(57)【要約】【課題】吐出ノズル毎に温度情報を正確に検出し、吐出不良を生じたノズルを高速かつ高精度に検知することのできる、小型で信頼性の高い記録ヘッドを提供する。【解決手段】液体を吐出口から吐出させるための熱エネルギーを発生する複数のヒータ５がＳｉ基板１上に設けられ、ヒータ５の各々の直下には、層間絶縁膜４を介して温度検知素子３が形成されている。温度検出回路が、温度検知素子３のそれぞれから温度情報を検出する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を吐出口から吐出させるための熱エネルギーを発生する複数の電気熱変換体が基板上に設けられた液体吐出ヘッドであって、
前記複数の電気熱変換体の各々の直下に絶縁膜を介して形成された温度検知素子と、
前記温度検知素子のそれぞれから温度情報を検出する温度検出回路と、を有する、液体吐出ヘッド。
【請求項２】
前記温度検知素子は、ヘッド基板面に形成された蓄熱層の上方に配置されている、請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項３】
前記温度検知素子は、ヘッド基板面に垂直な方向に関して、前記電気熱変換体と重なるように配置されている、請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項４】
前記温度検出回路は、
一方の端子に、前記複数の温度検知素子の一方の端子がそれぞれスイッチ素子を介して接続され、他方の端子に、前記複数の温度検知素子の他方の端子が共通に接続された定電流回路と、
前記スイッチ素子がオン状態とされて前記定電流回路から定電流が供給された温度検知素子の両端子間の電圧を検出するための電圧検出回路と、を有する、請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項５】
前記温度検出回路は、前記複数の温度検知素子からの温度情報を時分割に出力する、請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項６】
前記温度検出回路は、前記複数のスイッチ素子のオン・オフを制御する制御回路をさらに有する、請求項４に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項７】
前記温度検出回路は、前記複数の電気熱変換体のそれぞれに設けられ、該電気熱変換体への電圧の供給を制御するための別のスイッチ素子をさらに有し、
前記制御回路は、前記別のスイッチ素子のオン・オフを制御する、請求項６に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項８】
前記温度検出回路は、前記電圧検出回路で検出された電圧値が基準電圧値を超えた場合に判定信号を出力する比較回路をさらに有する、請求項５に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項９】
前記基準電圧値は、前記液体が前記吐出口から吐出される正常吐出状態において所定時間内に到達する最高到達温度に対応する電圧値より大きく、前記液体が前記吐出口から吐出されない不吐出状態において所定時間内に到達する最高到達温度に対応する電圧値以下である、請求項８に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項１０】
前記温度検知素子のそれぞれは、方形形状の薄膜抵抗体である、請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項１１】
前記温度検知素子のそれぞれは、線状パターンを複数折り返してなる薄膜抵抗体である、請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項１２】
液体を吐出口から吐出させるための熱エネルギーを発生する複数の電気熱変換体が基板上に設けられた液体吐出ヘッドと、
前記液体吐出ヘッドの駆動を制御する制御部と、を有し、
前記液体吐出ヘッドは、
前記複数の電気熱変換体の各々の直下に層間絶縁膜を介して形成された温度検知素子と、
前記温度検知素子のそれぞれから温度情報を検出する温度検出回路と、を有し、
前記制御部は、前記温度検出回路で検出された温度情報が基準値を超えた場合に判定信号を出力する、液体吐出装置。
【請求項１３】
前記判定信号は、電気熱変換体への電圧の供給を停止する、請求項１２に記載の液体吐出装置。
【請求項１４】
前記基準電圧値は、前記液体が前記吐出口から吐出される正常吐出状態において所定時間内に到達する最高到達温度に対応する電圧値より大きく、前記液体が前記吐出口から吐出されない不吐出状態において所定時間内に到達する最高到達温度に対応する電圧値以下である、請求項１２に記載の液体吐出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体を吐出する液体吐出ヘッド及びそれを用いた液体吐出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液体吐出装置として現在広く普及しているものにインクジェットプリンタ（インクジェット記録装置）がある。このプリンタには液体吐出ヘッドとしてインクジェットヘッドが用いられている。このインクジェットヘッドには種々の液体吐出原理に基づくものがあるが、特に普及しているのは、熱エネルギーをインクに作用させて吐出口からインク滴を吐出させるタイプのインクジェットヘッドである。このタイプのインクジェットヘッドは、記録信号に対する応答性が良いこと、吐出口の高密度マルチ化が容易であること等の利点を有する。
【０００３】
しかし、このようなインクジェットヘッドを用いたインクジェットプリンタ（インクジェット記録装置）においては、異物が吐出口を塞いだり、インク供給経路内に混入した気泡がその供給経路を塞ぐことがある。このようなことが生じると、インクジェットヘッドのインク吐出不良を招くことになる。特に、記録媒体の全幅に対応したインクジェット記録が可能な多数の吐出口をライン状に配する、所謂フルライン型記録装置においては、高速での記録実行が可能であることから、吐出不良に対する処理も高速に行う必要がある。具体的には、フルライン型記録装置においては、吐出不良を生じた吐出口（吐出ノズル）を高速で特定して画像補完やインク吐出回復作業に反映させることが極めて重要である。
【０００４】
このような吐出不良に対する解決を図る技術が、以下のように知られている。
【０００５】
特許文献１には、記録素子に異常が生じた場合であっても、異常な記録素子に与えられるべき画像データを他の記録素子に与えられる画像データに移動し、該他の記録素子により記録を補完させる記録方法が記載されている。
【０００６】
さらに、特許文献２には、ライン型記録ヘッドの吐出不良が生じた吐出口を検知し、この吐出口に対応する記録位置に対してシリアル型記録ヘッドにより記録を行なう記録装置が記載されている。
【０００７】
さらに、特許文献３には、図１６に示すような記録ヘッドが記載されている。この記録ヘッドは、複数のノズル１００が並んで配置されており、隣接する電気熱エネルギー変換体１０１同士の間（電気熱エネルギー変換体の側方）の流路内（ノズル内）に温度変化を検知する導体部１０２を設けた液体吐出装置である。特許文献３には、電気熱エネルギー変換体１０１が設けられた基板１０３の表面とは反対側の裏面であって、ノズル１００に対応した位置に、導体部１０２を設けた液体吐出装置も記載されている。
【特許文献１】特開平６−０７９９５６号公報
【特許文献２】特開平２−２７６６４７号公報
【特許文献３】特開昭５８−１１８２６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１から３に記載のものには、以下のような問題がある。
【０００９】
特許文献１に記載の記録方法においては、検出用紙上に吐出されたチェックパターンを読み取ることで異常な記録素子を検出し、その検出された記録素子に加えるべき画像データを他の記録素子の画像データに重畳する、といった処理が行われる。この処理は、応答速度の遅い記録装置には適用できるものの、フルライン型記録装置のような、応答速度の速い記録装置に適用することは困難である。
【００１０】
特許文献２に記載の吐出不良検知の方法は、ライン型記録ヘッドが非記録時に、発熱抵抗体にヒートタイミング信号が送られ、その際の発熱抵抗体に流れる信号を検知して、発熱抵抗体が破断しているかどうかを検知するものである。この方法では、吐出不良を生じた吐出口（吐出ノズル）を高速で特定して画像補完やインク吐出回復作業に反映させる、といった処理を実現することは困難である。
【００１１】
特許文献３に記載の記録ヘッドにおいては、導体部１０２を電気熱エネルギー変換体１０１の側方に設けた場合には、隣接する電気熱エネルギー変換体の熱の影響を受け易い。また、導体部１０２を基板１０３の裏面側に設けた場合には、基板１０３の厚さ分の熱伝導損失の影響を受け易い。そのため、近年の高速記録ヘッドのように、極めて短時間の間に急激な温度上昇と下降とを繰り返すことで生じる温度変化を、正確に検知することは困難となっている。
【００１２】
本発明の目的は、ノズル毎に温度情報を正確に検出し、吐出不良を生じたノズルを高速かつ高精度に検知することのできる、小型で信頼性の高い液体吐出ヘッドを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するため、本発明の液体吐出ヘッドは、
液体を吐出口から吐出させるための熱エネルギーを発生する複数の電気熱変換体が基板上に設けられた液体吐出ヘッドであって、
前記複数の電気熱変換体の各々の直下に絶縁膜を介して形成された温度検知素子と、
前記温度検知素子のそれぞれから温度情報を検出する温度検出回路と、を有する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、温度検知素子を電気熱変換体とは絶縁膜を介した直下に配置することで、遅延の少ない、高速応答性を有する温度検出回路を構成でき、正常吐出と不吐出の状態を正確に判別することのできる回路を実現することができる。これにより、小型で信頼性の高い液体吐出ヘッドを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
（第１の実施形態）
図１及び図２は、本発明の第１の実施形態である記録装置に搭載される記録ヘッドの断面図及び平面図である。図１及び図２において、吐出口や液路など含む吐出ノズル部分は省略されている。
【００１６】
図１を参照すると、蓄熱層２がＳｉ基板１上に形成されており、その蓄熱層２上に複数の温度検知素子３が形成されている。温度検知素子３が形成された蓄熱層２上には、層間絶縁膜４を介して複数のヒータ５が形成されており、さらに、ヒータ５が形成された面上に、パシベーション膜６を介して耐キャビテーション膜７が形成されている。蓄熱層２、温度検知素子３、層間絶縁膜４、ヒータ５、パシベーション膜６、耐キャビテーション膜７などの各層は、既知の半導体プロセスにより高密度に、基板上（ヘッド基板面上）に積層されている。
【００１７】
蓄熱層２は、ＳｉＯ2等の熱酸化膜である。温度検知素子３は、Ａｌ、ＡｌＣｕ、Ｐｔ、Ｔｉ、ＴｉＮ、ＴｉＳｉ、Ｔａ、ＴａＮ、ＴａＳｉＮ、ＴａＣｒ、Ｃｒ、ＣｒＳｉＮ、Ｗ等の薄膜抵抗体よりなる。ヒータ５は、ＴａＳｉＮ等の電気熱変換体よりなる。パシベーション膜６は、ＳｉＯ2等からなる。耐キャビテーション膜７は、ヒータ５上の耐キャビテーション性を高めるためのものであって、Ｔａ等からなる。温度検知素子３を構成する薄膜抵抗体は、ヒータ５を構成する電気熱変換体の各々の直下に分離独立して形成されている。
【００１８】
温度検知素子３及びヒータ５は、図２に示すように、ともに方形形状であり、温度検知素子３の面積はヒータ５の面積より大きい。Ｓｉ基板１の上面側からヒータ５を見た場合、ヒータ５は、温度検知素子３のほぼ中央に位置する。温度検知素子３の一方の端部（端子）は個別配線３１に接続され、他方の端部（端子）は共通配線３２に接続されている。
【００１９】
個別配線３１及び共通配線３２は、Ａｌ等からなり、Ｓｉ基板１上に温度検知素子３とともに形成される。なお、図１及び図２には示されていないが、Ｓｉ基板１上には、温度検知素子３やヒータ５を制御するための、スイッチ素子や制御回路、温度検出のための回路なども形成されている。制御回路は、スイッチ素子のオン・オフを制御することが可能である。
【００２０】
本実施形態の記録ヘッドによれば、温度検知素子３はヒータ５の直下（ヒータ５とＳｉ基板１との間）に形成されているので、ヒータ５から放散される熱による温度変化を高速にかつ精度良く検出することができる。加えて、インクが正常に吐出された状態（正常吐出状態）とインク不吐出の状態（不吐出状態）を正確に判断することができる。以下に、その理由を具体的に説明する。
【００２１】
まず、ヒータ５をオン・オフ駆動した際の耐キャビテーション膜７のインク界面における温度の変化について説明する。
【００２２】
図３は、耐キャビテーション膜のインク界面における温度プロファイルを示す状態図である。図３には、インクが正常に吐出された場合の温度プロファイルと、インク不吐出の場合の温度プロファイルがそれぞれ示されている。いずれの温度プロファイルも、コンピュータを用いた温度シミュレーションにより得られた結果である。
【００２３】
正常吐出の場合は、ヒータ５を構成する電気熱変換体に電気エネルギーが印加された時点（印加開始信号ｔ0の供給タイミング）からヒータ５の温度が上昇し、それに伴って、耐キャビテーション膜７のインクとの界面の温度も上昇する（状態Ｉ）。耐キャビテーション膜７の界面の温度が一定温度に達すると、インク中に急激に気泡が発生して、耐キャビテーション膜７の界面は、インクと直接接触しない状態になる。この結果、ヒータ５及び耐キャビテーション膜７の温度は、インクと直接接触しないことによって、より急激に上昇する（状態ＩＩ）。一定の時間の経過後、電気熱変換体への電気エネルギーの供給が停止されると（印加停止信号ｔｅの供給タイミング）、ヒータ５及び耐キャビテーション膜７の温度は徐々に下降する。この結果、インク中の気泡が消滅して、耐キャビテーション膜７の界面とインクとが接触する初期状態に戻る。
【００２４】
一方、インク不吐出の場合は、電気熱変換体に電気エネルギーが印加された時点（印加開始信号ｔ0の供給タイミング）から、耐キャビテーション膜７の界面の温度が急激に上昇する。例えば、流路が泡で塞がれたためにインク不吐出を生じた場合は、すでに耐キャビテーション膜７の界面とインクとが直接接触しない状態となっているので、このときの耐キャビテーション膜７の界面における温度は、正常吐出の場合よりも急激に上昇する。一定の時間経過後、電気熱変換体への電気エネルギーの供給が停止されると（印加停止信号の供給タイミングｔｅ）、ヒータ５及び耐キャビテーション膜７の温度は徐々に下降する。
【００２５】
次に、ヒータ５をオン・オフ駆動した際の温度検知素子３で検出される温度の変化について説明する。
【００２６】
図４は、温度検知素子３における温度プロファイルを示す状態図である。図４には、インクが正常に吐出された場合の温度プロファイルと、インク不吐出の場合の温度プロファイルとが、それぞれ示されている。いずれの温度プロファイルも、コンピュータを用いた温度シミュレーションにより得られた結果である。
【００２７】
図４において、時間ｔ0は、印加開始信号が供給されたタイミングを示す。時間ｔｅは、印加停止信号が供給されるタイミングを示すものであって、時間ｔ0から０．８μｓｅｃ後のタイミングとされている。ヒータ５は、抵抗値が１００Ωの電気熱変換体であって、１８Ｖのパルス駆動信号により駆動される。このヒータ５の駆動条件は、図３における温度シミュレーションと基本的に同じである。
【００２８】
正常吐出及び不吐出のいずれの場合も、時間ｔｅから略１．２μｓｅｃ後の時間ｔｐにおいて、温度の値がピークの最高温度に達する。時間ｔｅから温度値がピークとなる時間ｔｐまでの時間が、ヒータ５で発生した熱が温度検知素子３へ伝搬する過程における遅延であり、その遅延時間は１．２μｓｅｃと小さい。この結果から、温度検知素子３は、遅延の少ない高速応答性を有することが分かる。これは、温度検知素子３が略１.３μｍ厚の層間絶縁膜４を介して、電気熱変換体（ヒータ５）の直下（Ｓｉ基板側）に配置された構造によって得られる１つの特徴である。
【００２９】
また、正常吐出の場合における温度ピーク値ＴGは２１８℃であり、不吐出の場合における温度ピーク値ＴNGは２６０℃である。両温度ピーク値の差は５２℃である。このように、正常吐出時と不吐出時との温度ピーク値（最高到達温度）の差が十分に大きいので、温度ピーク値ＴNGと温度ピーク値ＴGとの間に基準温度値Ｔrefを設定することで、正常吐出と不吐出とのそれぞれの状態を正確に判別することができる。これは、温度検知素子３が、上述したような、略１．３μｍ厚の層間絶縁膜４を介して電気熱変換体の直下に配置された構造によって得られるもう１つの特徴である。
【００３０】
次に、ヒータ５に対する温度検知素子３の最適な配置位置を探るために、コンピュータを用いてシミュレーションを行なった。図５は、Ｓｉ基板の表面に沿った方向に離れた各位置における温度降下と、Ｓｉ基板の表面に垂直な方向に離れた位置における温度降下とを、コンピュータによるシミュレーションで求めた温度プロファイルを示す図である。
【００３１】
図５Ａは、ヒータの中心から、Ｓｉ基板表面に沿ってヒータの側方方向に離れた位置における温度をシミュレーションしたものであり、ヒータの中心からの距離が＋１２μｍの位置と−１２μｍの位置とがヒータ端部に相当する。
【００３２】
また、図５Ｂは、ヒータの下面の中心から、Ｓｉ基板の表面に垂直な方向にＳｉ基板から離れる方向を正として、各位置における温度をシミュレーションしたものである。図５Ｂは、ヒータからＳｉ基板側（ヒータからの距離が負となる位置）での温度プロファイルである。
【００３３】
以下、このシミュレーションについて詳述する。
【００３４】
図５Ａの基板平面方向温度プロファイルは、ヒータ周縁部（ヒータ中心から約１２μｍ）で温度が急激に降下し、さらにそこから約３μm離れた位置（ヒータ中心から約１５μｍの位置）では、温度は下がったままで、温度変化はほとんど見られない。これより、従来技術を説明した図１６のような位置（ヒータに対して基板面に沿って側方の位置）に温度検知素子を配置した場合、ヒータ温度を高速かつ正確に検知することはできないことが分かる。さらに、今後、ヒータが高密度配置されるに伴って、温度検知素子配置場所の確保が困難となる。また、製造の際のフォトプロセス分解能等の諸事情によるヒータと温度検知素子との近接配置における制約等も考慮すると、ヒータの側方に、温度を的確に検知できる位置に温度検知素子を配置することは不可能であることが分かる。
【００３５】
また、図５Ｂの基板断面方向温度プロファイルは、ヒータ下面からＳｉ基板側へ約２．８μｍの位置（−２．８μｍ）までほぼ直線的に温度が下降し、その後、一定の温度となっている。このシミュレーションでは、０μｍから−２．８μｍまでをＳｉＯ2層、−２．８μｍの位置からはＳｉ層（Ｓｉ基板）としている。実際のヘッド基板では、ヒータ層の下には厚さが１μｍ〜２μｍの層間絶縁膜、その下には厚さが数千Åの蓄熱層がある。蓄熱層の下には、Ｓｉ基板があるが、ここには、Ｓｉ基板表面に作り込まれた、インク吐出信号に応じてヒータを加熱駆動させるための半導体素子がある（図１参照）。本シミュレーションでは、−１．４μｍの位置に温度検知素子を配置したものとして行なったが、可能な限り、温度検知素子はヒータに近づけて配置することが望ましい。この結果から、Ｓｉ基板内に温度検知素子を配置した場合には、本実施形態で検知しようとするレベルの、吐出タイミング毎の吐出不良検出を検知するための高速応答性と正確性とを得ることができないことが分かった。
【００３６】
本実施形態では、ヒータ５とは、その下の層間絶縁膜４を介した位置であって、蓄熱層２の上側（ヒータ寄りの位置）に温度検知素子３を配置した。さらに、温度検知素子３は、ヒータの直下に配置した。ここで、直下とは、基板の表面に垂直な方向に関して、少なくとも、ヒータ５と温度検知素子３とが重なっているような相互位置関係を指す。さらに好ましくは、ヒータの中心位置と温度検知素子とが重なっているような位置関係がよい。なお、蓄熱層２は、ヒータ５の発する熱エネルギーを、ヒータ５上方のインク流路内のインクへ効率良く伝達させるために、ヒータ５の下（Ｓｉ基板側）に設けた一種の断熱層である。そのため、温度検知素子３は、この断熱層としての蓄熱層２よりも上側（ヒータ寄り）の位置に配置する。
【００３７】
これらの結果から、温度検知素子３を、ヒータ５の下（基板側）であって、ヒータ５とは絶縁層としての層間絶縁膜４を介して配置することにより、高速応答性と正確性とを備えた温度検知が可能であることが分かった。また、断熱層（蓄熱層２）を備えている場合には、温度検知素子３とヒータ５との間に厚い断熱層を介するような配置は避けることで、所望の検知を行なうことができる。
【００３８】
なお、比較として、Ｓｉ基板内若しくは厚さ数百μｍのＳｉ基板の裏面に温度検知素子を配置する構成では、数分のヘッド駆動の後のヘッド全体の温度変化を検知することができる程度に留まるものであることが分かる。また、ヒータの側方に温度検知素子を配置した構成でも同様である。いずれにしても、比較とする構成では、各ノズルに対応した温度情報を吐出タイミング毎に高速で検知して判別することは非常に困難である。
【００３９】
次に、ヒータ５の駆動を制御するヒータ制御回路及び温度検知素子３を通じて温度を検出する温度検出回路について説明する。ヒータ制御回路は、液体吐出装置の制御部であってもよい。
【００４０】
図６は、図１及び図２に示した記録ヘッドに適用される、ヒータ制御回路及び温度検出回路の概略構成を示すブロック図である。図６を参照すると、温度検知素子３の各端子と接続された個別配線３１、３２は、温度検知素子３から温度情報を検出する温度検出回路の一部を構成する。温度検出回路は、温度検知素子３に一定電流を供給する定電流回路３５と、個別配線３１、３２間（温度検知素子の両端子間）に発生する電圧を検出するための電圧検出回路３７とを有する。
【００４１】
ヒータ制御回路は、ヒータ５の駆動を制御するためのＡＮＤ回路３６ａを有する。ヒータ５の一方の端子は、スイッチ素子３８（例えばｎＭＯＳトランジスタ）を介してグランドラインＧＮＤＨに接続され、他方の端子は電圧供給ラインＶＨに接続されている。ＡＮＤ回路３６ａは、ヒータ印加信号ＨＥ、ブロック選択信号ＢＬＥ、記録データＤＡＴＡをそれぞれ入力とし、これら入力の論理積をとる。ＡＮＤ回路３６ａの出力は、スイッチ素子制御信号として、増幅回路３９を介してスイッチ素子３８に供給されている。
【００４２】
図７は、図６に示したヒータ制御回路の動作を示すタイミングチャートである。ブロック選択信号ＢＬＥにより、１ビット選択期間が指定される。記録データＤＡＴＡは、１ビット選択期間においてハイレベル（「１」に対応する）とされているので、ブロック選択信号ＢＬＥがハイレベルの期間において、ＡＮＤ回路３６ａの出力はハイレベルとなる。ＡＮＤ回路３６ａの出力がハイレベルの期間において、スイッチ素子３８がオンとされ、ヒータ５に電圧が供給される。
【００４３】
ヒータ５では、供給された電気エネルギーが熱エネルギーに変換される。このヒータ５からの熱エネルギーにより、ヒータ５の直下に設けられた温度検知素子３では、図４に示した温度プロファイルに従った温度変化を生じる。電圧検出回路３７で検出された電圧値に基づいて、その温度検知素子３における温度変化に対応する情報（温度情報）を取得することができる。
【００４４】
上述のヒータ制御回路及び温度検出回路は、図１に示したＳｉ基板１上に形成されてもよく、また、Ｓｉ基板１とは別の基板に形成されてもよい。
【００４５】
電圧検出回路３７の出力信号（検出電圧）から温度情報を取得し、その取得した温度情報に基づいて、不吐出の状態か否かの判別を行うことができる。不吐出の状態判別は、図４に示した基準温度値Ｔrefに基づいて行う。具体的には、電圧検出回路３７の出力信号から得られる、温度検知素子３の検知温度値が、予め設定された基準温度値Ｔrefを超えた場合に、不吐出の状態と判断する。この不吐出の状態を判断する回路は、図１に示したＳｉ基板１上に形成されてもよく、また、Ｓｉ基板１とは別の基板に形成されてもよい。
【００４６】
次に、図６に示した温度検出回路を適用して、不吐出となった判定信号を出力する回路について説明する。図８に、その回路の構成を示す。
【００４７】
図８に示す回路は、図６に示した回路において、電圧検出回路に代えてコンパレータ３９ａ（比較回路）を設けたものである。コンパレータ３９ａの「−」側入力（インバーティングインプット）は、個別配線３２が接続されたラインに接続されている。コンパレータ３９ａの「＋」側入力（ノンインバーティングインプット）には、基準電圧Ｖref（基準電圧値）が供給されている。
【００４８】
コンパレータ３９ａは、「−」側入力に供給される電圧Ｖt（温度情報）と「＋」側入力に供給される基準電圧Ｖrefを比較する。電圧Ｖtが基準電圧Ｖrefを超えた場合は、コンパレータ３９ａは、判定信号を出力する。基準電圧Ｖrefは、図４で説明した温度Ｔrefに対応する電圧である。電圧Ｖt（温度情報）は、図４に示した検知素子温度Ｔに対応する電圧である。
【００４９】
正常吐出の場合は、Ｖt≦Ｖrefとなる。一方、不吐出の場合は、Ｖt＞Ｖrefとなる。
【００５０】
コンパレータ３９ａは、図１に示したＳｉ基板１上に形成されてもよく、また、Ｓｉ基板１とは別の基板に形成されてもよい。
【００５１】
また、コンパレータ３９ａの「＋」側入力に供給される基準電圧Ｖrefは、固定値であっても、環境温度や駆動時の温度変化に追随する可変値であってもよい。いずれの場合も、基準電圧Ｖrefの値は、図４に示した温度Ｔrefと、正常吐出の場合における温度ピーク値ＴGと、不吐出の場合における温度ピーク値ＴNGとの関係を考慮して設定する。具体的には、基準電圧値は、正常吐出状態において所定時間内に到達する最高到達温度に対応する電圧値より大きく、不吐出状態において所定時間内に到達する最高到達温度に対応する電圧値以下である。
【００５２】
以上、説明した本実施形態によれば、温度検知素子を電気熱変換体とは絶縁層を介した直下に配置することで、遅延の少ない、高速応答性を有する温度検出回路を構成でき、正常吐出と不吐出の状態を正確に判別することのできる回路を実現することができる。この趣旨を逸脱しない範囲で、本実施形態の記録装置の構成及び動作は、適宜変更することができる。
【００５３】
例えば、温度検知素子３は、図９に示すように、線状の抵抗体パターン（線状パターン）を複数回折り返した形状（以下、「スネーク形状」と称する。）としてしてもよい。図２に示したような正方形の温度検知素子３を用いる場合は、温度検知素子３上に層間絶縁膜４を介して形成されるヒータ５の平面形状を平坦に形成することができるので、吐出動作の安定性を向上することができる。これに対して、図９に示したように、スネーク形状の温度検知素子３を用いる場合は、温度検知素子３の抵抗値をより大きく設定することができるので、微小な温度変化を精度よく検出することができる。
【００５４】
（第２の実施形態）
図１０は、本発明の第２の実施形態である記録装置に搭載される記録ヘッドの平面図である。図１０において、吐出口や液路など含む吐出ノズル部分は省略されている。
【００５５】
本実施形態の記録ヘッドは、図２に示した記録ヘッドにおいて、個別配線３２を共通配線３３に置き換えたものであるが、図１に示したものと同様な積層構造を有する。温度検知素子３を構成する薄膜抵抗体は、ヒータ５を構成する電気熱変換体の各々の直下に絶縁層を介して分離独立して形成されている。ここでの温度検知素子３の配置位置は、上述の第１の実施形態でシミュレーションした結果得られた最適な位置である。
【００５６】
温度検知素子３の一方の端部（端子）は個別配線３１に接続され、他方の端部（端子）は共通配線３３に接続されている。個別配線３１及び共通配線３３は、Ａｌ等からなり、Ｓｉ基板１上に温度検知素子３とともに形成される。
【００５７】
本実施形態の記録ヘッドによれば、第１の実施形態の特徴に加えて、温度検知素子３の他方の端子を共通配線化した構造になっているので、配線層の構成をよりシンプルなものにできる、というレイアウト上のメリットがある。加えて、複数の温度検知素子３の出力（温度情報）を時間分割で出力することが可能となるので、情報の処理が簡便になる、というメリットがある。
【００５８】
次に、温度検知素子３の出力（温度情報）を時間分割で出力する温度検出回路について説明する。
【００５９】
図１１は、図１０に示した記録ヘッドに適用される、制御回路及び温度検出回路の概略構成を示すブロック図である。図１１を参照すると、温度検知素子３の一方の端子が接続された個別配線３２が、スイッチ素子３４を介して電圧ＶＳＳのラインに接続されている。電圧ＶＳＳのラインと、各温度検知素子３の他方の端子が共通に接続された共通配線３３とには、一定電流を供給するための定電流回路３５と、電圧を検出するための電圧検出回路３７とがそれぞれ接続されている。個別配線３１及び共通配線３３は、温度検出回路の一部を構成している。
【００６０】
ヒータ５の一方の端子は、スイッチ素子３８を介してグランドラインＧＮＤＨに接続されている。ヒータ５の他方の端子は電圧供給ラインＶＨに接続されている。スイッチ素子３４、３８は、例えばｎＭＯＳトランジスタより構成される。
【００６１】
制御回路３６は、温度検知素子３及びヒータ５を有する吐出ノズル（吐出口）ごとに設けられている。制御回路３６は、温度検知素子３に接続されたスイッチ素子３４及びヒータ５に接続されたスイッチ素子３８を制御するものであって、２つのＡＮＤ回路３６ａ、３６ｂからなる。ＡＮＤ回路３６ａは、ヒータ印加信号ＨＥ、ブロック選択信号ＢＬＥ、記録データＤＡＴＡをそれぞれ入力とし、これら入力の論理積をとる。ＡＮＤ回路３６ｂは、ブロック選択信号ＢＬＥ、印字データＤＡＴＡ、信号ＰＴＥをそれぞれ入力とし、これら入力の論理積をとる。ＡＮＤ回路３６ａの出力は、スイッチ素子制御信号として、増幅回路３９を介してスイッチ素子３８に供給されている。ＡＮＤ回路３６ｂの出力は、スイッチ素子制御信号ＳＷＥとして、スイッチ素子３４に供給されている。
【００６２】
図１２は、図１１に示した制御回路３６の動作を示すタイミングチャートである。ブロック選択信号ＢＬＥにより、１ビット選択期間が指定される。記録データＤＡＴＡは、１ビット選択期間においてハイレベル（「１」に対応する）とされているので、ブロック選択信号ＢＬＥがハイレベルの期間において、ＡＮＤ回路３６ａの出力はハイレベルとなる。ＡＮＤ回路３６ａの出力がハイレベルの期間において、スイッチ素子３８がオンとされ、ヒータ５に電圧が供給される。
【００６３】
また、ＡＮＤ回路３６ｂの出力であるスイッチ素子制御信号ＳＷＥは、信号ＰＴＥがハイレベルの期間においてハイレベルとされる。このスイッチ素子制御信号ＳＷＥがハイレベルの期間において、スイッチ素子３４がオン状態となる。オン状態となったスイッチ素子３４が接続された温度検知素子３には、定電流回路３５から電流が供給される。電圧検出回路３７では、温度検知素子３の抵抗値に応じた電圧が検出される。
【００６４】
ヒータ５では、供給された電気エネルギーが熱エネルギーに変換される。このヒータ５からの熱エネルギーにより、ヒータ５の直下に絶縁層を介して設けられた温度検知素子３では、図４に示した温度プロファイルに従った温度変化を検知する。これにより、電圧検出回路３７で検出された電圧に基づいて、その温度検知素子３における温度変化に対応する情報（温度情報）を取得することができる。
【００６５】
図１１に示した温度検出回路では、各スイッチ素子３４が順にオン状態に切り替わるようにスイッチ素子制御信号ＳＷＥが生成される。これにより、電圧検出回路３７は、各スイッチ素子３４の温度情報に対応する信号を時分割で出力することになる。
【００６６】
温度検出回路及び制御回路は、図１に示したＳｉ基板１上に形成されてもよく、また、Ｓｉ基板１とは別の基板に形成されてもよい。
【００６７】
本実施形態においても、電圧検出回路３７の出力信号から、各スイッチ素子３４に接続される温度検知素子３の温度情報を取得し、その取得した温度情報に基づいて不吐出の状態か否かの判別を行うことができる。不吐出の状態判別は、図４に示した基準温度値Ｔrefに基づいて行う。具体的には、電圧検出回路３７の出力信号から得られるスイッチ素子３４の温度の値が、予め設定された基準温度値Ｔrefを超えた場合に、不吐出の状態と判断する。不吐出の状態を判断する回路は、図１に示したＳｉ基板１上に形成されてもよく、また、Ｓｉ基板１とは別の基板に形成されてもよい。
【００６８】
次に、図１１に示した回路を適用して、不吐出となった判定信号を出力する回路について説明する。図１３に、その回路構成を示す。
【００６９】
図１３に示す回路は、図１１に示した回路に加えて、制御回路３６毎に、コンパレータ３９ａを備える。このコンパレータ３９ａの「−」側入力は、温度検知素子３の他方の端子が共通に接続された共通配線３３に接続されている。コンパレータ３９ａの「＋」側入力には、基準電圧Ｖrefが供給されている。コンパレータ３９ａは、判定信号を出力する。
【００７０】
コンパレータ３９ａでは、「−」側入力に供給される電圧Ｖｔ（温度情報）と「＋」側入力に供給される基準電圧Ｖrefを比較し、その比較結果に基づいて判定信号を出力する。基準電圧Ｖrefは、図４で説明した温度Ｔrefに対応する電圧である。電圧Ｖｔ（温度情報）は、図４に示した検知素子温度Ｔに対応する電圧である。
【００７１】
正常吐出の場合は、Ｖｔ≦Ｖrefとなり、判定信号はハイレベル（または「＋」側の信号レベル）に設定される。不吐出の場合は、Ｖｔ＞Ｖrefとなり、判定信号はロウレベル（または「−」側の信号レベル）に設定される。
【００７２】
コンパレータ３９ａは、図１に示したＳｉ基板１上に形成されてもよく、また、Ｓｉ基板１とは別の基板に形成されてもよい。
【００７３】
また、コンパレータ３９ａの「＋」側入力に供給される基準電圧Ｖrefは、固定値であってもよく、環境温度や駆動時の温度変化に追随する可変値であってもよい。いずれの場合も、基準電圧Ｖrefの値は、図４に示した温度Ｔrefと、正常吐出の場合における温度ピーク値ＴGと、不吐出の場合における温度ピーク値ＴNGとの関係を考慮して設定する。
【００７４】
以上、説明した本実施形態においても、温度検知素子を電気熱変換体の直下に配置することで、遅延の少ない、高速応答性を有する温度検出回路を構成し、かつ、正常吐出と不吐出の状態を正確に判別することのできる回路を実現することができる。この趣旨を逸脱しない範囲で、本実施形態の記録装置の構成及び動作は、適宜変更することができる。
【００７５】
例えば、温度検知素子３は、図１４に示すように、線状の抵抗体パターンを複数折り返した、所謂スネーク形状としてしてもよい。図１０に示したような正方形の温度検知素子３を用いる場合は、温度検知素子３上に層間絶縁膜４を介して形成されるヒータ５の平面形状を平坦に形成することができるので、吐出動作の安定性を向上することができる。これに対して、図１４に示したようにスネーク形状の温度検知素子３を用いる場合は、温度検知素子３の抵抗値をより大きく設定することができるので、微小な温度変化を精度よく検出することができる。
【００７６】
また、図１５に示すような、温度検知素子３を通じて検出される温度をデジタル値に変換する構成としてもよい。この場合は、図１１に示した回路の電圧検出回路３７をＡＤコンバータ３７ａで置き換える。ＡＤコンバータ３７ａの入力は、共通配線３３に接続されている。制御回路３６により各スイッチ素子３４が制御されることで、ＡＤコンバータ３７ａからは、各温度検知素子３による検知温度の情報が時間分割で出力される。このようなＡＤコンバータ３７ａを用いた構成によれば、特に、耐ノイズ性が向上するという利点がある。
【００７７】
以上、説明した判定信号を出力する回路やＡＤコンバータは、記録ヘッドと記録装置のいずれに搭載する実施形態とすることも可能である。
【００７８】
以上、説明した各実施形態のいずれにおいても、不吐出の場合に印加停止信号を発生してヒータへの信号供給を停止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明の第１の実施形態である記録装置に搭載される記録ヘッドの断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態である記録装置に搭載される記録ヘッドの平面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態である記録装置に搭載される記録ヘッドにおける耐キャビテーション膜のインク界面における温度プロファイルを示す状態図である。
【図４】本発明の第１の実施形態である記録装置に搭載される記録ヘッドの温度検知素子における温度プロファイルを示す状態図である。
【図５Ａ】温度検知素子の配置位置に関するシミュレーションとしての平面方向の温度プロファイルを示す状態図である。
【図５Ｂ】温度検知素子の配置位置に関するシミュレーションとしての断面方向の温度プロファイルを示す状態図である。
【図６】図１及び図２に示す記録ヘッドに適用される、ヒータ制御回路及び温度検出回路の概略構成を示すブロック図である。
【図７】図６に示すヒータ制御回路の動作を示すタイミングチャートである。
【図８】図６に示す温度検出回路を適用して、不吐出となった判定信号を出力する回路の構成を示すブロック図である。
【図９】本発明の第１の実施形態である記録装置に搭載される記録ヘッドに用いられる温度検知素子の別の形状を示す平面図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態である記録装置に搭載される記録ヘッドの平面図である。
【図１１】図１０に示す記録ヘッドに適用される、制御回路及び温度検出回路の概略構成を示すブロック図である。
【図１２】図１１に示す制御回路の動作を示すタイミングチャートである。
【図１３】図１１に示す温度検出回路を適用して、判定信号を出力する回路の構成を示すブロック図である。
【図１４】本発明の第２の実施形態である記録装置に搭載される記録ヘッドに用いられる温度検知素子の別の形状を示す平面図である。
【図１５】本発明の第２の実施形態である記録装置に適用される、温度情報をデジタル値に変換する回路の構成を示すブロック図である。
【図１６】従来技術の記録装置の主要部を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００８０】
１  Ｓｉ基板
２  蓄熱層
３  温度検知素子
４  層間絶縁膜
５  ヒータ
６  パシベーション膜
７  耐キャビテーション膜
【図１】
2007290361.tif 000003
【図２】
2007290361.tif 000004
【図３】
2007290361.tif 000005
【図４】
2007290361.tif 000006
【図５Ａ】
2007290361.tif 000007
【図５Ｂ】
2007290361.tif 000008
【図６】
2007290361.tif 000009
【図７】
2007290361.tif 000010
【図８】
2007290361.tif 000011
【図９】
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【図１０】
2007290361.tif 000013
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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