(57)【要約】【課題】  ヒーターボードとベースプレートの接着時、接着条件により接着剤の層厚が各部位により異なる。接着剤の厚みによるヒーターボードの温度分布を制御する。【解決手段】  ヒーターボードとベースプレートの接着時、接着条件により接着剤の層厚が各部位により異なる。接着剤は断熱効果が大きいため、接着剤の層厚の違いによりヒーターボード内の部位ごとに温度が異なる。インク吐出量はヒーターボードの温度に依存するため上記温度差により吐出量が一定ではなくなる。吐出量を一定にするために接着剤の層厚によりヒーターボード内の発熱手段に対し選択的に発熱させ、吐出量安定化を行う。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インク液滴を吐出するための複数のノズルからなるノズル列を有するヒーターボードと、ヒーターボードを接着固定するベースプレートと、ヒーターボードとベースプレートを接着するための接着剤からなるインクジェット記録ヘッドを備え、接着剤の厚みを直接的、或いは、間接的に測定する接着剤厚み測定手段と、該ヒーターボードの各部位ごとに異なる発熱を行う発熱素子と、該発熱素子毎に発熱エネルギーを個別、或いは、郡として投入可能な発熱手段と、接着剤厚み測定手段により測定された接着剤厚みにより該発熱手段の制御方法を変更する発熱制御手段とを備えた事を特徴とするインクジェット記録装置。
【請求項２】
上記ヒーターボード内には、部分的に温度検知素子が配置され、該温度検知素子の測定温度より接着剤厚みを予測する手段を有する接着剤厚み予測手段を有する請求項１に記載のインクジェット記録装置。
【請求項３】
接着剤厚みを計測する手段により測定された接着剤厚みデータを記録する記録手段を有した請求項１に記載のインクジェット記録装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吐出ヒーターの過熱により発生する泡を用いて液滴を吐出する構造を有するヒーターボードと該ヒーターボードを接着固定するためのベースプレート有するインクジェット記録ヘッドの加熱制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えばワードプロセッサ、パーソナルコンピュータ、ファクシミリ等に於ける情報出力装置として、所望される文字や画像等の情報を用紙やフィルム等シート状の記録媒体に記録を行うプリンタがある。
【０００３】
プリンタの記録方式としては様々な方式が知られているが、用紙等の記録媒体に非接触記録が可能である、ランニングコストが安い、カラー化が容易である、ノンインパクト方式であるため静粛性に富む、等の理由でインクジェット方式が注目されている。
【０００４】
また、インクジェット記録装置の中でも、記録幅に対応した記録素子（ノズル）列を備えた記録ヘッドを有し、記録媒体を搬送させつつ記録を行うフルライン型の記録装置は、記録の一層の高速化が可能であることから、広く使用されつつある。
【０００５】
このようなフルライン型の記録装置は、それぞれ異なった色のインクを吐出する複数の記録ヘッドを記録媒体の搬送方向に配列して、各記録ヘッドから同時にインクを吐出可能とすることにより、カラー記録の際にも記録速度を低下させないように構成される。
【０００６】
このようなインクジェット記録措置の記録ヘッドの一実施方法として熱によるインクの発泡現象を用いるバブルジェット（登録商標）方式がある。上記手法は、吐出口からインクを液滴として吐出するためにインクを加熱発泡させ、発泡時の泡の圧力により吐出口からインク液滴を飛翔させる構造を有している。この時、インクを発泡させるエネルギーをインクに与える手段として電気−熱変換素子が用いられ、一般的に抵抗体が用いられる。インクの吐出は上述の抵抗体、抵抗体に電気を通電するための電気回路、吐出口に連通するインク流路から構成されている。一般的に吐出口は複数連続して配置されており、これらの複数の吐出口が群となった構造をノズル列と呼んでいる。これらのノズル列、電気回路、抵抗体、吐出口、インク流路が一体構造になっており、一般的にシリコン基板上に構成されている。この電気回路と吐出口、ノズルが一帯になったものをヒーターボードと呼ぶ。該ヒーターボードから、電気信号接続のために使用されるフィルム上に構成された電気回路へ、ワイヤーボンディングが施され、ヒーターボード内の電気信号と電源線を記録ヘッド外の電気回路に接続する。一方、電気回路とは別にインク吐出口にインクを供給するためのインク流路がヒーターボード内に構成されており、インク流路はベースプレートを介してインクタンクと連通している。該ベースプレートはヒーターボードとインクタンクの間のインクの流路を構成し、更に該ヒーターボードを固定するための部材である。一般的にベースプレートの部材はアルミナなどが使用され、シリコンで構成されたヒーターボードを研磨したアルミナに接着剤にて接着固定される。この時、ヒーターボードをベースプレート上に接着固定する装置がチップマウンターと呼ばれる装置で、接着剤をヒーターボードとベースプレートの接着面に塗布し、熱、圧力、紫外線等により接着を行う。
【０００７】
各記録ヘッドは、上記ベースプレートとヒーターボードとインクタンクと電気回路から構成されるが、フルライン型の記録装置は、記録ヘッド長として、記録媒体の幅分の記録領域を持たなければならず、一般的には、長尺な記録ヘッドが必要になる。記録ヘッドが長尺になると、記録密度、記録幅にもよるが、例えばＡ４の横幅３６０ｄｐｉで約３０００ノズルを備える必要がある。シリコンで構成されるヒーターボードは６インチ程度のウエハーから作成されるが、不良率の関係から１インチを超えるサイズのヒーターボードは生産歩留まりが良好でない。そのためヒーターボードのサイズは一般的に１インチ以下である。しかし、ノズル数が増えると、１個のヒーターボードでは記録ヘッドは構成できなくなり、複数のヒーターボードがベースプレート上に配置されることになる。
【０００８】
又、別の従来例としては、特許文献１及び特許文献２をあげることが出来る。
【特許文献１】特許登録２９７７３１３号公報
【特許文献２】特開２００１−０８００６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
インクジェット記録装置において、インクを吐出する時のインクの温度はインク液滴の吐出量を左右する。インク液滴が大きくなるとメディア上へのインク塗布量が増え、画像濃度上昇や微細画像のつぶれ、細線の太りを招き、又、インク液滴が小さくなるとインク塗布量が減り、画像濃度の低下、高濃度部の白筋の発生となり、画像品位の低下をもたらす。このようなインク液滴の吐出量のばらつきはインクの粘度に大きく左右される。インク粘度が高い場合はインク液滴の吐出量が少なくなり、インク粘度が低い場合はインク液滴の吐出量が多くなる。図４に示すようにインク温度の上昇に伴ってインク吐出量が多くなることが一般的である。
【００１０】
ところで、本インクジェットのインク液滴吐出においては電気―熱変換素子によりインクに熱を与え、発泡させることによりインク液滴を飛翔させているが、投入したエネルギーが全てインクの発泡現象に消費される訳ではなく、一部分はヒーターボード内に蓄熱される。したがって、連続発泡することにより発泡に寄与しなかったエネルギーが蓄熱していくことになる。この場合、蓄熱により高温になったヒーターボードからベースプレートの方向に対して接着剤を通して熱流が流れ、放熱される。この時、接着材の厚みにより熱抵抗は異なってくる。接着剤の厚い部分では熱抵抗が大きく、接着されたヒーターボードからの放熱が悪くなり、その部位のヒーターボードの温度は高い状態となる。逆に、接着層の薄い部分では接着層の熱抵抗が低くなり、接着されたヒーターボードからの放熱はよく、その部位のヒーターボードの温度は低くなる。
【００１１】
ベースプレートに接着されたヒーターボードにおいて、ベースプレートとヒーターボード間の接着剤の厚みは均一ではない。接着剤の厚さは約１０μｍ前後であるが、ヒーターボードの左右において数μｍの厚さ差が出るのは一般的である。
【００１２】
従って、ヒーターボード内で上記数μｍの接着層の厚みムラによりヒーターボード内で温度分布が生じ、この温度差によりインク液滴のインク吐出量に差が発生し、前述した濃度ムラ等の画像不良が生じることとなる。
【００１３】
図７にて具体的な構成例で説明する。図７においてヒーターボード１００は接着剤１８０によってベースプレート１７０に接着されている。このとき、接着剤１８０はヒーターボードの左右によって接着剤の厚みが異なることが一般的である。このような構成で一様パターンの印字を行うためインク吐出を行った場合の温度分布予測を図２に示す。図２は接着剤の厚さとヒーターボード温度を示した図である。細線２０１は接着剤層がヒーターボード１００とベースプレート１７０の間に均一に塗布された状態、ラインＡの厚み、である。このように一様に接着剤が塗布されれば左右対称な温度分布となる。ヒーターボード１００の左右両端において温度が低下しているのは、短部の放熱が他の部位に比べて熱抵抗が低いことを示している。接着剤の厚みが図７に示すようにヒーターボード１００の左側の薄い場合は、この部位の熱抵抗は低くなり、ヒーターボード１００の温度は低下する。しかし、ヒーターボード１００の右側は接着剤が厚いため熱抵抗が大きくなり、温度が高くなる。この状態は実線２０２で示すようになる。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上述した、ヒーターボード内の温度差を生じさせないためには、接着剤の厚みによりヒーターボード内の発熱量を加減し、ヒーターボード内の温度を一定にする構成を必要とする。
【００１５】
本課題を解決するための手段は、インク液滴を吐出するための複数のノズルからなるノズル列を有するヒーターボードと、ヒーターボードを接着固定するベースプレートと、ヒーターボードとベースプレートを接着するための接着剤からなるインクジェット記録ヘッドを備え、接着剤の厚みを直接的、或いは、間接的に測定する接着剤厚み測定手段と、該ヒーターボードの各部位ごとに異なる発熱を行う発熱素子と、該発熱素子毎に発熱エネルギーを個別、或いは、郡として投入可能な発熱手段と、接着剤厚み測定手段により測定された接着剤厚みにより該発熱手段の制御方法を変更する発熱制御手段とを備えた事を特徴とするインクジェット記録装置であり、また、上記ヒーターボード内には、部分的に温度検知素子が配置され、該温度検知素子の測定温度より接着剤厚みを予測する手段を有する接着剤厚み予測手段を有する上述のインクジェット記録装置であり、また、接着剤厚みを計測する手段により測定された接着剤厚みデータを記録する記録手段を有したインクジェット記録装置である。
【発明の効果】
【００１６】
以上説明したように本発明によれば、ヒーターボードとベースプレートを接着する接着層の厚みをにより加熱制御を行うことにより、ヒーターボードの温度分布を一定に保ち、インク液滴の吐出量安定化を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
次に、本発明の詳細を実施例の記述に従って説明する。
【実施例１】
【００１８】
図１にヒーターボードの構成模式図を示す。図１のヒーターボード１００とベースプレート１７０は図７で示すように接着剤で接着固定されている。ヒーターボード１００内にはインクを吐出する吐出口１０７が複数個配置されており、この部位よりインク液滴が飛翔する。図９にインク吐出口の構造図を示す。インク吐出口１０７の内部はインクタンク（図示せず）に連通した構造となっておりインクが供給されている。インク吐出口１０７は高分子構造体９０３によりノズル形状が構成され、また、高分子構造体９０３はシリコン基板９０２の上に形成されている。インク吐出口１０７の直下のシリコン基板９０２上には電気―熱変換素子である抵抗体で形成された吐出ヒーター９０５が配置される。吐出ヒーター９０５に通電することにより、吐出ヒーター直上のインクが加熱発泡し、泡９０４により高分子構造体内のインクがインク吐出口１０７側に押し出され、インク液滴９０６となり印刷物方向へ飛翔する。この時、吐出ヒーター９０５に直下のシリコン基板上には吐出ヒーター９０５に投入されたエネルギーの一部が熱して残り蓄熱された状態となる。
【００１９】
図５に吐出ヒーター９０５の駆動回路を示す。吐出ヒーター９０５は吐出電源５１０とスイッチングトランジスタのコレクタとの間にカスケード接続され、又、トランジスタのエミッタはグランドに接続されている。トランジスタのベースはノズル駆動信号５０１に接続され、ノズル駆動信号５０１がオンすることで、吐出ヒーター９０５１に通電され、インクの発泡が誘起される。
【００２０】
図１のヒーターボード上には温度センサー（図示せず）が配置される。構成としては、ダイオードの温度特性を用いて温度に換算する手法、或いは、抵抗体の温度特性を用いて温度に加算する方法がある。
【００２１】
図１に示すように、加熱制御を行う加熱ヒーター１０１〜１０６はヒーターボード１００の長手方向に沿って配置される。加熱ヒーター１０１は隣接に配置された温度センサーＡ（図示せず）によって得られた温度を元に通電しヒーターボードの温度制御を行う。加熱ヒーターの駆動回路を図８に示す。加熱ヒーター１０１は加熱電源８１０とスイッチングトランジスタのコレクタとの間にカスケード接続され、又、トランジスタのエミッタはグランドに接続されている。トランジスタのベースは加熱ヒーター駆動信号８０１に接続され、加熱ヒーター駆動信号８０１がオンすることで、加熱ヒーター１０１に通電され、加熱ヒーター１０１近傍の吐出ノズルのインクを加熱し所望の吐出量を得るためのコントロールを行う。
【００２２】
図３にヒーターボードを加熱制御した時のヒーターボード温度を示す。ヒーターボード上に配置された温度センサー（図示せず）により得られたヒーターボード温度分布を元に所定の温度分布を得るために温度制御を行う。接着層の厚みを測定する手段として、均一な接着剤層の場合のヒーターボードの温度分布と接着剤層の不均一な場合との比較により接着剤の厚みを予測できる。図３では均一な接着剤の場合のヒーターボードの温度分布を３０３とした場合、該温度分布３０３と不均一な接着剤層の温度分布３０２を比較することにより相対的に接着剤層の厚みを予測できる。接着剤層の厚みの予測値を用いて、加熱ヒーター１０１から１０６を用いて３０２で示す温度分布に到達するよう通電制御を行う。本例の場合のエネルギー投入状態を図６に示す。本例では、ヒーターボード左端の接着剤層が薄いため、ヒーターボード左側の加熱ヒーターに投入するエネルギーを多くすることにより温度均一化、左右対称化が達成される。
【００２３】
図１０に発熱制御手段を示す。チップ各部位の膜厚データ１００７を格納する記憶手段より出力される膜厚データをもとに、駆動ブロック選択回路１００６にて、個別駆動、或いは、郡（ブロック）駆動が選択される。選択の基準は、発熱ヒーター１００４のサイズによる。小さいサイズであれば郡管理して発熱制御することにより、駆動回路を小さく作成できる。駆動ブロック選択回路１００６で選択された膜厚データ１００７は発熱制御手段１００５にはいる。発熱制御手段１００５は膜厚−パルス幅変換テーブル１００２により発熱量を決定される。その後、パルス幅変換テーブルにより生成された駆動パルスが、発熱素子１００４を駆動する駆動回路１００３に入力される。
【実施例２】
【００２４】
ヒーターボードとベースプレートの段差を測ることにより接着剤層の厚みを計測することも可能である。レーザー顕微鏡を用いることによって、ベースプレート端部の段差を計測し、計測された段差からヒーターボードのシリコン基板の厚さを減じることにより各部位における接着剤の厚みを計測できる。このように計測された各ヒーターボードごとの接着剤の厚みはヘッドに搭載されたＥＥＰＲＯＭ等のメモリーに書き込み、記録ヘッド使用時に該データを読み出し、加熱ヒーターの制御データとして使用可能である。直接接着剤の厚みを計測することで、ヒーターボード内に温度センサーを配置することなく、加熱ヒーターの制御が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】ヒーターボードの構成模式図
【図２】接着剤の厚さとヒーターボード温度
【図３】ヒーターボード温度
【図４】インク温度とインク吐出量
【図５】吐出回路
【図６】ヒーター印加時間
【図７】ヒーターボードとベースプレートの接着
【図８】加熱回路
【図９】インク吐出口の構造模式図
【図１０】発熱制御手段
【符号の説明】
【００２６】
１００  ヒーターボード
１７０  ベースプレート
１８０  接着剤
１０１〜１０６  加熱ヒーター１〜６
１０７  インク吐出口
５１０  吐出電源
５０１  ノズル駆動信号
８１０  加熱電源
９０２  シリコン基板
９０３  高分子構造体
９０４  泡
９０５  吐出ヒーター
９０６  インク液滴
１００３  駆動回路
１００４  発熱ヒーター
１００５  発熱制御手段
１００６  駆動ブロック選択回路
１００７  膜厚データ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2007326238.tif 000010
【図９】
2007326238.tif 000011
【図１０】
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