ２１に復帰する。

本手順によれば、温度センサの特性が何らかの要因によ
り変化した場合にも対応できる他、−度数外したヘッド
カートリッジを他のカートリッジ使用後に再び装着して
使用するような場合でも問題が生じないことになる。

また、本手順を採用することにより、抵抗体９の配設を
不要とすることもでき、またＲＡＭ内の補正値を必ずし
もバックアップする必要がなくなるので、記録ヘッドや
装置本体の価格上昇をもたらすこともない。

方、ステップ５２１で否定判定がなされた場合（他の実
施例） 以上の説明においては、記録ヘッドとインクタンクとを
一体としたヘットカートリッジを用いる形態の液体【噴
射記録装置に本発明を適用した場合について述べたが、
両者が別体であってもよく、インクタンクの部分は必ず
しもディスポーザブルでなくてもよい。

また、温度センサ２はサーミスタ、ダイオードの形態と
する他、トランジスタその他であってもよい。また、上
述のようにヒータボード１上で吐出ヒータ５等と同時形
成されるものとする他、別に形成されるものであっても
よい、あるいは必ずしもヒータボード１上に形成されて
いないものであってもよく、記録ヘッドの適宜の部位に
適宜の個数を配設することができる。

さらに、上側では装置本体に基準温度センサを配設した
構成について述べたが、操作者がキー人力等によりその
ときの雰囲気温度を入力するものであってもよい。

さらに加えて、本発明は、ディスポーザブルタイプの記
録ヘッドないしヘッドカートリッジを用いるものであれ
ば、必ずしも上記したようなシリアル記録方式によるも
のでなくてもよい。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば装着される記録ヘ
ッドに配設された温度センサにバラツキがある場合でも
、これを補正して温度制御を施せるようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例に係るインクジェット記
録装置の構成例を示す斜視図、第２図はその記録ヘッド
の構成例を示す斜視図、 第３図（＾）およびＣＢ）は第２図示の記録ヘッドに通
用可能なヒータボードの一構成例を示す斜視図、 第４図（Ａ）および（［１）は、それぞれ、本発明の第
１実施例に係る装置の制御系の概略構成例およびその主
要部の詳細な構成例を示すブロック図、第５図および第
６図は温度センチとして用いることかできるダイオード
の温度特性および回路出力特性を示す説明図、 第７図はそのセンナ補正値決定処理手順の一例を不すフ
ローチャート、 第８図は同じく温度制御手順の一例を示すフローチャー
ト、 第９図および第１θ図は温度センサとして用いることが
可能なアルミニウムの抵抗体パターンの温度特性および
回路出力特性を説明するための説明図、 第１１図は本発明の第２の実施例に係るセンサ補正値決
定処理手順の一例を示すフローチャートである。 ８・・・保温ヒータ、 ９・・・抵抗体、 １４・・・ヘッドカートリッジ、 ５０・・・制御部、 ５１・・・記録ヘッド、 １２２・・・基準温度センサ。 １・・・ヒータボード、 ２・・・温度センサ、 ３・・・吐出ヒータ部、 ５・・・吐出ヒータ、 第 図 ラム度（’Ｃ） 第 図 第 図 第 １０図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）記録液を吐出するための吐出口と、該吐出口に対応
   して設けられ、前記記録液を吐出するために利用される
   エネルギを発生するエネルギ発生素子と、温度を検出す
   るための温度検出素子とを有する記録ヘッドが着脱可能
   な液体噴射記録装置において、 前記温度検出素子の補正値を決定する決定手段と、 当該決定された補正値に基づいて前記温度検出素子の補
   正を行う補正手段と を具えたことを特徴とする液体噴射記録装置。 ２）雰囲気温度を検出する温度検出手段を具え、前記決
   定手段は当該検出出力と前記温度検出素子の出力とから
   前記補正値を決定することを特徴とする請求項１に記載
   の液体噴射記録装置。 ３）前記決定手段は未使用の前記記録ヘッドが装着され
   たときに前記決定を行うことを特徴とする請求項２に記
   載の液体噴射記録装置。 ４）前記記録ヘッドは自らが未使用であることを示す情
   報を保持する手段を有し、前記決定手段は前記決定の後
   に前記情報を破壊することを特徴とする請求項３に記載
   の液体噴射記録装置。 ５）前記決定手段は記録動作が所定時間中断されている
   ときに前記決定を行うことを特徴とする請求項２に記載
   の液体噴射記録装置。