JPH0550590A - 液体噴射記録装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 液体噴射記録ヘッドに廉価な温度センサを用
いても、正確な温度制御が施せるようにする。 【構成】 温度検出素子２に例えばダイオードあるいは
温度変化に対して抵抗変化率の比較的大きいアルミニウ
ムなどの蛇行パターンなどの廉価なものを設け、こうし
た素子の温度特性を利用してヘッドの温度制御を行う
際、温度検出回路が固有にもつバラツキを不揮発性メモ
リ110 にあらかじめ書き込んでおき、これに基づいて温
度検出素子２の検出出力の補正を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液体噴射記録装置に関
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に適用して好適なも
のである。

【０００２】

【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）の液滴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。

【０００３】しかしこの種の液体噴射記録ヘッドは、温
度とインクのドロップ径および吐出速度などとの間に関
係があり、これらが画像濃度に影響を与え、記録品位を
左右するという特徴を有している。

【０００４】こうした点に鑑み、従来は、図１に示すよ
うに、ヘッド201 に高精度のサーミスタ203 を設け、こ
のサーミスタ203 の抵抗値変化をマイクロコンピュータ
206などのA/D 変換端子にて検出し、記録ヘッド201 を
加熱・保温するための保温ヒータ202 の電力を制御して
いた。なお、図１において204 は分圧抵抗器、205 は保
温ヒータ２をオン／オフするためのスイッチ用トランジ
スタである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
高精度なサーミスタなどの温度検出素子を要する温度制
御方式は、ヘッドの製造コストを高価にし、特に記録ヘ
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
と称す）を装置本体に容易に着脱できるようにし、交換
が可能とした構成とする場合には問題点となる。

【０００６】本発明の目的は、かかる点に鑑みて、バラ
ツキのある廉価な温度センサを用いても正確な温度を施
せるようにすることにある。

【０００７】

【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、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特性を保
持する不揮発性の記憶手段と、当該特性に基づいて前記
温度検出素子の検出出力の補正を行う補正手段とを具え
たことを特徴とする。

【０００８】

【作用】本発明によれば、ヘッドの温度検出素子に例え
ばダイオードあるいは温度変化に対して抵抗変化率の比
較的大きいアルミニウムなどの蛇行パターンなどの廉価
なものを設け、こうした素子の温度特性を利用してヘッ
ドの温度制御を行う際、温度検出回路が固有にもつバラ
ツキを不揮発性メモリにあらかじめ書き込んでおき、こ
れに基づいて温度検出素子の検出出力の補正を行うこと
により、温度検出の誤差を無くすことが可能となる。

【０００９】

【実施例】以下、図面を参照して、本発明を詳細に説明
する。

【００１０】図２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、図３
はその記録ヘッドの構成例、図４(a) および(b) は図３
に示す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。

【００１１】まず、図２において、14はヘッドカートリ
ッジであり、図３および図４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。このヘッドカー
トリッジ14は、押さえ部材41によりキャリッジ15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。

【００１２】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（図４）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。

【００１３】なお、図２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、22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。

【００１４】図３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Aｌ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。

【００１５】記録用の液体（インク）は、天板30に設け
た供給口24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。

【００１６】図４(a) および(b) 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。

【００１７】同図(a) 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等と同じ成膜プロセスにより吐出ヒータ
部３に形成してある。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。

【００１８】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て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
極との接着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。

【００１９】また、同様に保温ヒータ８は、吐出ヒータ
５の発熱抵抗層と同一材料（例えばHfB₂) 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，チタン等を用いて形成しても良
い。

【００２０】次に、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。

【００２１】本例に係る図３に示す記録ヘッドでは、図
４に示すようにヒータボード１の両端に温度センサ２を
設けてあるため、それらの温度センサの出力からノズル
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。

【００２２】図５は本例に係る制御系の一構成例の概略
を示す。

【００２３】ここで、50は装置の主制御部をなす制御部
であり、図７につき後述する処理手順を実行するCPU 、
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
ヒータ等に通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。

【００２４】51は図３および図４について述べたヘッド
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、図２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15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。

【００２５】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。

【００２６】図６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、10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I_Fは

【００２７】

【数１】 I_F＝(E/R₃)・[R₂/(R₁+R₂)] …(1) である。

【００２８】図７はダイオードの定電流時の温度特性を
示す。図６における増幅器11の後段の増幅器９は前段の
出力V_Aと基準電源Ｅとの差をR₅/R₄ 倍し、その出力V₀は

【００２９】

【数２】 V₀＝E+(R₅/R₄)・(E-V_A) …(2) で与えられる。

【００３０】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、実際には図６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

【００３１】

【数３】 V₀’＝E+(R₅/R₄)・ (E+ΔV-V_A) …(3) となる。すなわち、出力V₀は(R₅/R₄)・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。

【００３２】ダイオードを温度センサとして利用する場
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、温度に対する変化率は同じであると
しても、ロットばらつき等によりばらつきが生じる。

【００３３】図８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V₀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。

【００３４】従って、本例に係る温度制御においては、
あらかじめ所定温度におけるV₀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RAM
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。

【００３５】これは、例えば次のように行うことができ
る。

【００３６】例えば、装置の適宜の部位等にヒータボー
ド上とは別に配設した温度センサの出力を入力し、雰囲
気温度T₀を特定する。次に、記録ヘッド50のヒータボー
ド１に設けてある温度センサ２の出力（具体的には図６
における入力端A/D ３に受容されるV₀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。そして両センサ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X₀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、図５のRAM すなわち図６の不揮
発性メモリ110 にストアすることができる。

【００３７】図９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S11 では
増幅器９の出力（A/D ３の入力）V₀をA/D 変換し、ステ
ップS13 にてこの値（A/D ３の入力値をA/D 変換した
値）から、あらかじめ不揮発性メモリ110 に記憶してあ
る所定温度(T₀)、例えば25℃のときのA/D 値（A/D ２の
入力値）X₀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/℃] で
Ｘを除し、所定温度(T₀)からの実際の温度変化を算出す
る（ステップS15)。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。

【００３８】こうしてＴが求まれば、設定温度T₁との比
較（ステップS17)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S19)。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。

【００３９】次に、図４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。

【００４０】図10はそのパターンを模式化して示すもの
で、この場合の抵抗値は全長およびパターン幅で定ま
り、

【００４１】

【数４】 Ｒ＝γ・(L/W) …（４） で与えられる。すなわち、抵抗値は全長に比例し、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。

【００４２】図１１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_Fは上昇する。この場合、回路出力V₀は図12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。従って、既述したダイオードセンサ
の場合と同様に、所定温度(T₀)におけるV₀のA/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。

【００４３】（その他）なお、本発明は、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として熱エネルギを発生する手段
（例えば電気熱変換体やレーザ光等）を備え、前記熱エ
ネルギによりインクの状態変化を生起させる方式の記録
ヘッド、記録装置において優れた効果をもたらすもので
ある。かかる方式によれば記録の高密度化，高精細化が
達成できるからである。

【００４４】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４７４０
７９６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。この方式は所謂オンデマンド型，
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一対一で対応した液体（インク）
内の気泡を形成できるので有効である。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。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。

【００４５】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
の組合せ構成（直線状液流路または直角液流路）の他に
熱作用部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４４
５９６００号明細書を用い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
するスリ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の圧
力波を吸収する開孔を吐出部に対応させる構成を開示す
る特開昭５９−１３８４６１号公報に基いた構成として
も本発明の効果は有効である。すなわち、記録ヘッドの
形態がどのようなものであっても、本発明によれば記録
を確実に効率よく行うことができるようになるからであ
る。

【００４６】さらに、記録装置が記録できる記録媒体の
最大幅に対応した長さを有するフルラインタイプの記録
ヘッドに対しても本発明は有効に適用できる。そのよう
な記録ヘッドとしては、複数記録ヘッドの組合せによっ
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。

【００４７】加えて、上例のようなシリアルタイプのも
のでも、装置本体に固定された記録ヘッド、あるいは装
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、あるいは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
記録ヘッドを用いた場合にも本発明は有効である。

【００４８】また、本発明の記録装置の構成として、記
録ヘッドの吐出回復手段、予備的な補助手段等を付加す
ることは本発明の効果を一層安定できるので、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、加圧或
は吸引手段、電気熱変換体或はこれとは別の加熱素子或
はこれらの組み合わせを用いて加熱を行う予備加熱手
段、記録とは別の吐出を行なう予備吐出手段を挙げるこ
とができる。

【００４９】また、搭載される記録ヘッドの種類ないし
個数についても、例えば単色のインクに対応して１個の
みが設けられたものの他、記録色や濃度を異にする複数
のインクに対応して複数個数設けられるものであっても
よい。すなわち、例えば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るか
いずれでもよいが、異なる色の複色カラー、または混色
によるフルカラーの各記録モードの少なくとも一つを備
えた装置にも本発明は極めて有効である。

【００５０】さらに加えて、以上説明した本発明実施例
においては、インクを液体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、室温で軟化もし
くは液化するものを用いてもよく、あるいはインクジェ
ット方式ではインク自体を３０℃以上７０℃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を用いてもよ
い。加えて、熱エネルギによる昇温を、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よい。いずれにしても熱エネルギの
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
すでに固化し始めるもの等のような、熱エネルギの付与
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。このような場合のインクは、
特開昭５４−５６８４７号公報あるいは特開昭６０−７
１２６０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又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。

【００５１】さらに加えて、本発明インクジェット記録
装置の形態としては、コンピュータ等の情報処理機器の
画像出力端末として用いられるものの他、リーダ等と組
合せた複写装置、さらには送受信機能を有するファクシ
ミリ装置の形態を採るもの等であってもよい。

【００５２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ダイオードやアルミニウムの蛇行パターン等の廉価なも
ので温度センサを構成し、その固有の特性をあらかじめ
不揮発性メモリに記憶させることにより、高精度なサー
ミスタなどの高価で正確な温度検出素子を使用した場合
と同様な制御が実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の温度制御等の説明図である。

【図２】本発明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である。

【図３】その記録ヘッドの構成例を示す斜視図である。

【図４】図４(a) および(b) は第２図示の記録ヘッドに
適用可能なヒータボードの一構成例を示す斜視図であ
る。

【図５】本実施例に係る装置の制御系の概略構成例を示
すブロック図である。

【図６】その主要部の詳細な構成例を示すブロック図で
ある。

【図７】温度センサとして用いることができるダイオー
ドの温度特性を示す説明図である。

【図８】その回路出力特性を示す説明図である。

【図９】本例の温度制御手順の一例を示すフローチャー
トである。

【図１０】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を示す説明図であ
る。

【図１１】その回路出力特性を説明するための説明図で
ある。

【図１２】そのアルミニウムの抵抗体パターンの模式図
である。

【符号の説明】

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 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

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 9012−2Ｃ Ｂ４１Ｊ 3/04 １０４ Ｋ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項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特性を保持する不揮発性の記憶手段
   と、 当該特性に基づいて前記温度検出素子の検出出力の補正
   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. 【請求項２】 前記エネルギ発生素子は前記記録液に膜
   沸騰を生じさせる熱エネルギを発生する電気熱変換素子
   であ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。