(57)【要約】【課題】インクの温度をより正確かつ追従性良く検出する。【解決手段】液体を吐出するためのノズルと、温度を検出するためのダイオードと、を有するノズルプレートを備えた液体吐出装置において、前記ノズルプレートは半導体で形成され、前記ダイオードは前記ノズルプレートに所定物質を添加することにより生成されたＰ型半導体およびＮ型半導体で形成される構成とした。また、上記ダイオードにおける電圧降下に応じて温度を検出する温度検出部と、温度検出部により検出された温度に基づいて上記液体の吐出を制御する吐出制御部とを備える構成とした。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を吐出するためのノズルと、温度を検出するためのダイオードと、を有するノズルプレートを備えた液体吐出装置において、
前記ノズルプレートは半導体で形成され、前記ダイオードは前記ノズルプレートに所定物質を添加することにより生成されたＰ型半導体およびＮ型半導体で形成されることを特徴とする液体吐出装置。
【請求項２】
上記ノズルプレートは、一定方向に並ぶ複数のノズルからなるノズル列を複数有し、上記ダイオードは、ノズル列とノズル列との間の位置に形成されることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出装置。
【請求項３】
上記複数のノズル列は、それぞれが対応する色の液体を各ノズルから吐出するものであり、上記ダイオードは、対応する液体の色が共通であるノズル列とノズル列との間の位置に形成されることを特徴とする請求項２に記載の液体吐出装置。
【請求項４】
上記ダイオードにおける電圧降下に応じて温度を検出する温度検出部と、温度検出部により検出された温度に基づいて上記液体の吐出を制御する吐出制御部とを備えることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか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、液体吐出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェット記録式ヘッド（以下、ヘッド）を搭載したプリンターが知られている。近年、プリンターの分野では、より高速な印刷が求められている。ヘッドにおいては、インクを吐出するためのノズルからの単位時間当たりのインク吐出回数が増加するに連れてノズルやインクの温度が上昇する。そのため、高速印刷はこのような温度上昇の大きな要因となる。このような温度上昇は、インクの特性（粘度等）変化、吐出精度の低下、部品の劣化あるいは損傷等につながり、印刷品質の向上に対する妨げとなり得る。従って、高速印刷が望まれる状況においては、温度に応じたインク吐出制御の重要性がより増している。
【０００３】
関連技術として、インクジェットヘッドの温度不均一を解消し、圧電材料の隔壁で隔てられた複数のインク吐出チャンネル毎にインク吐出頻度が異なる場合でも、各チャンネル内のインク温度がほぼ一定となるようにチャンネルを駆動するために、インクジェックヘッドの中央部および端部に位置する各チャンネルの温度を計測するインクジェットヘッド駆動方法が知られている（特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２‐３３７３３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記インク吐出制御を行なおうとする場合、ノズルや吐出直前のインクの温度をできるだけ正確に把握しなければ、その時点での状況（温度）に応じた最適な制御を行なうことができない。しかし従来は、ヘッド内においてノズルや吐出直前のインクからある程度物理的に離れた位置（ノズルよりもインク流路上流側の位置）でサーミスター等の温度センサーで温度計測を行なっていた。そのため、ノズルや吐出直前のインクの温度とは別のノイズが計測結果に入り込み、ノズルや吐出直前のインクの温度を正確に捉えることが難しく、また、インク温度の急な変化を把握することも難しかった（インクの温度変化に対する追従性が低かった）。
【０００６】
本発明は上記課題の少なくとも一つを解決するためになされたものであり、ノズルや吐出直前の液体の温度をより正確かつ追従性良く検出するために必要な構成を提供する。また、このように検出した温度に応じて適切な液体吐出制御を行なう構成を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の態様の一つは、液体を吐出するためのノズルと、温度を検出するためのダイオードと、を有するノズルプレートを備えた液体吐出装置において、前記ノズルプレートは半導体で形成され、前記ダイオードは前記ノズルプレートに所定物質を添加することにより生成されたＰ型半導体およびＮ型半導体で形成される構成としてある。
【０００８】
当該構成によれば、半導体によるノズルプレートにダイオードが生成されている。そのため、当該ダイオードを温度検出のために利用することで、ノズルやノズルから吐出される直前の液体の温度を、正確かつ追従性良く取得することが可能となる。
【０００９】
本発明の態様の一つは、上記ノズルプレートは、一定方向に並ぶ複数のノズルからなるノズル列を複数有し、上記ダイオードは、ノズル列とノズル列との間の位置に形成される構成としている。当該構成によれば、ノズル列とノズル列との間にダイオードが位置するため、ノズルやノズルから吐出される直前の液体に極めて近い位置の温度（ノズルやノズルから吐出される直前の液体の温度とほぼ同等の温度）を把握することが可能な構成が提供される。
【００１０】
本発明の態様の一つは、上記複数のノズル列は、それぞれが対応する色の液体を各ノズルから吐出するものであり、上記ダイオードは、対応する液体の色が共通であるノズル列とノズル列との間の位置に形成される構成としてある。当該構成によれば、対応する液体の色が共通するノズル列群毎に、ノズルやノズルから吐出される直前の液体の温度を正確に把握することが可能な構成が提供される。
【００１１】
本発明の態様の一つは、上記ダイオードにおける電圧降下に応じて温度を検出する温度検出部と、温度検出部により検出された温度に基づいて上記液体の吐出を制御する吐出制御部とを備える構成としてある。当該構成によれば、ノズルやノズルから吐出される直前の液体の温度を正確かつ迅速に反映した液体吐出制御が実現され、液体吐出結果（印刷結果）の質低下が防がれる。
【００１２】
本発明にかかる技術的思想は、液体吐出装置というカテゴリー以外にも、種々の形式で実現される。例えば、上述したようなノズルプレートにおけるダイオードの生成の工程を含む液体吐出装置の製造方法の発明や、液体吐出装置を一部に含む製品の発明や、上記液体吐出制御を含む印刷方法の発明や当該方法をコンピューターに実現させるためのプログラムの発明など、把握することができる。また、本明細書において「吐出」という言葉は、「噴射」という言葉に置き換えてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】プリンターの構成例を簡易的に示す図である。
【図２】ヘッドの側方断面等を簡易的に例示する図である。
【図３】ノズルプレートの一部範囲を例示する図である。
【図４】ダイオードを含む回路図である。
【図５】ノズルプレートの一部範囲を例示する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。
図１は、本実施形態にかかるプリンター２０の構成例を簡易的に示している。プリンター２０は、液体吐出装置の一例に該当する。あるいは、後述のヘッド２９を少なくとも含むプリンター２０の構成の一部を、液体吐出装置と捉えることもできる。プリンター２０は、例えば、ＣＰＵ２１と、ＲＡＭ２２と、ＲＯＭ２３と、外部接続用のインターフェイス２４と、バス２５と、ＡＳＩＣ２６等を備える。ＣＰＵ２１がＲＯＭ２３に記憶されたプログラムデータ２３ａをＲＡＭ２２に展開してプログラムデータ２３ａに従った演算を行うことにより、プリンター２０を制御するためのファームウェアＦＷが実行される。ファームウェアＦＷは、例えばインターフェイス２４を介して接続された不図示の外部装置から入力したプリントデータに基づいて、駆動データを生成する。ＡＳＩＣ２６は、生成された駆動データに基づき、媒体送り機構２７やキャリッジモーター２８やヘッド２９に対する駆動信号を生成し、それらを駆動させる。プリンター２０はキャリッジ３０を備えており、キャリッジ３０は、例えば複数のインクカートリッジ３２を取り付け可能なカートリッジホルダー３１を備える。キャリッジ３０には、インクカートリッジ３２から供給される液体（例えば、シアン（Ｃ）、マゼンダ（Ｍ）、Ｙ（イエロー）、Ｋ（ブラック）等の各色インク）を複数のノズルから吐出するヘッド２９が搭載されている。
【００１５】
ヘッド２９は、複数のノズルが所定のノズルピッチで第１方向（図３参照）に並んだノズル列を、複数列有している。プリンター２０においては、駆動信号に基づきキャリッジモーター２８がキャリッジ３０を第１方向に直交する第２方向（図３参照）に略沿って往復移動させることに伴い、ヘッド２９も第２方向に略沿って往復移動する。ヘッド２９は、駆動信号に基づき、当該移動に伴って各ノズルからインクを吐出する。吐出されたインクは、媒体送り機構２７が駆動信号に基づき第１方向に略沿って送る印刷媒体に着弾する。なお、プリンター２０が搭載するヘッド２９は、必ずしもキャリッジ３０によって往復移動をする構成である必要はなく、印刷可能な印刷媒体の最大幅に対応した長さを有するいわゆるラインヘッドであってもよい。ヘッド２９がラインヘッドである場合は、各ノズル列は、当該最大幅に亘って例えば第１方向へノズルを並べて構成される。また、このように各ノズル列が当該最大幅に亘って第１方向へ向く場合は、印刷媒体は第２方向に略沿って送られる。
【００１６】
図２は、ヘッド２９を側方からの断面図により簡易的に例示する等している。ヘッド２９は、概略、ケース１１と、ケース１１の一方の面（上面）に設けられたヘッド基板１０と、ケース１１の他方の面（下面）に設けられたキャビティプレート１２と、キャビティプレート１２がケース１１と接する面と反対側の面に設けられたノズルプレート１３とを有する。ノズルプレート１３には、貫通孔としての上述したノズルが複数形成されている。キャビティプレート１２には、例えば、ノズルにインクを導くための流路や、ノズルからインクを吐出させるための圧力を発生させる圧力発生室等が形成されている。ケース１１内には、例えば、駆動電圧が印加されることにより変形して圧力発生室に圧力を発生させる圧電素子や、インクカートリッジ３２から供給されたインクを貯留するためのリザーバー等が設けられている。ヘッド基板１０は、ＡＳＩＣ２６から与えられた駆動信号に基づきパルス波としての駆動電圧を圧電素子に印加する。ただし図２は、ヘッド２９を構成する各部位（特に、後述するアノード線１５、カソード線１６およびダイオード１７）の位置関係を簡易的に例示するものであるため、上述したようなヘッド基板１０、ケース１１、キャビティプレート１２、ノズルプレート１３における内部の詳細は図示を省略している。
【００１７】
なお、ヘッド２９における流路や圧電素子の形状や配列等、インクジェット記録式ヘッドとしての基本的構成は、公知の構成を含めて種々の構成を適宜採用可能である。また、ヘッド基板１０は、コネクタ１４を介して、プリンター２０内の制御基板５０と接続している。制御基板５０とは、制御部（ＡＳＩＣ２６やＣＰＵ２１、ＲＡＭ２２、ＲＯＭ２３）等を実装した基板を意味する。制御部（例えばＡＳＩＣ２６）は、後述する温度検出部５１や吐出制御部５２といった各機能を実現する。
【００１８】
図３は、ノズルプレート１３の一部範囲を例示している。図３では、ノズルプレート１３の面のうち、印刷媒体と相対して各ノズルからインクを吐出する吐出面１３ａ（図２参照）とは反対側の面、つまりキャビティプレート１２と接する面１３ｂ（図２参照）を示している。ノズルプレート１３には、第１方向に並んだ複数のノズル４０からなるノズル列ＣＮが複数形成されている（図３では２列のみ表示）。ノズル列ＣＮは、いずれも各ノズル４０からＣインクを吐出するためのノズル列である。むろん、ノズルプレート１３は、Ｃインク以外の色のインクを吐出するためのノズル列も形成している。また、各ノズル列は、第１方向における各ノズル４０の位置が必ずしも一致している必要は無い。例えば、一のノズル列（第１のノズル列ＣＮ）と、これと第２方向において隣り合う他のノズル列（第２のノズル列ＣＮ）とは、第１方向において所定距離ずれることで、各ノズル４０がいわゆる千鳥状に配置されているとしてもよい。
【００１９】
本実施形態では、少なくともノズルプレート１３は半導体で生成されている。一例として、ノズルプレート１３はシリコン製である。そして、半導体からなるノズルプレート１３には、所定物質が添加されることにより、Ｐ型半導体およびＮ型半導体からなるダイオード１７が生成されている。本実施形態では、ノズルプレート１３におけるダイオード１７が生成される位置をダイオード生成位置ＤＰと呼ぶ。具体的には、ノズルプレート１３の生成過程において、ノズルプレート１３上にノズル４０との位置関係に基づいてダイオード生成位置ＤＰが決められる。そして、当該ダイオード生成位置ＤＰにおけるシリコンＳｉの一部に対しアクセプターとしての所定量の不純物（例えば、ホウ素Ｂ）を添加（ドーピング）してＰ型半導体（Ｐ型半導体の層）を生成する。また、当該ダイオード生成位置ＤＰにおけるシリコンＳｉの他の一部に対しドナーとしての所定量の不純物（例えば、リンＰ）を添加（ドーピング）してＮ型半導体（Ｎ型半導体の層）を生成することで、当該ダイオード生成位置ＤＰにこれら２つの層を含むＰＮ接合ダイオード１７を生成する。図２に例示するように、ダイオード１７はノズルプレート１３の面１３ｂ側に生成される。
【００２０】
さらに、ノズルプレート１３におけるダイオード１７の近傍には、図３に例示するように、アノード電極パッド４１およびカソード電極パッド４２が形成されている。アノード電極パッド４１は、ダイオード１７のアノード（Ｐ型半導体）に接続しており、カソード電極パッド４２は、ダイオード１７のカソード（Ｎ型半導体）に接続している。さらにアノード電極パッド４１は、図２に例示するようにヘッド基板１０からケース１１およびキャビティプレート１２を介してノズルプレート１３まで延出するアノード線１５と接続しており、カソード電極パッド４２は、図２に例示するようにヘッド基板１０からケース１１およびキャビティプレート１２を介してノズルプレート１３まで延出するカソード線１６と接続している。
【００２１】
図４は、ヘッド基板１０上の配線、アノード線１５、アノード電極パッド４１、ダイオード１７、カソード電極パッド４２およびカソード線１６を含む構成による回路図を示している。ヘッド基板１０では、ダイオード１７のアノード側に直流電圧（３．３Ｖ）を供給している。かかる構成において、コネクタ１４を介してヘッド基板１０と接続する制御基板５０では、温度検出部５１がダイオード１７における順方向電圧降下ＶＦを検出する。また、温度検出部５１は、検出した順方向電圧降下ＶＦの値に応じて温度を検出する。ダイオード１７の温度特性として、温度によって順方向電圧降下ＶＦが変化することが知られている。そこで、温度検出部５１は、例えばダイオード１７の温度特性（電圧変化量／温度）を示す数値や、所定の基準温度に対応する順方向電圧降下ＶＦの基準値を予めデータとして保持しておき、検出した順方向電圧降下ＶＦと当該データとに基づいて温度を検出する。このようにして検出した温度は、ダイオード１７近傍のノズル４０やそのノズル４０に極めて近い位置のインク（吐出直前のインク）のその時点での温度を表わしていると言える。
【００２２】
また、吐出制御部５２は、温度検出部５１により検出された温度に基づいて、ヘッド２９からのインク吐出を制御する。この場合、吐出制御部５２は、ノズル４０から吐出されるインク量や吐出頻度を当該温度に応じて補正する。一例として、吐出制御部５２は、ヘッド基板１０がインク吐出制御対象のノズル４０に対応する圧電素子に印加する上記パルス波のデューティー比（単位時間あたりの、パルス波形がハイ（Ｈ）レベルとなっている時間の割合）を、上記検出された温度に応じて変えさせる。例えば、上記検出された温度がある基準より高いほど当該デューティー比を下げ、逆に、上記検出された温度がある基準より低いほど当該デューティー比を上げる。このようなインク吐出制御を行なうことにより、吐出直前のインクやノズルの温度が高温となっている状況では当該ノズルの使用頻度が抑制されて当該温度が低下し、当該温度の上昇によるインクの特性（粘度等）変化、吐出精度の低下、部品の劣化あるいは損傷等が避けられる。
【００２３】
ここで、ノズルプレート１３においてダイオード１７が生成されるダイオード生成位置ＤＰは、例えば図３に示すように、ノズル列とノズル列との間とされる。ノズル列間にダイオード１７を生成することで、ダイオード１７近傍の幾つかのノズル４０やそれらノズル４０から吐出される直前のインクの温度を、効率的かつ正確に検出することができる。
【００２４】
さらに詳しく説明すると、図５に示すように、ノズル列とノズル列との間のスペースにおいて、ダイオード１７を第１方向に略沿って間隔を空けて複数生成しても良い。図５は、図３と同様にノズルプレート１３の（面１３ｂの）一部範囲を例示している。ただし、ダイオード生成位置ＤＰ、アノード電極パッド４１およびカソード電極パッド４２については図示を省略している。図５に示すようにノズル列間にダイオード１７を複数生成した場合、ダイオード１７とノズル４０との対応関係を定め、吐出制御部５２は、この対応関係を予め保持しておく。図５では、一つのダイオード１７を基準として一定範囲内にある複数のノズル４０を鎖線で囲って示すことで、ダイオード１７とノズル４０との対応関係を示しており、例えばこのような各ダイオード１７と各ノズル４０との対応関係を定めておく。
【００２５】
そして、インク吐出制御の際には、あるダイオード１７における順方向電圧降下ＶＦに応じて温度が検出されたら、吐出制御部５２は、当該温度の検出の基となった順方向電圧降下ＶＦが得られたダイオード１７が対応するノズル４０を上記対応関係に応じて特定し、特定したノズル４０からのインク吐出を当該温度に応じて制御する。かかる構成とすれば、各ノズル４０からのインク吐出を、各ノズル４０に非常に近い位置の温度に応じて制御することができ好適である。
【００２６】
さらには、ノズルプレート１３においてダイオード１７が生成される位置は、例えば図３，５に示すように、対応するインクの色が共通であるノズル列とノズル列との間の位置であるとしてもよい。このような構成とすれば、Ｃインクに対応するノズル列ＣＮとノズル列ＣＮとの間に在るダイオード１７を利用した温度検出結果に基づいて、吐出制御部５２はＣインクの吐出制御を行なうことができる。同様に、他のインクについても、それぞれのインクに対応するノズル列間に在るダイオード１７を利用した温度検出結果に基づいて、それぞれのインクの吐出制御を行なうことができる。つまり、インク色毎に異なる最適なインク吐出制御を行なうことができる。
【００２７】
あるいは、複数のノズル４０毎に一つのダイオード１７を生成するのではなく、ノズル４０一つに対してダイオード１７を一つ生成するようにしてもよい。かかる構成とすれば、ノズル４０個々の正確な温度に応じて各ノズル４０に対するより細かなインク吐出制御を行なうことができる。
【００２８】
このように本実施形態によれば、ヘッド２９において印刷媒体と相対してノズル４０を有する層となるノズルプレート１３を半導体で生成し、ノズルプレート１３のノズル４０に極めて近いダイオード生成位置ＤＰに対して所定の不純物を添加することによりダイオード生成位置ＤＰにＰ型半導体およびＮ型半導体からなるダイオード１７を生成し、このようなノズルプレート１３をヘッド２９の構成の一部として採用するとした。そのため、当該ダイオード１７を温度検出のために利用することで、従来のようにヘッド内においてノズルから離れたインク流路上流側の位置でサーミスターで温度検出を行なっていた場合と比較して、ノズル４０やノズル４０から吐出される直前のインクの温度を、飛躍的に正確かつ追従性（温度変化への追従性）良く検出することが可能となる。また、本実施形態によれば、ノズル４０やノズル４０から吐出される直前のインクの実際の温度を正確かつ迅速に反映した（例えば、急激なインク温度の変化にも対応した）インク吐出制御が実現されるため、印刷結果の質の低下が的確に防がれる。
【００２９】
なお、本発明にかかる液体吐出装置は、インクの吐出による画像形成はもちろん、回路基板へのプリント、液晶ディスプレー等のカラーフィルターの製造時における色材吐出、有機ＥＬディスプレー等の製造時における液体電極材料の吐出、バイオチップの製造時における生体有機物の吐出等、様々な用途に利用することが可能である。
【符号の説明】
【００３０】
１０…ヘッド基板、１１…ケース、１２…キャビティプレート、１３…ノズルプレート、１５…アノード線、１６…カソード線、１７…ダイオード、２０…プリンター、２６…ＡＳＩＣ、２９…ヘッド、４０…ノズル、４１…アノード電極パッド、４２…カソード電極パッド、５０…制御基板、５１…温度検出部、５２…吐出制御部、ＤＰ…ダイオード生成位置
【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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