(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクを吐出させるためのエネルギーを発生するための複数の記録素子と、
インクジェット記録装置とフレキシブル基板を介して電気的接続を行うために用いられるパッド部と、
該パッド部から入力される第１の周期を有する第１のクロック信号の周期を１／Ｎ倍（Ｎは２以上の整数）して、前記第１の周期よりも短い第２の周期を有する第２のクロック信号として出力するＰＬＬ回路と、
前記第２のクロック信号を用いて、前記複数の記録素子をそれぞれ異なるタイミングで駆動するために前記複数の記録素子それぞれへの通電時間となる幅を有するパルスの立ち上がりタイミングと立ち下りタイミングを決定する制御回路と、
を有することを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
【請求項２】
前記制御回路は、前記第２のクロック信号を用いて前記記録素子の駆動時間を決定するための駆動時間決定信号を出力する駆動信号制御回路と、
前記駆動時間決定信号と、画像データ信号と、を論理積して、前記記録素子を駆動するタイミングを複数の前記記録素子の夫々に出力する駆動回路と、を有していることを特徴とする請求項１に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項３】
前記記録素子と、前記パッド部と、前記ＰＬＬ回路と、前記制御回路とは、シリコン基板の上に設けら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。
【請求項４】
インクを加熱するための保温ヒータと、
前記保温ヒータの駆動を制御する保温ヒータ制御回路と、
を更に有しており、
前記保温ヒータ制御回路は、前記第２のクロック信号を用いて前記保温ヒータを制御することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項５】
インクを吐出させるためのエネルギーを発生するための複数の記録素子と、電気的接続を行うために用いられるパッド部と、該パッド部から入力される第１の周期を有する第１のクロック信号の周期を１／Ｎ倍（Ｎは２以上の整数）して、前記第１の周期よりも短い第２の周期を有する第２のクロック信号として出力するＰＬＬ回路と、前記第２のクロック信号を用いて、前記複数の記録素子をそれぞれ異なるタイミングで駆動するために前記複数の記録素子それぞれへの通電時間となる幅を有するパルスの立ち上がりタイミングと立ち下りタイミングを決定する制御回路と、を有するインクジェット記録ヘッドと、
前記パッド部と接する端子部を有し、前記インクジェット記録ヘッドを着脱自在に搭載可能であり、被記録媒体の表面に沿って走査されるキャリッジと、
フレキシブル基板を介して前記端子部と電気的に接続し、前記インクジェット記録ヘッドに、前記第１のクロック信号を供給するヘッド駆動制御回路部と、
を有することを特徴とするインクジェット記録装置。
【請求項６】
インクを吐出させるためのエネルギーを発生するための複数の記録素子と、電気的接続を行うために用いられるパッド部と、該パッド部から入力される第２のクロック信号を用いて、前記複数の記録素子をそれぞれ異なるタイミングで駆動するために前記複数の記録素子への通電時間となる幅を有するパルスの立ち上がりタイミングと立ち下りタイミングを決定する制御回路と、を有するインクジェット記録ヘッドと、
前記パッド部と接する端子部と、該端子部から入力される第１の周期を有する第１のクロック信号の周期を１／Ｎ倍（Ｎは２の整数）して、前記第１の周期よりも短い第２の周期を有する第２のクロック信号とするＰＬＬ回路と、を有し、前記インクジェット記録ヘッドを着脱自在に搭載可能であり、被記録媒体の表面に沿って走査されるキャリッジと、
フレキシブル基板を介して前記端子部と電気的に接続し、前記インクジェット記録ヘッドに、前記第１のクロック信号を供給するヘッド駆動制御回路部と、
を有することを特徴とするインクジェット記録装置。
【請求項７】
前記制御回路は、前記第２のクロック信号を用いて前記記録素子の駆動時間を決定するための駆動時間決定信号を生成する駆動信号制御回路と、
前記駆動時間決定信号と、画像データ信号と、を論理積して、前記記録素子を駆動するタイミングを複数の前記記録素子の夫々に出力する駆動回路と、を有していることを特徴とする請求項５又は請求項６に記載のインクジェット記録装置。
【請求項８】
前記記録素子と、前記パッド部と、前記ＰＬＬ回路と、前記制御回路とは、シリコン基板の上に設けられていることを特徴とする請求項５乃至請求項７のいずれかに記載のインクジェット記録装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はインクを吐出して所望の画像を被記録媒体上に形成するためのインクジェット記録ヘッド、及びインクジェット記録装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
熱等のエネルギーをインクに与えることで、インクに急峻な体積変化（気泡の発生）を伴う状態変化を生じさせ、この状態変化に基づく作用力によって吐出口からインクを吐出し、これを被記録媒体上に付着させて画像を形成するインクジェット記録方法、いわゆるバブルジェット記録方法が従来知られている。このバブルジェット記録方法を用いる記録装置には、米国特許第４，７２３，１２９号明細書等の公報で開示されているように、インクを吐出するための吐出口と、この吐出口に連通するインク流路と、インク流路内に配されたインクを吐出するためのエネルギー発生手段としての電気熱変換体が一般的に配されている。
【０００３】
このような記録方法によれば、品位の高い画像を高速、低騒音で記録することができるとともに、この記録方法を行うヘッドではインクを吐出するための吐出口を高密度に配置することができるため、小型の装置で高解像度の記録画像、さらにカラー画像をも容易に得ることができるという多くの優れた点を有している。このため、このバブルジェット記録方法は、近年、プリンタ、複写機、ファクシミリ等の多くのオフィス機器に利用されており、さらに、捺染装置等の産業用システムにまで利用されるようになってきた。
【０００４】
ところで、インクを吐出するためのエネルギーを発生させる記録素子は、半導体製造プロセスを用いて作製することができる。そのため、バブルジェット技術を利用したヘッドは、シリコン基板からなる素子基板上に記録素子を形成し、その上に、インク流路を形成するための溝を形成した、ポリサルフォン等の樹脂やガラス等からなる天板を接合した構成となっている。
【０００５】
また、素子基板がシリコン基板からなることを利用し、記録素子を素子基板上に構成するだけでなく、記録素子を駆動するためのドライバや、記録素子をヘッドの温度に応じて制御する際に用いられる温度センサおよびその駆動制御部等を素子基板上に構成したものもある。
【０００６】
このようなヘッド基板の一例として、例えば、図２５に示すようなものがある。なお、図２５は、特開平７−２５６８８３号公報の従来の技術として記載された構成である。
【０００７】
図２５において、素子基板９００には、インクに吐出用の熱エネルギーを与える、並列に配列された複数の発熱体（記録素子）９０１と、各発熱体９０１を駆動するためのパワートランジスタ９０２と、外部からシリアルに入力される画像データ及びこれに同期するシリアルクロックが入力され、１ライン毎に画像データをラッチするシフトレジスタ９０４と、ラッチ用のクロックに同期してシフトレジスタ９０３から出力された１ライン分の画像データをラッチし、パワートランジスタ９０２にパラレルに転送するラッチ回路９０３と、パワートランジスタ９０２に対応してそれぞれ設けられ、ラッチ回路９０３の出力信号を外部からのイネーブル信号に応じてパワートランジスタ９０２に印加する複数のＡＮＤゲート９１５と、画像データや各種信号等を外部から入力するための入力端子９０５〜９１２が形成されている。
【０００８】
また、素子基板９００には、素子基板９００の温度を測定するための温度センサ、あるいは各発熱体９０１の抵抗値を測定するための抵抗センサといったセンサ９１４が形成される。
【０００９】
このようなドライバや温度センサおよびその駆動制御部等を素子基板上に構成したヘッドは実用に供されており、記録ヘッドの信頼性の向上及び装置の小型化に寄与している。
【００１０】
このような構成において、シリアル信号として入力された画像データは、シフトレジスタ９０４によってパラレルな信号に変換され、ラッチ用のクロックに同期してラッチ回路９０３で出力保持される。この状態で入力端子を介して発熱体９０１の駆動パルス信号（ＡＮＤゲート９１５に対するイネーブル信号）が入力されることにより、画像データに応じてパワートランジスタ９０２がオンされ、対応する発熱体９０１に電流が流れて、その液流路のインクが発熱され、ノズル先端よりインクが液滴として吐出される。
【００１１】
ここで、図２５に示した構成では、インクジェット記録装置の本体装置がセンサ９１４の出力をモニタすることで発熱体９０１の抵抗値を検出し、その値により電源電圧や駆動パルス幅を変化させることで、発熱体９０１にほぼ一定のエネルギーが印加されるようにしている。
【００１２】
上記特開平７−２５６８８３号公報に記載のインクジェット記録装置では、インクジェット記録装置の本体装置の負荷を低減する目的で、センサ９１４を駆動し、センサ９１４からの出力に応じて発熱体９０１の駆動パルス幅を制御するための駆動制御部を素子基板９００上に形成し、素子基板９００内で各発熱体９０１の抵抗値や温度センサをモニタしてヘッドの特性や状態を検出し、発熱体９０１の駆動パルス幅をその特性や状態に応じて変化させることを提案している。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
近年、インクジェット記録装置に対しては、多方面の製品のそれぞれの分野に応じた、より高品位な画像の出力要求が高まっている。また、記録速度を向上させる要求もますます高まり、インクを吐出するノズル数の増加や記録周期の短縮化が図られている。その結果、同時に駆動する記録素子の数が増加し、電源容量を大きくする必要があるためにコストの増加を招くだけでなく、流体的にも同時に多くのインクを吐出することは安定的な吐出という面で不利である。
【００１４】
このような問題に対処するためには、記録素子に印加する駆動パルス信号の幅を短くすることで、同時駆動する記録素子の数を減らすことが有効である。
【００１５】
ここで、従来においては、ヘッド吐出周波数が10KHz（周期100μS）程度であり、たとえば時分割数16とすると、１時分割あたり約6μSとなる。このとき、ひとつのヒート信号パルス幅は約4〜5μSで対応可能である。ここで、ヒート信号パルスをヘッド内で生成・制御するために必要な時間分解能は、ヒート信号パルスの1／20〜1／40程度あればセンサ出力によるパルス幅へのフィードパック等に対応できるため、上記の分解能を得るための基準となるクロック周波数は、5〜10MHz（周期0．2μS〜0．1μS）となる。
【００１６】
そして、上述のノズル数増大による瞬間電流の増加対応、印字速度の高速化対応のために、ヒートパルス信号の幅を短くすると、例えば、駆動周波数30KHz、時分割数を同じ16とした場合、ひとつの時分割時間は約2μSしかとれないこととなり、ひとつの時分割あたりの時間が従来の6μS程度からはるかに短い時間となる。したがって、この場合、これに伴いひとつのヒート信号のパルス幅を2μS以下（0．5〜1．5μS程度）にセットすることが求められる。このヒート信号にパルス幅の制御も含めて要求される分解能は、0．01μS〜0．07μSとなり、このレベルの分解能を満たす基準クロック信号は15MHz〜100MHz（周期0．07μS〜0．01μS）の周波数を必要とする。
【００１７】
この様に、画像データの転送クロックの周波数を高くすれば（周期を短くすれば）分解能を向上させることができるが、通常このクロック信号は、図２５に示すように記録装置の本体装置からヘッドに供給されるため、印字中に移動するヘッドと本体装置とをフレキシブル基板等の比較的長いケーブルで接続することになる。このケーブルには高電流が近接して流れることになるため、ケーブルによって伝送される信号にはノイズが重畳しやすく、ケーブルのインダクタンス成分によってパルス波形の立ち上がりや立ち下がりが長くなる（波形がなまる）という現象が生じる。（具体的には図２６の（a）の波形が図２６の（ｂ）のような波形となる。）このことは記録素子の駆動時間を変動させてしまう。そして、パルス波形がなまる影響は、駆動パルス信号の周期が短くなる程、相対的に変動の割合が大きくなるために無視できないものとなり、ヘッド側で信号を正確に受信することができなくなり、誤動作を起こすおそれがある。また、記録素子の寿命を短くする要因にもなる。
【００１８】
さらに、高い周波数のクロックを伝送した場合、ケーブルがアンテナとして作用して放射ノイズが発生する。この放射ノイズは周囲の機器に誤動作を起こさせるおそれがある。
【００１９】
このように従来パルス幅を短くするためにクロックの周波数を高くすることは限界があり、パルス幅を2μS以下にすることは従来困難であった。
【００２０】
転送クロックの波形のなまりを無くすと共に放射ノイズを低減する手法として、例えば、本体装置からヘッドが搭載されたキャリッジに信号光を照射し、キャリッジ側でその信号光を受光することで電気信号を再生する、いわゆる光通信によってクロックを本体装置からキャリッジに送信する方法が考えられる。
【００２１】
しかしながら、その場合、ヘッドとキャリッジは被記録媒体の大きさに合わせて移動するため、それらがどの位置にあっても正確に信号を受け取ることができなければならない。そのためには送信側である本体装置は広い範囲に強い光を照射しなければならず、かつその光を高速にオン／オフしなければならない。すなわち、本体装置は光通信に用いる発光素子に大電流を流す必要があり、かつそのドライブ素子を高速にスイッチングする必要があるため、高速化及び多ノズル化されたヘッドに対応するクロックを光によって送信することは困難であった。
【００２２】
本発明は上記したような従来の技術が有する問題点を解決するためになされたものであり、信号をケーブルで伝送することによるパルス波形のなまりや、ケーブルから発生する放射ノイズを抑制しつつ、高速化及び多ノズル化に対応したインクジェット記録ヘッド、及びインクジェット記録装置を提供することを目的とする。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明のインクジェット記録ヘッドは、インクを吐出させるためのエネルギーを発生するための複数の記録素子と、
インクジェット記録装置とフレキシブル基板を介して電気的接続を行うために用いられるパッド部と、
該パッド部から入力される第１の周期を有する第１のクロック信号の周期を１／Ｎ倍（Ｎは２以上の整数）して、前記第１の周期よりも短い第２の周期を有する第２のクロック信号として出力するＰＬＬ回路と、
前記第２のクロック信号を用いて、前記複数の記録素子をそれぞれ異なるタイミングで駆動するために前記複数の記録素子それぞれへの通電時間となる幅を有するパルスの立ち上がりタイミングと立ち下りタイミングを決定する制御回路と、
を有するものである。
【００４２】
なお、本発明の説明で用いる「上流」「下流」とは、液体の供給源から気泡発生領域（または可動部材）を経て、吐出口へ向かう液体の流れ方向に関して、またはこの構成上の方向に関しての表現として用いられる。
【００４３】
【発明の実施の形態】
本発明においては、高分解能基準信号生成部を、例えば、従来のヒート信号生成部と印字装置本体との間に構成し、印字装置本体からは従来レベルの周波数のクロック信号を転送してもらい、ヘッドあるいはキャリッジ部分において、高分解能基準信号生成部を形成し、その部分にて前記受け取ったクロック信号の周波数をアップして高分解能の基準クロック信号を生成し、ヒート信号生成部に供給する。このようにヘッド・キャリッジ部分で基準信号を周波数アップして高分解能とすることで、これからの高周波数駆動ヘッドにおいても、精度の良い駆動信号を生成・供給するとともに、ヘッド内でのセンサ等のフィードバックにも十分に対応できる。
【００４４】
以下、本発明を図面を用いて詳細に説明する。
【００４５】
（第１の実施形態）
本発明に適用可能な一実施形態として、インク（液体）を吐出する複数の吐出口と、互いに接合されることでそれぞれ吐出口と連通する複数の液流路を構成するための第１の基板および第２の基板と、電気エネルギーを液流路内の液体の吐出エネルギーに変換するために各液流路内に配された複数の記録素子と、記録素子の駆動条件を制御するための、機能が異なる複数の素子あるいは電気回路とを有し、上記素子あるいは電気回路がその機能に応じて第１の基板と第２の基板とに振り分けられているインクジェット記録ヘッドの説明を行う。
【００４６】
なお、以下では記録素子として発熱素子（発熱体）を用いる例で説明するが、記録素子にはピエゾ効果によってインクを吐出させる圧電素子を用いてもよい。
【００４７】
図１は、本発明の一実施形態であるインクジェット記録ヘッドの液流路方向に沿った断面図である。
【００４８】
図１に示すように、このインクジェット記録ヘッドは、液体に気泡を発生させるための熱エネルギーを与える複数個（図１では１つのみ示す）の記録素子である発熱体２が並列に設けられた素子基板１と、この素子基板１上に接合された天板３と、素子基板１および天板３の前端面に接合されたオリフィスプレート４と、素子基板１と天板３とで構成される液流路７内に設置された可動部材６とを有する。
【００４９】
素子基板１は、シリコン等の基板上に絶縁および蓄熱を目的としたシリコン酸化膜または窒化シリコン膜を成膜し、その上に、発熱体２を構成する電気抵抗層および配線をパターニングしたものである。この配線から電気抵抗層に電圧を印加し、電気抵抗層に電流を流すことで発熱体２が発熱する。
【００５０】
天板３は、各発熱体２に対応した複数の液流路７および各液流路７に液体を供給するための共通液室８を構成するためのもので、天井部分から各発熱体２の間に延びる流路側壁９が一体的に設けられている。天板３はシリコン系の材料で構成され、液流路７および共通液室９のパターンをエッチングで形成したり、シリコン基板上にＣＶＤ等の公知の成膜方法により窒化シリコン、酸化シリコンなど、流路側壁９となる材料を堆積した後、液流路７の部分をエッチングして形成することができる。
【００５１】
オリフィスプレート４には、各液流路７に対応しそれぞれ液流路７を介して共通液室８に連通する複数の吐出口５が形成されている。オリフィスプレート４もシリコン系の材料からなるものであり、例えば、吐出口５を形成したシリコン基板を１０〜１５０μｍ程度の厚さに削ることにより形成される。なお、オリフィスプレート４は本発明には必ずしも必要な構成ではなく、オリフィスプレート４を設ける代わりに、天板３に液流路７を形成する際に天板３の先端面にオリフィスプレート４の厚さ相当の壁を残し、この部分に吐出口５を形成することで、吐出口付きの天板とすることもできる。
【００５２】
可動部材６は、液流路７を吐出口５に連通した第１の液流路７ａと、発熱体２を有する第２の液流路７ｂとに分けるように、発熱体２に対面して配置された片持梁状の薄膜であり、窒化シリコンや酸化シリコンなどのシリコン系の材料で形成される。
【００５３】
この可動部材６は、液体の吐出動作によって共通液室８から可動部材６を経て吐出口５側へ流れる大きな流れの上流側に支点６ａを持ち、この支点６ａに対して下流側に自由端６ｂを持つように、発熱体２に面した位置に発熱体２を覆うような状態で発熱体２から所定の距離を隔てて配されている。この発熱体２と可動部材６との間が気泡発生領域１０となる。
【００５４】
上記構成に基づき、発熱体２を発熱させると、可動部材６と発熱体２との間の気泡発生領域１０の液体に熱が作用し、これにより発熱体２上に膜沸騰現象に基づく気泡が発生し、成長する。この気泡の成長に伴う圧力は可動部材６に優先的に作用し、可動部材６は図１に破線で示されるように、支点６ａを中心に吐出口５側に大きく開くように変位する。可動部材６の変位もしくは変位した状態によって、気泡の発生に基づく圧力の伝搬や気泡自身の成長が吐出口５側に導かれ、吐出口５から液体が吐出する。
【００５５】
つまり、気泡発生領域１０上に、液流路７内の液体の流れの上流側（共通液室８側）に支点６ａを持ち下流側（吐出口５側）に自由端６ｂを持つ可動部材６を設けることによって、気泡の圧力伝搬方向が下流側へ導かれ、気泡の圧力が直接的に効率よく吐出に寄与することになる。そして、気泡の成長方向自体も圧力伝搬方向と同様に下流方向に導かれ、上流より下流で大きく成長する。このように、気泡の成長方向自体を可動部材によって制御し、気泡の圧力伝搬方向を制御することで、吐出効率や吐出力または吐出速度等の根本的な吐出特性を向上させることができる。
【００５６】
一方、気泡が消泡工程に入ると、可動部材６の弾性力との相乗効果で気泡は急速に消泡し、可動部材６も最終的には図１に実線で示した初期位置に復帰する。このとき、気泡発生領域１０での気泡の収縮体積を補うため、また、吐出された液体の体積分を補うために、上流側すなわち共通液室８側から液体が流れ込み、液流路７への液体の充填（リフィル）が行われるが、この液体のリフィルは、可動部材６の復帰作用に伴って効率よく合理的かつ安定して行われる。
【００５７】
また、本実施形態のインクジェット記録ヘッドは、発熱体２を駆動したりその駆動を制御するための回路や素子を有する。これら回路や素子は、その機能に応じて素子基板１または天板３に分担して配置されている。また、これら回路や素子は、素子基板１および天板３がシリコン材料で構成されていることから、半導体ウェハプロセス技術を用いて容易かつ微細に形成することができる。
【００５８】
次に、素子基板１および天板３への回路や素子の振り分け構成について説明する。
【００５９】
図２は、図１に示したインクジェット記録ヘッドの回路構成を説明するための図であり、同図（ａ）は素子基板の平面図、同図（ｂ）は天板の平面図である。なお、図２（ａ）および（ｂ）は、互いの対向面を表わしている。
【００６０】
図２（ａ）に示すように、素子基板１には、並列に配列された複数の発熱体２と、画像データに応じてこれら発熱体２を駆動するドライバ１１と、入力された画像データをドライバ１１に出力する画像データ転送部１２と、発熱体２の駆動条件を制御するために必要なパラメータを測定するセンサ１３とが設けられている。
【００６１】
画像データ転送部１２は、シリアルに入力される画像データを各ドライバ１１にパラレルに出力するシフトレジスタ、およびシフトレジスタから出力されるデータを一時記憶するラッチ回路で構成される。なお、画像データ転送部１２は、各発熱体２に個別に対応して画像データを出力するものでもよいし、発熱体２の並びを複数のブロックに分け、ブロック単位に対応して画像データを出力するものでもよい。特に、１つのヘッドについて複数のシフトレジスタを備え、記録装置本体からのデータの転送を複数のシフトレジスタに振り分けて入力するようにすることで、印字速度の高速化に容易に対応することもできる。
【００６２】
センサ１３としては、発熱体２の近傍の温度を測定する温度センサや、発熱体２の抵抗値をモニタするための抵抗センサ等が用いられる。
【００６３】
噴射される液滴の吐出量を考えた場合、その吐出量は主に液体の発泡体積に関係する。液体の発泡体積は、発熱体２およびその周辺の温度によって変化する。
【００６４】
そこで、温度センサによって発熱体２および周辺の温度を測定し、その結果に応じ液体吐出のためのヒートパルスを印加する前に、液体を吐出しない程度の小さいエネルギーのパルス（プレヒートパルス）を加え、そのプレヒートパルスのパルス幅や、その出力タイミングを変更することにより発熱体２および周辺の温度を調整して、一定の液滴を吐出するようにして画像品位を維持することが行われる。
【００６５】
また、発熱体２における、液体を発泡させるのに必要なエネルギーを考えた場合、放熱条件が一定であれば、そのエネルギーは発熱体２の必要な単位面積当たりの投入エネルギーと発熱体２の面積の積で表わされる。これにより、発熱体２の両端にかかる電圧、発熱体２を流れる電流およびパルス幅を、その必要なエネルギーが得られる値に設定すればよい。ここで発熱体２に印加される電圧については、インクジェット記録装置本体の電源により電圧を供給することにより、ほぼ一定に保持することができる。一方、発熱体２を流れる電流については、発熱体２の抵抗値が、素子基板１の製造過程における発熱体２の膜厚のばらつき等により、ロットにより、あるいは素子基板１によって抵抗値が異なってくる。従って、印加されるパルス幅が一定で、発熱体２の抵抗値が設定よりも大きい場合はその流れる電流値が小さくなり、発熱体２に投入されるエネルギー量が不足してしまい、液体を適正に発泡させることができなくなる。逆に、発熱体２の抵抗値が小さくなると、同じ電圧を印加しても電流値が設定値よりも大きくなる。この場合には、発熱体２により過剰なエネルギーが発生され、発熱体２の損傷や短寿命につながるおそれがある。そこで、抵抗センサによって発熱体２の抵抗値を常にモニタし、その値により電源電圧やヒートパルス幅を変化させ、発熱体２にほぼ一定のエネルギーが印加されるようにする方法もある。すなわち、インクの吐出量を制御するための吐出量制御素子が発熱体２自身となる構成である。
【００６６】
一方、図２（ｂ）に示すように、天板３には、前述したように液流路および共通液室を構成する溝３ａ，３ｂが形成される他に、素子基板１に設けられたセンサ１３を駆動するセンサ駆動部１７と、センサ駆動部１７により駆動されたセンサからの出力結果に基づいて発熱体２の駆動条件を制御する発熱体制御部１６とが設けられている。なお、天板３には、外部から共通液室に液体を供給するために、共通液室に連通した供給口３ｃが開口している。
【００６７】
さらに、素子基板１および天板３の接合面の、互いの対向する部位にはそれぞれ、素子基板１に形成された回路等と天板３に形成された回路等とを電気的に接続するための接続用コンタクトパッド１４，１８が設けられている。また、素子基板１には、外部からの電気信号の入力端子となる外部コンタクトパッド１５が設けられている。素子基板１の大きさは天板３の大きさよりも大きく、外部コンタクトパッド１５は、素子基板１と天板３とを接合したときに天板３から露出する位置に設けられている。
【００６８】
ここで、素子基板１および天板３への回路等の形成手順の一例について説明する。
【００６９】
素子基板１については、まず、シリコン基板上に、上記ドライバ１１、画像データ転送部１２およびセンサ１３を構成する回路を半導体ウェハプロセス技術を用いて形成する。次いで、前述したようにして発熱体２を形成し、最後に、接続用コンタクトパッド１４および外部コンタクトパッド１５を形成する。
【００７０】
天板３については、まず、シリコン基板上に、上記発熱体制御部１６およびセンサ駆動部１７を構成する回路を半導体ウェハプロセス技術を用いて形成する。次いで、上述したように、成膜技術およびエッチングによって、液流路や共通液室を構成する溝３ａ，３ｂおよび供給口３ｃを形成し、最後に、接続用コンタクトパッド１８を形成する。
【００７１】
上記のように構成された素子基板１と天板３とを位置合わせして接合すると、各液流路に対応して発熱体２が配置されるとともに、それぞれの接続用パッド１４，１８を介して素子基板１および天板３に形成された回路等が電気的に接続される。この電気的接続は例えば、接続用パッド１４，１８に金バンプ等を載せて行う方法があるが、それ以外の方法でもよい。このように、素子基板１と天板３との電気的接続を接続用コンタクトパッド１４，１８によって行うことで、素子基板１と天板３との接合と同時に、上述した回路同士の電気的接続を行うことができる。素子基板１と天板３との接合後に、液流路７の先端にオリフィスプレート４を接合し、これによりインクジェット記録ヘッドが完成する。
【００７２】
なお、図１に示したように本実施形態のインクジェット記録ヘッドは可動部材６を有しているが、この可動部材６についても、上述のようにして素子基板に回路等を形成した後、フォトリソグラフィプロセスを用いて素子基板１上に形成される。
【００７３】
このようにして得られたインクジェット記録ヘッドをヘッドカートリッジや記録装置に搭載する場合には、図３に示すように、プリント配線基板２３が搭載されたベース基板２２上に固定し、液体吐出ヘッドユニット２０とされる。図３において、プリント配線基板２３には、記録装置のヘッド制御部と電気的に接続される複数の配線パターン２４が設けられ、これら配線パターン２４は、ボンディングワイヤー２５を介して外部コンタクトパッド１５と電気的に接続される。外部コンタクトパッド１５は素子基板１のみに設けられているので、液体吐出ヘッド２１と外部との電気的接続は、従来のインクジェット記録ヘッドと同様にして行うことができる。ここでは、外部コンタクトパッド１５を素子基板１に設けた例について説明したが、素子基板１ではなく天板３のみに設けてもよい。
【００７４】
以上説明したように、発熱体２の駆動や制御のための各種回路等を素子基板１と天板３とに両者の電気的接合を考慮した上で振り分けることで、これらの回路等が１つの基板に集中しなくなるので、インクジェット記録ヘッドの小型化が可能になる。また、素子基板１に設けられた回路等と天板３に設けられた回路等との電気的接続を接続用コンタクトパッド１４，１８によって行うことで、ヘッド外部への電気的接続部の数が減り、信頼性の向上、部品点数の削減、ヘッドのより一層の小型化を実現することができる。
【００７５】
また、上述した回路等を素子基板１と天板３とに分散させることで、素子基板１の歩留まりを向上させることができ、その結果、インクジェット記録ヘッドの製造コストを下げることができる。さらに、素子基板１および天板３を、シリコンという同一材料をベースとした材料で構成しているため、素子基板１と天板３との熱膨張係数が等しくなる。その結果、発熱体２の駆動により素子基板１および天板３が熱膨張しても両者にずれは生じなくなり、発熱体２と液流路７との位置精度が良好に維持される。
【００７６】
本実施形態では上述の各回路等をその機能に応じて振り分けているが、この振り分けの基準となる考え方について以下に述べる。
【００７７】
各発熱体２に個別またはブロック単位に電気配線接続で対応する回路は、素子基板１に形成する。図２に示した例では、ドライバ１１および画像データ転送部１２がこれに相当する。各発熱体２には駆動信号がパラレルに与えられるので、その信号分だけ配線の引き回しが必要となる。従って、このような回路を天板３に形成すると、素子基板１と天板３との接続数が多くなり接続不良が発生する可能性が高くなるが、素子基板１に形成することで、発熱体２と上記回路との接続不良が防止される。
【００７８】
制御回路などアナログ的な部分は、熱の影響を受け易いことから、発熱体２が設けられていない基板すなわち天板３に設ける。図２に示した例では、発熱体制御部１６がこれに相当する。
【００７９】
センサ１３は、必要に応じて素子基板１に設けてもよいし、天板３に設けてもよい。例えば抵抗センサである場合には、抵抗センサは素子基板１上に設けないと意味がなかったり測定精度が低下したりするため素子基板１に設ける。また、温度センサの場合には、ヒータ駆動回路の異常による温度上昇などを検知する場合には素子基板１上に設けることが好ましいが、後述するインクを介しての温度上昇によりインクの状態を判断したい場合には、天板３、或いは素子基板１と天板３との双方に設けることが好ましい。
【００８０】
その他、各発熱体２に個別にもブロック単位にも電気配線接続で対応していない回路、必ずしも素子基板１に設けなくてもよい回路、天板３に設けても測定精度には影響しないセンサ等は、素子基板１および天板３のいずれか一方に集中しないように必要に応じて素子基板１または天板３に形成する。図２に示した例では、センサ駆動部１７がこれに相当する。
【００８１】
上記の考え方に基づいて各回路やセンサ等を素子基板１と天板３とに設けることで、素子基板１と天板３との電気的接続数をできるだけ少なくしつつも、各回路やセンサ等をバランスよく振り分けることができる。
【００８２】
以上、本発明の基本的な構成についての実施形態を説明したが、以下に、上述した回路等の具体的な例について説明する。
【００８３】
〈発熱体への印加エネルギーを制御する例〉
図４は、センサ出力に応じて発熱体への印加エネルギーを制御する例の素子基板および天板の回路構成を示す図である。
【００８４】
図４（ａ）に示すように、素子基板３１には、一列に配列された発熱体３２と、ドライバとして機能するパワートランジスタ４１と、パワートランジスタ４１の駆動を制御するためのＡＮＤ回路３９と、パワートランジスタ４１の駆動タイミングを制御するための駆動タイミング制御ロジック回路３８と、シフトレジスタおよびラッチ回路で構成される画像データ転送回路４２と、発熱体３２の抵抗値を検出するランクヒータ４３とが形成されている。
【００８５】
駆動タイミング制御ロジック回路３８は、装置の電源容量を少なくする目的で、全ての発熱体３２を同時に通電するのではなく発熱体３２を分割駆動して時間をずらして通電するためのものであり、この駆動タイミング制御ロジック回路３８を駆動するイネーブル信号（ヘッド駆動時分割信号）は、外部コンタクトパッドであるイネーブル信号入力端子４５ｋ〜４５ｎから入力される。
【００８６】
また、素子基板３１に設けられる外部コンタクトパッドとしては、イネーブル信号入力端子４５ｋ〜４５ｎの他に、発熱体３２の駆動電源の入力端子４５ａ、パワートランジスタ４１の接地端子４５ｂ、発熱体３２を駆動するエネルギーを制御するために必要な信号用の入力端子４５ｃ〜４５ｅ、ロジック回路の駆動電源端子４５ｆ、接地端子４５ｇ、画像データ転送回路４２のシフトレジスタに入力されるシリアルデータの入力端子４５ｉおよびこれに同期するシリアルクロック信号の入力端子４５ｈ、ラッチ回路に入力されるラッチクロック信号の入力端子４５ｊがある。
【００８７】
一方、図４（ｂ）に示すように、天板３３には、ランクヒータ４３を駆動するためのセンサ駆動回路４７と、ランクヒータ４３からの出力をモニタしその結果に応じて発熱体３２への印加エネルギーを制御するための駆動信号制御回路４６と、ランクヒータ４３で検出された抵抗値データあるいは抵抗値からランク分けされたコード値、および予め測定されている各発熱体３２による液体吐出量特性（一定温度で、所定のパルス印加における液体吐出量）をヘッド情報として記憶し駆動信号制御回路４６に出力するメモリ４９と、駆動信号制御回路４６に入力される基準クロックＣＬＫの周期を短くするための周期短縮回路であるＰＬＬ（Phase Locked Loop）回路５０とが形成されている。
【００８８】
また、接続用コンタクトパッドとして、素子基板３１および天板３２には、ランクヒータ４３とセンサ駆動回路４７とを接続する端子４４ｇ，４４ｈ，４８ｇ，４８ｈ、外部から上記発熱体３２を駆動するエネルギーを制御するために必要な信号用の入力端子４５ｃ〜４５ｅと駆動信号制御回路４６とを接続する端子４４ｂ〜４４ｄ，４８ｂ〜４８ｄ、駆動信号制御回路４６の出力をＡＮＤ回路３９の一方の入力端子に入力させるための端子４８ａ等が設けられている。
【００８９】
ＰＬＬ回路５０は、例えば、図５に示すように、入力される２つの信号の位相差を検出する位相比較器７１と、位相比較器７１の出力パルスを平滑化するローパスフィルタ（ＬＰＦ）７２と、ローパスフィルタ７２の出力電圧に比例する周波数のパルス信号を出力する電圧制御発振器（ＶＣＯ）７３と、電圧制御発振器７３の出力パルスの周波数を分周する分周器７４とによって構成される。
【００９０】
図５に示したＰＬＬ回路は、位相比較器７１に入力される２つの信号の位相（周波数）が一致するように動作するため、電圧制御発振器７３からは分周器７４の分周比（１／Ｎ）によって決まる入力信号のＮ倍の周波数（１／Ｎの周期）のパルス信号が得られる。
【００９１】
ＰＬＬ回路５０は、端子４８ｄと駆動信号制御回路４６間に挿入され、端子４８ｄ，４４ｄを介して入力される基準クロックＣＬＫの周期を１／Ｎ倍にする。なお、駆動信号制御回路４６は画像データを転送するためのクロックＤＣＬＫを用いて動作する場合もあるが、その場合もＰＬＬ回路５０によってクロックＤＣＬＫの周期が１／Ｎ倍にされて駆動信号制御回路４６に入力される。
【００９２】
以上の構成における信号の流れについて説明する。図６は本実施形態の信号の流れ図である。
【００９３】
まず、装置本体のヘッド駆動制御回路部で、ヒート信号を生成するために用いられる基準入力信号と、DCLK、DATA、LATCHといった画像データの転送に用いられる画像データ等転送信号と、ヘッド駆動時分割信号（BENB1〜n）と、が生成され、ヘッド側に出力される。
【００９４】
これらの信号のうち、基準入力信号は駆動信号制御回路４６に入力される前に高分解能基準信号生成部５０に入力され、基準入力信号から高分解能を有するクロック信号(CLK)が生成される。駆動信号制御回路４６は、高分解能を有するクロック信号と画像データ等転送信号の一部の信号をもとにメモリー４９に記憶されたセンサーからの情報によって補正を行ってヒーター駆動時間決定信号を生成し、このヒーター駆動時間決定信号を駆動タイミング制御回路３８およびAND回路３９に出力する。
【００９５】
一方、画像データ転送回路４２にはシリアル入力の画像データを含む画像データ等転送信号が入力され、ラッチされた画像データとして駆動タイミング制御回路３８およびAND回路３９に出力される。さらに駆動タイミング制御回路３８およびAND回路３９には、ヘッド駆動時分割信号が入力され、これらの信号により、吐出用ヒーターの駆動を行う。
【００９６】
より具体的には、発熱体３２の抵抗値がランクヒータ４３で検出され、その結果がメモリ４９に記憶される。駆動信号制御回路４６では、メモリ４９に記憶された抵抗値データおよび液体吐出量特性に応じて発熱体３２の駆動パルス信号の立ち上がりデータおよび立ち下がりデータを決定し、端子４８ａ，４４ａを介してＡＮＤ回路３９に出力する。一方、シリアルで入力された画像データは、画像データ転送回路４２のシフトレジスタに記憶され、ラッチ信号によりラッチ回路にラッチされて、駆動タイミング制御回路３８を介してＡＮＤ回路３９に出力される。これにより、立ち上がりデータおよび立ち下がりデータに応じてヒートパルスのパルス幅が決定され、このパルス幅で発熱体３２への通電が行われる。その結果、発熱体３２にはほぼ一定のエネルギーが印加される。
【００９７】
ここで、本実施形態では、駆動信号制御回路４６を動作させるための基準クロックＣＬＫの周期をＰＬＬ回路５０によって１／Ｎ倍にしているため、高速化及び多ノズル化されたインクジェット記録ヘッドに対応可能な駆動パルス信号を高分解能で精度よく生成することができる。
【００９８】
上述したように、基準クロックＣＬＫはインクジェット記録装置の本体装置からキャリッジ上に搭載されたインクジェット記録ヘッドにフレキシブル基板等のケーブルを介して伝送される。本実施形態では、基準クロックＣＬＫの周波数が、高速化及び多ノズル化されたインクジェット記録ヘッドであっても、従来と同様に１ＭＨｚ〜１０ＭＨｚ程度で済むため、ケーブルから発生する不要な放射ノイズを低減することが可能になり、パルス波形のなまりも少なくて済むためインクジェット記録ヘッドの誤動作が防止される。
【００９９】
また、上記構成によってインクジェット記録ヘッドに送信する基準クロックＣＬＫの周波数が従来と同程度で済むため、図７に示すように、本体装置８１の光データ送信部８３からインクジェット記録ヘッドが搭載されたキャリッジ８２の光データ受信部８４に信号光を照射することでも基準クロックを送信することが可能になる。この場合、パルス波形のなまりと共に、放射ノイズがより低減されたインクジェット記録装置８０を得ることができる。なお、光データ受信部８４はキャリッジ８２ではなく、インクジェット記録ヘッドに設けられていてもよい。
【０１００】
また、吐出口に形成されるメニスカスの位置を制御するために、各液流路内に発熱素子あるいは圧電素子が設けられる構成においても、ＰＬＬ回路５０によって周期が１／Ｎ倍にされたクロックを用いてそれらの駆動パルス信号を生成することで、インクの吐出量を高精度に制御することができる。
【０１０１】
なお、メモリ４９及びＰＬＬ回路５０については、素子基板３１側のスペースが許せば、天板３３ではなく素子基板３１に設けてもよい。部品コスト、実装コストは若干上がるが、本課題を解決するため、素子基板とは別の基板上、あるいはインクジェット記録ヘッドと共に移動するキャリッジ内にＰＬＬ回路５０を設けて、クロック周期を短くしてもよい。
【０１０２】
上述のように、良好な画像品位を得るために発熱体３２の駆動を制御しても、共通液室内に気泡が発生し、これが液体のリフィルとともに液流路内に移動してくると、共通液室内には液体が存在するにもかかわらず、液体が吐出されないという不具合が発生する場合がある。
【０１０３】
そこで、これに対処するために、詳細は後述するが、各液流路内（特に発熱体３２の近傍）での液体の有無を検出するセンサを設け、さらに、このセンサで液体がないことが検出されたらその結果を外部に出力させる処理回路を天板３３に設けてもよい。そして、この処理回路からの出力に基づき、インクジェット記録装置側で、ヘッド内の液体を吐出口から強制的に吸引するようにすれば、液流路内の気泡を除去することができる。上記の液体の有無を検出するセンサとしては、液体を介しての抵抗値の変化により検出するものや、液体が存在しない場合の発熱体の異常昇温を検出するものを用いることができる。
【０１０４】
〈素子基板の温度を制御する例〉
図１５は、センサ出力に応じて素子基板の温度を制御する例の素子基板および天板の回路構成を示す図である。
【０１０５】
この例では、図１５（ａ）に示すように、素子基板５１に、液体吐出用の発熱体５２とは別に、インクの吐出量を制御するための吐出量制御素子として、素子基板５１の温度を調節するために素子基板５１自体を加熱する保温ヒータ５５と、その保温ヒータ５５のドライバとなるパワートランジスタ５６とが、図４（ａ）に示した素子基板３１に対して付加されている。また、センサ６３としては、素子基板５１の温度を測定する温度センサが用いられる。
【０１０６】
一方、図１５（ｂ）に示すように、天板５３には、センサ６３を駆動するためのセンサ駆動回路６７と、液体吐出量特性が記憶されているメモリ６９の他に、センサ６３からの出力をモニタし、その結果に応じて保温ヒータ５５の駆動を制御するための保温ヒータ制御回路６６が形成されている。保温ヒータ制御回路６６はコンパレータを有しており、素子基板５１の必要とされる温度に基づいて予め決定された閾値とセンサ６３からの出力とを比較し、閾値よりもセンサ６３からの出力が大きい場合に、保温ヒータ５５を駆動するための保温ヒータ制御信号を出力する。上記の素子基板５１の必要とされる温度とは、このインクジェット記録ヘッド内の液体の粘性が安定吐出範囲にあるような温度である。そして、保温ヒータ制御回路６６から出力される保温ヒータ制御信号を、素子基板５１に形成された保温ヒータ用のパワートランジスタ５６に入力させるための端子６４ａ，６８ａが、接続用コンタクトパッドとして素子基板５１および天板５３に設けられている。その他の構成は図４に示した構成と同様である。
【０１０７】
上記の構成により、センサで６３の出力結果に応じて、保温ヒータ制御回路６６により保温ヒータ５５が駆動され、素子基板５１の温度が所定の温度に保たれる。その結果、インクジェット記録ヘッド内の液体の粘性が安定吐出範囲に保たれ、良好な吐出が可能となる。また、保温ヒータ制御回路６６を動作させるための基準クロックの周期を、図４に示した構成と同様にＰＬＬ回路によって短くしているため、高い分解能で温度ヒータ５５の駆動パルス信号を生成することが可能であり、より高精度な温度制御が可能になる。
【０１０８】
なお、センサ６３には、固体差による出力値のばらつきがある。さらに正確な温度調節を行いたい場合には、このばらつきを補正するために、ヘッド情報として出力値のばらつきの補正値をメモリ６９に記憶させ、メモリ６９に記憶された補正値に応じて、保温ヒータ制御回路６６に設定された閾値を調整してもよい。
【０１０９】
ところで、図１に示した実施形態では、液流路７を構成するための溝は天板３に形成し、吐出口５が形成された部材（オリフィスプレート４）も素子基板１及び天板３とは別の部材で構成した例を示したが、本発明が適用されるインクジェット記録ヘッドの構造は、これに限られるものではない。
【０１１０】
例えば、天板の端面にオリフィスプレートの厚さ相当の壁を残しておき、この壁に、イオンビーム加工や電子ビーム加工等により吐出口を形成すれば、オリフィスプレートを用いずにインクジェット記録ヘッドを構成することができる。また、天板に溝を形成することによってではなく素子基板に流路側壁を形成すれば、発熱体に対する液流路の位置精度が向上し、かつ、天板の形状を簡易なものとすることができる。可動部材はフォトリソグラフィプロセスを利用して天板に形成することができるが、このように素子基板に流路側壁を設けた構成とした場合には、素子基板への可能部材の形成と同時に素子基板を形成することもできる。
【０１１１】
次に、温度センサを用いたインク有無検知及び検出結果に伴うヘッド駆動動作について、図１６〜図２０を用いて説明する。
【０１１２】
図１６〜図２０はいずれも本発明のインクジェット記録ヘッドの素子基板及び天板の回路構成の変形例を説明するための概略説明図であり、各図いずれも（ａ）は素子基板の平面図、（ｂ）は天板の平面図を示している。なお、これらの図は、図２と同様に、各図の（ａ）と（ｂ）とで互いの対向面を図示しており、各図の（ｂ）における点線部は、素子基板と接合した時の液室及び流路の位置を示している。
【０１１３】
なお、図１６〜図２０で示されるヘッドは、素子基板４０１に流路壁４０１ａが設けられた構造の場合を例として描いているが、素子基板及び天板の構造に関しては、上述したいずれの形態にも適用できるものである。また、以下の各説明において、特に断りのない限りは、図１６〜図２０に示す各実施例をそれぞれ組合わせた形態も本発明に含まれるものであることは言うまでもない。なお、以下の説明では、共通の機能を有する部分については、同じ符号を用いて説明している。
【０１１４】
図１６（ａ）において、素子基板４０１には、前述したように流路に対応して並列に配列された複数の発熱体４０２と、共通液室内に設けられたサブヒータ４５５と、画像データに応じてこれら発熱体４０２を駆動するドライバ４１１と、入力された画像データをドライバ４１１に出力する画像データ転送部４１２が設けられており、ノズルを形成するための流路壁４０１ａや、共通液室を形成するための液室枠４０１ｂが設けられている。
【０１１５】
一方、図１６（ｂ）において、天板４０３には、共通液室内の温度を測定するための温度センサ４１３と、温度センサ４１３を駆動するセンサ駆動部４１７と、温度センサの出力に基づいて前記発熱抵抗素子の駆動を制限または停止する制限回路４５９と、センサ駆動部４１７及び制限回路４５９の信号に基づいて発熱体４０２の駆動条件を制御する発熱体制御部４１６とが設けられるとともに、外部から共通液室に液体を供給するために、共通液室に連通した供給口４０３ａが開口している。
【０１１６】
さらに、素子基板４０１および天板４０３の接合面の、互いの対向する部位にはそれぞれ、素子基板４０１に形成された回路等と天板４０３に形成された回路等とを電気的に接続するための接続用コンタクトパッド４１４，４１８が設けられている。また、素子基板４０１には、外部からの電気信号の入力端子となる外部コンタクトパッド４１５が設けられている。素子基板４０１の大きさは天板４０３の大きさよりも大きく、外部コンタクトパッド４１５は、素子基板４０１と天板４０３とを接合したときに天板４０３から露出する位置に設けられている。
【０１１７】
上記のように構成された素子基板４０１と天板４０３とを位置合わせして接合すると、各液流路に対応して発熱体４０２が配置されるとともに、それぞれの接続用コンタクトパッド４１４，４１８を介して素子基板４０１および天板４０３に形成された回路等が電気的に接続される。
【０１１８】
第１の基板（素子基板４０１）と第２の基板（天板４０３）との間には、数十μｍというスペースにインクが満たされるようになっている。このため、サブヒータ４５５による加熱を行なった際に、インクの有無によって第２基板への熱の伝わりかたに差が生じる。そこで、この熱の伝わりかたの差をＰＮ接合を利用したダイオードセンサ等により構成される温度センサ４１３で検知することで、液室内のインクの有無を検知することが可能となる。そこで、この温度センサ４１３による検出結果に応じて、例えば温度センサ４１３がインクがあるときと比べて異常な温度を検知した場合には前述の制限回路４５９により、発熱体４０２への駆動を制限、あるいは停止したり、本体へ異常を知らせる信号を出力したりすることで、ヘッドの物理的な損傷を防止し、常に安定した吐出性能を発揮することのできるヘッドを提供することができる。
【０１１９】
特に、本発明の場合には、上述の温度センサ、及び制限回路を半導体ウェハプロセスにより製造することができるので、最適な位置に素子を配置することができるとともに、ヘッド自体のコストアップをすることなくヘッドの損傷防止機能を付加することができる。
【０１２０】
図１７は、図１６の変形例を示す説明図であり、図１７に示される変形例では、サブヒータではなく、吐出用のヒータすなわち発熱体４０２を用いている点が前述の図１６に示す形態と異なっている。図１７に示す変形例では、温度センサ４１３は発熱体４０２と対向する天板４０３上の領域に設けられており、発熱体４０２で発泡しないレベルの短パルス、あるいは低電圧で駆動したときの温度を検出することで、インク有無検知を行なうようにしたものである。インク有無検知を行う他、液体の吐出動作を行いながら温度をモニターし、駆動にフィードバックすることも可能である。本変形例の構成は、共通液室にサブヒータを配置しづらい場合は特に有効である。また、本変形例では、発熱体制御部４１６によって、温度センサ４１３の出力に基づくヘッド駆動の制限あるいは停止が行われている。
【０１２１】
図１８に示す変形例は、図１７に示す変形例と比較して、温度センサ４１３を異なる発熱体４０２に対応する複数のグループ（図面上では４１３ａ，４１３ｂ、４１３ｃ...と一つ一つのノズルに対応）を形成するように配置している点が異なっている。発熱体４０２は選択的に駆動できることから、このように複数の温度センサを設けることで、より細かい部分でのインク有無など、インクの状態の検知を行うことができる。
【０１２２】
さらに、本実施例のように各発熱体４０２に一対一で対応するように温度センサを設けることで、液体吐出時の温度変化をノズル単位に検出することができ、ノズル内のインクの有無、さらには発泡状態を温度で検出することが可能となる。各ノズル毎のインク切れによる部分的な不吐出の検知については、図２０で説明するようなメモリを設け、メモリ内に保持される正常吐出の場合のデータとの比較により行なってもよいし、隣接する複数のノズルのデータと比較すること（例えば４１３ａ、４１３ｂ、４１３ｃ....で４１３ｂだけ異常な出力となった場合は、４１３ｂについて異常と判定する）により行なってもよい。
【０１２３】
なお、この場合、発熱体４０２に対して各温度センサ４１３ａ、４１３ｂ、４１３ｃ...は電気配線接続で対応しているわけではないので、天板４０３に設けていても配線が複雑になる等の問題はない。また、複数のセンサを設ける場合であっても、本発明のように半導体ウェハプロセスにより製造することで、コストの上昇を招くことはない。したがって後述するフルラインヘッドにおいて採用することは、特に好ましい。
【０１２４】
図１９に示す変形例は、図１７に示す変形例と比較して、素子基板４０１及び天板４０３の両方に温度センサ４１３ａ、４１３ｂを備えている点が異なっている。いずれか一方の基板にのみ温度センサが配置されている場合には、外気温やヘッドの状態（例えば印字終了直後など）によってインク有無のしきい値が変化し、制御が難しくなる場合であっても、加熱時の２つのセンサの温度上昇の差を測定することで、一方の基板にしかセンサがない場合に比べより容易かつより正確にインク有無などのインクの状態の検知をすることができるという利点がある。
【０１２５】
図２０に示す変形例は、図１９に示す変形例に比べて、ヘッドの製造工程においてインクがない場合とある場合とでの発熱抵抗素子の加熱時の温度変化をヘッド情報として記憶し発熱体制御部４１６に出力するメモリ４６９を有している点が異なっている。このようにメモリ４６９を備えて、メモリ４６９の値とセンサの出力とを比較することで、より精度の高いインク有無検知を行うことができる。
【０１２６】
もちろん、このメモリ内には前述の実施例で説明したように、予め測定されている各発熱体４０２による液体吐出量特性（一定温度で、所定のパルス印加における液体吐出量）や、使用するインク等のヘッド情報を保持していてもよい。
【０１２７】
以上が、基本構成をベースに展開した本発明のポイントであるが、本発明では必ずしも印字装置本体からの基準信号を個別に要求しなくても良いし、また基準入力信号から生成される信号はヒート信号(ヒーター駆動時間決定信号)に限られる必要性はない。その例を以下に示す。
【０１２８】
（第２の実施形態）
図８は、本発明の第2の実施形態を示す信号の流れ図である。
【０１２９】
図６と共通の部分は説明を省略する。
【０１３０】
本実施形態ではイネーブル信号は、イネーブル信号生成部で高分解能基準信号と画像データ等転送信号から生成されている。本実施形態ではイネーブル信号を外部より供給する必要がないので、信号線の数を減らすことができるという効果を奏する。なお、図８ではデータ等転送信号を用いてヒートパルス情報を得ているが、EEPROM等の不揮発性メモリをヘッドが有しており、このメモリを制御する構成が付加されている形態でもよい。また、イネーブル信号生成部に入力される高分解能基準信号と駆動信号制御回路に入力される高分解能基準信号との周期は同期さえしていれば必ずしも同じでなくともよい。
【０１３１】
（第３の実施形態）
図９は、本発明の第３の実施形態を示す信号の流れ図である。
【０１３２】
図６と共通の部分は説明を省略する。
【０１３３】
先の第2の実施形態ではイネーブル信号は高分解能基準信号と画像データ等転送信号から生成されていたが、本実施形態では、高分解能基準信号生成部に入力される前の基準入力信号と画像データ等転送信号から生成されている。イネーブル信号は、ヒート信号に対して分解能が小さくてもよいので、一部のヒータ駆動制御信号について高分解能基準信号生成部を通さずにもとの基準入力信号を活用してもよいものである。ここで、必要以上に分解能を小さくすると、高分解能基準信号(CLK)をカウントする部分の構成が大きくなる(カウント値が大きいと回路も大きくなるため)デメリットもあり、必要に応じて高分解能基準信号生成部を通す信号と通さない信号とを混在させることも有効である。
【０１３４】
（第４の実施形態）
図１０は、本発明の第４の実施形態を示す信号の流れ図である。
【０１３５】
図６と共通の部分は説明を省略する。
【０１３６】
本実施形態では、データ転送に用いられるデータクロック信号を基準入力信号として用いる例を示す。この構成によれば、先の第2の実施形態よりもさらに信号線の数を減らすことが可能となる。本実施形態では、データ転送のデータ数によってクロック数に制約が出るため、第3の実施形態のように高分解能基準信号生成部を通す信号と通さない信号とを混在させることが有効となる。
【０１３７】
（第１の参考例）
図１１は、第１の参考例を示す信号の流れ図である。
【０１３８】
図６と共通の部分は説明を省略する。
【０１３９】
本参考例では、キャリッジを含むヘッド内に基準入力信号を生成するための発振器を設けた構成を示す。このようにすることで基準入力信号用の信号線をなくすことができるものである。ただし、本例の場合、発信機は温度の影響を受けやすいためヘッドの発熱部から遠ざける目的でキャリッジ部に設けてある。また、本参考例では高分解能基準信号生成部はキャリッジ上に設けてあるが、キャリッジ上においても配線の引き回し等により基準信号の波形のなまり、放射ノイズの影響ができる場合があるので、高分解能基準信号生成部は、図１２に示すようにヘッド内部、さらには、図１３に示すようにヘッド基板内に設けられることが望ましい。
【０１４０】
（第２の参考例）
図１４は、第２の参考例を示す信号の流れ図である。
【０１４１】
図６と共通の部分は説明を省略する。
【０１４２】
本参考例では基準入力信号を単一の信号ではなく、他の複数のロジック信号を用いて高分解能基準信号を生成する構成を示す。ここでは、高分解能基準信号を複数のイネーブル信号を用いて形成する。具体的には複数のイネーブル信号のタイミングのずれを利用して基準となる信号とし、どのイネーブル信号よりも周波数の高い高分解能基準信号を生成する。本構成によれば基準入力信号線をなくすことができる。
【０１４３】
以上、本発明の要部の実施例についての説明を行ったが、以下に、本発明に好ましく適用可能な他の適用例について説明を行う。
【０１４４】
まず、上記実施の形態に係るインクジェット記録ヘッドを搭載したインクジェット記録ヘッドカートリッジを概略説明する。
【０１４５】
図２１は、前述したインクジェット記録ヘッドを含むインクジェット記録ヘッドカートリッジの模式的分解斜視図であり、インクジェット記録ヘッドカートリッジは、主に液体吐出ヘッド部２００と液体容器１４０とから概略構成されている。
【０１４６】
液体吐出ヘッド部２００は、素子基板１５１、吐出口が開口した天板１５３、押さえバネ１２８、液体供給部材１３０、アルミベースプレート（支持体）１２０等から成っている。素子基板１５１には、前述のように液体に熱を与えるための発熱抵抗体が、複数個、列状に設けられている。この素子基板１５１と天板１５３との接合によって、吐出される液体が流通する液流路（不図示）が形成される。押さえバネ１２８は、天板１５３に素子基板１５１方向への付勢力を作用させる部材であり、この付勢力により素子基板１５１、天板１５３と、後述する支持体１２０とを良好に一体化させている。天板と素子基板とを例えば接着剤などで接合する場合には、この押さえバネはなくてもよい。支持体１２０は、素子基板１５１等を支持するためのものであり、この支持体１２０上にはさらに素子基板１５１に接続し電気信号を供給するためのプリント配線基板１２３や、装置側と接続することで装置側と電気信号のやりとりを行うためのコンタクトパッド１２４が配置されている。
【０１４７】
液体容器１４０は、液体吐出ヘッド部２００に供給される液体を収容している。液体容器１４０の外側には、液体吐出ヘッド部２００と液体容器１４０との接続を行う接続部材を配置するための位置決め部１４４と、接続部材を固定するための固定軸１４５が設けられている。液体の供給は、液体容器１４０の液体供給路１４２、１４３から接続部材を介して液体供給部材１３０の液体供給１３１、１３２に供給され、各部材の液供給路１３３、１２９、１５３ｃを介して共通液室に供給される。ここでは液体容器１４０から液体供給部材１３０への液体の供給を２つの経路に分けて行っているが、必ずしも分けなくてもよい。
【０１４８】
なお、この液体容器１４０には、液体の消費後に液体を再充填して使用してもよい。このためには液体容器１４０に液体注入口を設けておくことが望ましい。又、液体吐出ヘッド部２００と液体容器１４０とは一体であってもよく、分離可能としてもよい。
【０１４９】
図２２は、前述のインクジェット記録ヘッドを搭載したインクジェット記録装置の概略構成を示している。本実施例の形態では特に吐出液体としてインクを用いたインクジェット記録装置ＩＪＲＡを用いて説明する。インクジェット記録装置のキャリッジ（走査装置）ＨＣは、インクを収容する液体容器１４０と液体吐出ヘッド部２００とが着脱可能なヘッドカートリッジを搭載しており、被記録媒体搬送手段で搬送される記録紙等の被記録媒体１７０の幅方向（矢印ａ，ｂ方向）に往復移動する。なお、液体容器と液体吐出ヘッド部とは互いに分離可能な構成になっている。
【０１５０】
図２２では不図示の駆動信号供給手段からフレキシブルケーブルを介してキャリッジＨＣ上の液体吐出手段に駆動信号が供給されると、この信号に応じて液体吐出ヘッド部２００から被記録媒体１７０に対して記録液体が吐出される。
【０１５１】
また、本例のインクジェット記録装置においては、被記録媒体搬送手段とキャリッジＨＣを駆動するための駆動源としてのモータ１６１、駆動源からの動力をキャリッジＨＣに伝えるためのギア１６２、１６３、及びキャリッジ軸１６４等を有している。この記録装置によって、各種の被記録媒体に対して液体を吐出することで良好な画像の記録物を得ることができた。
【０１５２】
図２３は、本発明のインクジェット記録ヘッドを適用したインクジェット記録装置を動作させるための装置全体のブロック図である。
【０１５３】
記録装置は、ホストコンピュータ３００より印字情報を制御信号として受ける。印字情報は印字装置内部の入出力インタフェイス３０１に一時保存されると同時に、記録装置内で処理可能なデータに変換され、ヘッド駆動信号供給手段を兼ねるＣＰＵ３０２に入力される。ＣＰＵ３０２はＲＯＭ３０３に保存されている制御プログラムに基づき、前記ＣＰＵ３０２に入力されたデータをＲＡＭ３０４等の周辺ユニットを用いて処理し、印字するデータ（画像データ）に変換する。
【０１５４】
またＣＰＵ３０２は前記画像データを記録用紙上の適当な位置に記録するために、画像データに同期して記録用紙およびヘッド２００を移動する駆動用モータ３０６を駆動するための駆動データを作る。画像データおよびモータ駆動データは、各々ヘッドドライバ３０７と、モータドライバ３０５を介し、ヘッド２００および駆動モータ３０６に伝達され、それぞれ制御されたタイミングで駆動され画像を形成する。
【０１５５】
上述のような記録装置に適用でき、インク等の液体の付与が行われる被記録媒体としては、各種の紙やＯＨＰシート、コンパクトディスクや装飾板等に用いられるプラスチック材、布帛、アルミニュウムや銅等の金属材、牛皮、豚皮、人工皮革等の皮革材、木、合板等の木材、竹材、タイル等のセラミックス材、スポンジ等の三次元構造体等を対象とすることができる。
【０１５６】
また、上記記録装置として、各種の紙やＯＨＰシート等に対して記録を行うプリンタ装置、コンパクトディスク等のプラスチック材に記録を行うプラスチック用記録装置、金属板に記録を行う金属用記録装置、皮革に記録を行う皮革用記録装置、木材に記録を行う木材用記録装置、セラミックス材に記録を行うセラミックス用記録装置、スポンジ等の三次元網状構造体に対して記録を行う記録装置、又、布帛に記録を行う捺染装置等をも含むものである。
【０１５７】
また、これらのインクジェット記録装置に用いる吐出液としては、夫々の被記録媒体や記録条件に合わせた液体を用いればよい。
【０１５８】
次に、本発明のインクジェット記録ヘッドをパーマネントタイプの記録ヘッドとして用い、被記録媒体に対して記録を行う、インクジェット記録システムの一例を説明する。
【０１５９】
図２４は、前述した本発明のインクジェット記録ヘッドを用いたインクジェット記録装置の構成を説明するための模式図である。本実施の形態におけるインクジェット記録ヘッドは、被記録媒体の記録可能幅に対応した長さに３６０ｄｐｉの間隔で吐出口を複数配したフルライン型のヘッドであり、イエロー（Ｙ）、マゼンダ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｂｋ）の４色に対応した４つのヘッド２０１ａ〜２０１ｄをホルダ２０２によりＸ方向に所定の間隔を持って互いに平行に固定支持されている。
【０１６０】
これらのヘッド２０１ａ〜２０１ｄに対してそれぞれ駆動信号供給手段を構成するヘッドドライバ３０７から信号が供給され、この信号に基づいて各ヘッド２０１ａ〜２０１ｄの駆動が成される。各ヘッド２０１ａ〜２０１ｄには、吐出液としてＹ、Ｍ、Ｃ、Ｂｋの４色のインクがそれぞれインク容器２０４ａ〜２０４ｄから供給されている。
【０１６１】
また、各ヘッド２０１ａ〜２０１ｄの下方には、内部にスポンジ等のインク吸収部材が配されたヘッドキャップ２０３ａ〜２０３ｄが設けられており、非記録時に各ヘッド２０１ａ〜２０１ｄの吐出口を覆うことでヘッド２０１ａ〜２０１ｄの保守を成すことができる。
【０１６２】
符号２０６は、先の例で説明したような各種、被記録媒体を搬送するための搬送手段を構成する搬送ベルトである。搬送ベルト２０６は、各種ローラにより所定の経路に引き回されており、モータドライバ３０５に接続された駆動用ローラにより駆動される。
【０１６３】
本インクジェット記録装置においては、記録を行う前後に被記録媒体に対して各種の処理を行う前処理装置２５１および後処理装置２５２をそれぞれ被記録媒体搬送経路の上流と下流に設けている。
【０１６４】
前処理と後処理は、記録を行う被記録媒体の種類やインクの種類に応じて、その処理内容が異なるが、例えば、金属、プラスチック、セラミックス等の被記録媒体に対しては、前処理として、紫外線とオゾンの照射を行い、その表面を活性化することでインクの付着性の向上を図ることができる。また、プラスチック等の静電気を生じやすい被記録媒体においては、静電気によってその表面にゴミが付着しやすく、このゴミによって良好な記録が妨げられる場合がある。このため、前処理としてイオナイザ装置を用い被記録媒体の静電気を除去することで、被記録媒体からゴミの除去を行うとよい。また、被記録媒体として布帛を用いる場合には、滲み防止、染着率の向上等の観点から布帛にアルカリ性物質、水溶性物質、合成高分子、水溶性金属塩、尿素およびチオ尿素から選択される物質を付与する処理を前処理として行えばよい。前処理としては、これに限らず、被記録媒体の温度を記録に適切な温度にする処理等であってもよい。
【０１６５】
一方、後処理は、インクが付与された被記録媒体に対して熱処理、紫外線照射等によるインクの定着を促進する定着処理や、前処理で付与し未反応で残った処理剤を洗浄する処理等を行うものである。
【０１６６】
なお、本例では、ヘッド２０１ａ〜２０１ｄとしてフルラインヘッドを用いて説明したが、これに限らず、前述したような小型のヘッドを被記録媒体の幅方向に搬送して記録を行う形態のものであってもよい。ここで、この場合におけるヘッドとは、前述したキャリッジ部分も包含するものである。
【０１６７】
【発明の効果】
本発明は以上説明したように構成されているので、以下に記載する効果を奏する。
【０１６８】
外部から所定の周期で連続的に与えられる入力信号を用いて該周期よりも短い周期を有する基準信号を生成する高分解能基準信号生成部を有し、該基準信号を記録素子用ドライバを制御する制御回路に供給することで記録制御するため、外部から与えられる信号の周期が従来と同等であっても、高速化及び多ノズル化されたインクジェット記録ヘッドに対応可能な駆動パルス信号を高分解能で精度よく生成することができる。
【０１６９】
また、インクジェット記録ヘッドの内部で記録制御に用いる一部の信号周期を短くするため、高速化及び多ノズル化されたインクジェット記録ヘッドに送信する信号の周期を従来と同程度にすることができる。したがって、ケーブルから発生する不要な放射ノイズを低減することが可能であり、かつパルス波形のなまりによる誤動作が防止される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態であるインクジェット記録ヘッド構造を説明するための、液流路方向に沿った断面図である。
【図２】図１に示したインクジェット記録ヘッドに用いられる素子基板の断面図である。
【図３】図２に示した素子基板の主要素子を縦断するように素子基板を切断した模式的断面図である。
【図４】センサ出力に応じて発熱体への印加エネルギーを制御する例の素子基板および天板の回路構成を示す図である。
【図５】図４に示したＰＬＬ回路の一構成例を示すブロック図である。
【図６】第1の実施形態の信号を流れを示すブロック図である。
【図７】本発明の一実施形態であるインクジェット記録装置の構成を示す平面図である。
【図８】第２の実施形態の信号を流れを示すブロック図である。
【図９】第３の実施形態の信号を流れを示すブロック図である。
【図１０】第４の実施形態の信号を流れを示すブロック図である。
【図１１】第５の実施形態の信号を流れを示すブロック図である。
【図１２】図１１の変形例を示すブロック図である。
【図１３】図１１のさらに別の変形例を示すブロック図である。
【図１４】第６の実施形態の信号を流れを示すブロック図である。
【図１５】センサ出力に応じて素子基板の温度を制御する例の素子基板および天板の回路構成を示す図である。
【図１６】温度センサの出力を利用してインクの有無を検知する例の素子基板および天板の回路構成を示す図である。
【図１７】図１６に示した素子基板および天板の回路構成の変形例を示す図である。
【図１８】図１６に示した素子基板および天板の回路構成の変形例を示す図である。
【図１９】図１６に示した素子基板および天板の回路構成の変形例を示す図である。
【図２０】図１６に示した素子基板および天板の回路構成の変形例を示す図である。
【図２１】本発明を適用可能なインクジェット記録ヘッドカートリッジの分解斜視図である。
【図２２】本発明を適用可能なインクジェット記録装置の概略構成図である。
【図２３】本発明を適用可能なインクジェット記録装置の装置ブロック図である。
【図２４】本発明を適用可能な液体吐出システムを示す図である。
【図２５】従来のヘッドの素子基板の回路構成の図である。
【図２６】波形のなまりを説明するための説明図である。
【符号の説明】
１、３１、５１、４０１    素子基板
２、３２、５２、４０２    発熱体
３、３３、５３、４０３    天板
３ａ、３ｂ    溝
３ｃ    供給口
４    オリフィスプレート
５    吐出口
６    可動部材
６ａ    支点
６ｂ    自由端
７    液流路
７ａ    第１の液流路
７ｂ    第２の液流路
８    共通液室
９    流路側壁
１０    気泡発生領域
１１、４１１    ドライバ
１２、４１２    画像データ転送部
１３、６３    センサ
１４、１８、４１４、４１８    接続用コンタクトパッド
１５、４１５    外部コンタクトパッド
１６、４１６    発熱体制御部
１７、４１７    センサ駆動部
２０    液体吐出ヘッドユニット
２１    液体吐出ヘッド
２２    ベース基板
２３    プリント配線板
２４    配線パターン
２５    ボンディングワイヤー
３８    駆動タイミング制御ロジック回路
３９    ＡＮＤ回路
４１、５６    パワートランジスタ
４２    画像データ転送回路
４３    ランクヒータ
４４ａ〜４４ｈ、４８ａ〜４８ｄ、４８ｇ、４８ｈ、６４ａ、６８ａ    端子
４５ａ、４５ｃ〜４５ｅ、４５ｉ、４５ｈ、４５ｊ    入力端子
４５ｂ、４５ｇ    接地端子
４５ｆ    駆動電源端子
４５ｋ〜４５ｎ    イネーブル信号入力端子
４６    駆動信号制御回路
４７、６７    センサ駆動回路
４９、６９    メモリ
５０    ＰＬＬ回路
５５    保温ヒータ
６６    保温ヒータ制御回路
７１    位相比較器
７２    ローパスフィルタ
７３    電圧制御発振器
７４    分周器
８０    インクジェット記録装置
８１    本体装置
８２    キャリッジ
８３    光データ送信部
８４    光データ受信部
４０１ａ    流路壁
４０１ｂ    流室枠
４１３、４１３ａ、４１３ｂ、４１３ｃ    温度センサ
４５５    サブヒータ
４５９    制限回路
４６９    メモリ
【図１】
0004766626.tif 000002
【図２】
0004766626.tif 000003
【図３】
0004766626.tif 000004
【図４】
0004766626.tif 000005
【図５】
0004766626.tif 000006
【図６】
0004766626.tif 000007
【図７】
0004766626.tif 000008
【図８】
0004766626.tif 000009
【図９】
0004766626.tif 000010
【図１０】
0004766626.tif 000011
【図１１】
0004766626.tif 000012
【図１２】
0004766626.tif 000013
【図１３】
0004766626.tif 000014
【図１４】
0004766626.tif 000015
【図１５】
0004766626.tif 000016
【図１６】
0004766626.tif 000017
【図１７】
0004766626.tif 000018
【図１８】
0004766626.tif 000019
【図１９】
0004766626.tif 000020
【図２０】
0004766626.tif 000021
【図２１】
0004766626.tif 000022
【図２２】
0004766626.tif 000023
【図２３】
0004766626.tif 000024
【図２４】
0004766626.tif 000025
【図２５】
0004766626.tif 000026
【図２６】
0004766626.tif 000027