(57)【要約】      （修正有）【課題】発熱抵抗素子列の温度変化を短時間で精度良く検出し、異常吐出や不吐出の発生を抑制することができる液体吐出ヘッドを提供する。【解決手段】記録素子基板１００の吐出口列の周囲に独立配線５００を配線し、吐出口の近傍に配線された独立配線５０１の抵抗を、吐出口から離れた位置に配線された独立配線５０２の抵抗よりも大きくし、この独立配線５００によって温度検出を行う。また、独立配線５００は温度調整用のサブヒータも兼ねるようにする。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の発熱抵抗素子と該発熱抵抗素子に対応して設けられた複数の吐出口とを備え、電気エネルギを印加された前記発熱抵抗素子の発熱作用によって前記吐出口から液体を吐出する記録素子基板、
を備えた液体吐出ヘッドにおいて、
前記記録素子基板は、前記発熱抵抗素子と接続されていない独立配線を備え、該独立配線は、部分的に異なる複数の抵抗値を有し、
前記発熱抵抗素子から所定距離の位置に配された前記独立配線の少なくとも一部は、前記発熱抵抗素子から前記所定距離よりも離れた位置に配された前記独立配線よりも高い抵抗値を備えていることを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項２】
前記独立配線は、幅の変更、厚さの変更、長さの変更、抵抗率の変更、温度係数の変更、の少なくとも１つの方法で抵抗値を変えることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項３】
前記吐出口は複数の列を成して設けられ、
前記独立配線の一部は、前記吐出口の列に沿って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に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項４】
前記記録素子基板には、温度検出素子が設けられていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項５】
前記記録素子基板には、温度検出素子が設けられており、該温度検出素子は、前記吐出口の列の端部に設けられていることを特徴とする請求項３に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項６】
前記記録素子基板には、複数の前記温度検出素子が設けられていることを特徴とする請求項５に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項７】
前記吐出口の列の中央部の前記吐出口に沿って設けられた前記独立配線は、その他の部分に設けられた前記独立配線よりも抵抗値が高いことを特徴とする請求項６に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項８】
前記温度検出素子は、前記吐出口の列の一端部に設けられており、前記吐出口の列の他端部の前記吐出口に沿って設けられた前記独立配線は、その他の部分に設けられた前記独立配線よりも抵抗値が高いことを特徴とする請求項５に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項９】
前記温度検出素子は、ダイオードであることを特徴とする請求項５に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項１０】
前記独立配線は、前記液体吐出ヘッドの温度調整に用いられる発熱線を兼ねていることを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項１１】
請求項１ないし請求項１０のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドを備えていることを特徴とする液体吐出装置。
【請求項１２】
前記液体吐出ヘッドの前記独立配線によって得られた情報に基づいて、液体の吐出の制御を行うことを特徴とする請求項１１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、インク等の液体を吐出する液体吐出ヘッドおよび液体吐出装置に関し、特には、液体吐出ヘッドを温度制御することができる液体吐出ヘッドおよび液体吐出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
サーマル方式の液体吐出装置は、発熱抵抗素子にパルス電圧を印加し、液体を瞬間的に沸騰させて生じた気泡の膨張によって吐出口から液体を吐出する。このような液体吐出装置では、液体温度や液体吐出ヘッドの温度によって吐出量が変化する。液体の吐出によって画像を記録する場合、吐出量が変動すると画像の濃度や色調が変わり画像の品位が低下してしまう。
【０００３】
このような液体の吐出量の変動を避けるために、液体吐出ヘッドの温度を検出し、検出温度に応じて駆動パルスのパルス幅を調整する方法がとられている。特許文献１には、液体吐出ヘッドの温度を検出し、検出した温度に応じて、予備加熱であるプレヒートパルスのパルス幅を変化させることで吐出量の制御を行うことが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−３１９０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１では、記録素子基板の発熱抵抗素子列の端部に設けられた温度検出素子によって温度検出を行っている。しかし、温度検出素子を発熱抵抗素子列の端部に設けた場合、温度検出素子が検出している温度は、記録素子基板の温度分布の中でも比較的温度の低い領域であり、発熱抵抗素子列の中央部での温度変化を短時間で検出することは出来ない。すなわち、発熱抵抗素子列の中央部で異常昇温した場合、その温度を短時間で検知することができず、検出するまでに異常吐出あるいは不吐出が生じることがあった。
【０００６】
そこで本発明は、上記課題を解決するものであり、発熱抵抗素子列の温度変化を短時間で精度良く検出し、異常吐出や不吐出の発生を抑制することができる液体吐出ヘッドおよび液体吐出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
そのため本発明の液体吐出ヘッドは、複数の発熱抵抗素子と該発熱抵抗素子に対応して設けられた複数の吐出口とを備え、電気エネルギを印加された前記発熱抵抗素子の発熱作用によって前記吐出口から液体を吐出する記録素子基板、を備えた液体吐出ヘッドにおいて、前記記録素子基板は、前記発熱抵抗素子と接続されていない独立配線を備え、該独立配線は、部分的に異なる複数の抵抗値を有し、前記発熱抵抗素子から所定距離の位置に配された前記独立配線の少なくとも一部は、前記発熱抵抗素子から前記所定距離よりも離れた位置に配された前記独立配線よりも高い抵抗値を備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、発熱抵抗素子列の温度変化を短時間で精度良く検出し、異常吐出や不吐出の発生を抑制することができる液体吐出ヘッドおよび液体吐出装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】液体吐出装置の構成例を示した斜視図である。
【図２】液体吐出装置の制御系を示したブロック図である。
【図３】本実施形態の液体吐出ヘッドを示した斜視図である。
【図４】液体吐出ヘッドの断面構造を示す図である。
【図５】記録素子基板を示した図である。
【図６】比較例の記録素子基板を示した図である。
【図７】記録素子基板の温度と独立配線の抵抗との関係を示したグラフである。
【図８】記録素子基板を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（第１の実施形態）
以下、図面を参照して本発明の第１の実施形態を説明する。  
図１は、本実施形態の液体吐出装置の構成例を示した斜視図である。液体吐出装置１１０は、シリアルスキャン方式で液体（以下、インクともいう）を吐出する装置であり、ガイド軸１１１によってキャリッジ１１２が矢印Ａの主走査方向に移動自在にガイドされている。キャリッジ１１２にはベルト１１３が連結され、そのベルト１１３は、プーリ１１４、１１５の間に架け渡されている。キャリッジモータ１１６によって駆動されるプーリ１１４の回転方向に応じて、ベルト１１３を介して、キャリッジ１１２が主走査方向に往復移動する。キャリッジ１１２には液体吐出ヘッド１１７が搭載される。液体吐出ヘッド１１７は液体を吐出可能であり、キャリッジ１１２に、シアンインク用液体吐出ヘッド１１７Ｃ、マゼンタインク用液体吐出ヘッド１１７Ｍ、イエローインク用液体吐出ヘッド１１７Ｙ、ブラックインク用液体吐出ヘッド１１７Ｋが搭載されている。液体吐出ヘッド１１７は、インクを吐出するためのエネルギとして、電気エネルギを印加された発熱抵抗素子から発生する熱（発熱作用）を利用するものであり、発熱によってインクに膜沸騰を生じさせ、その発泡エネルギによってインクを吐出する。
【００１１】
記録媒体Ｐは、主走査方向と交差する矢印Ｂ方向の副走査方向に間欠的に搬送される。液体吐出装置１１０は、キャリッジ１１２と共に液体吐出ヘッド１１７を主走査方向に移動させつつ記録媒体Ｐに向かってインクを吐出する吐出動作と、記録媒体Ｐを所定量だけ副走査方向に搬送する搬送動作と、を繰り返すことで記録媒体Ｐ上に画像を記録する。
【００１２】
図２は、液体吐出装置１１０の制御系を示したブロック図である。ＣＰＵ１１８は、ホスト装置１２５から命令信号を受けて、液体吐出装置１１０の動作の制御処理やデータ処理等を実行する。ＲＯＭ１１９は、それらの処理手順等のプログラムが格納されており、またＲＡＭ１２０は、それらの処理を実行するためのワークエリアとして用いられる。液体吐出ヘッド１１７からのインク吐出は、ＣＰＵ１１８が発熱抵抗素子などの駆動データおよび駆動制御信号をヘッドドライバ１２１に供給することにより行われる。ＣＰＵ１１８は、キャリッジ１１２を主走査方向に移動させるためのキャリッジモータ１１６をモータドライバ１２２を介して制御し、また記録媒体Ｐを副走査方向に搬送するためのＰ．Ｆモータ１２３をモータドライバ１２４を介して制御する。
【００１３】
図３（ａ）から（ｃ）は、本実施形態の液体吐出ヘッド１１７を示した斜視図である。図３（ａ）は、分解斜視図であり、図３（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ組立図、組み立て完成図である。また、図４は、図３（ａ）〜（ｃ）に示す液体吐出ヘッドの断面構造を示す図である。図４（ａ）は、Ｃ−Ｃ断面拡大図であり、図４（ｂ）は、Ｄ−Ｄ断面拡大図である。
【００１４】
一般的な液体吐出ヘッドは、記録素子基板１００、電気配線基板２００、支持部材３００を備えている。記録素子基板１００は、シリコン製の基板の中央に長穴の供給口１０４が設けられており、記録素子基板１００上には、複数の発熱抵抗素子１０８がほぼ等間隔で供給口１０４の両側に並んでいる。液体（以下、インクともいう）は、発熱抵抗素子１０８が形成されたヒーターボード１０１の供給口１０４から供給される。ヒーターボード１０１の周囲には、発熱抵抗素子１０８に電力を供給するための配線（不図示）が引き回されており、ヒーターボード１０１上の両端部に設置されている電極パッド１０２と結線されている。記録素子基板１００は、ヒーターボード１０１上に複数の吐出口１０６を有するオリフィスプレート１０５を貼り付けられており、電極パッド１０２上には、電極となるバンプ１０３が形成されている。
【００１５】
電気配線基板２００は、例えばフレキシブル配線基板が使用され、ベースフィルム２０１下に銅箔２０３を接着剤２０２により接着してパターニングし、銅箔２０３をリード線としている。そして電気配線基板２００は、記録素子基板１００のバンプ１０３と電気接続する電極端子２０４と、液体吐出装置本体からの駆動電力や電気信号を入力するためのコンタクト部２１１を有し、電極端子２０４以外はカバーフィルム２０６により被覆されている。
【００１６】
支持部材３００は、記録素子基板１００の供給口１０４と、支持部材３００の供給口３０２とが連通するように、記録素子基板１００の吐出口１０６が並ぶ面に対向する面全域と支持部材３００とを接着剤１０７を用いて接着されている。また、記録素子基板１００の電極パッド１０２に対して、電気配線基板２００がほぼ水平に接続できる構造となっており、電気配線基板２００は、支持部材３００に接着剤２０５により接着固定される。電気配線基板２００は、支持部材３００に固定された後、図３（ｂ）のように屈曲され、電気配線基板２００に設けられた開孔２１６〜２１９が、支持部材３００に設けられた突起３０５の位置に位置合わせされる。その後、支持部材３００に設けられた突起３０５を熱で溶かすことで、電気配線基板２００を支持部材３００に固定することができる（図３（ｃ）のＺを参照）。
【００１７】
記録素子基板１００の外部取り出し電極パッド１０２と電気配線基板２００とを結線する方法としては、一般的に記録素子基板１００の電極部（バンプ１０３）と、電気配線基板２００の電極端子である配線リード２０４とを超音波と熱により金属接合する。これにより両電極間を電気的に接続固定している。そして、記録素子基板１００の電極部（バンプ１０３）と、電気配線基板２００の電極端子２０４とのボンディング部は、電極端子２０４上に封止剤４００ａを、記録素子基板１００周囲に封止剤４００ｂを用いて封止することで周囲から絶縁し固定している。また、電気配線基板２００の開孔２１６〜２１９は、支持部材３００に支持させるためのものであり、図３（ａ）〜（ｃ）のように例えば４箇所の開孔が設けられている。
【００１８】
図５は、本実施形態における記録素子基板１００を示した図であり、図６は、記録素子基板１００の比較例としての記録素子基板８００を示した図である。記録素子基板１００、８００は、発熱抵抗素子１０８と接続されていない独立配線５００を備えている。この独立配線５００は、記録素子基板１００に設けられた複数の吐出口からなる吐出口列を囲むように配線されており、独立配線５００の端部は、いずれも記録素子基板１００の電極パッド１０２と接続されている。独立配線５００の一部は、発熱抵抗素子１０８が設けられた吐出口１０６の列に沿って吐出口１０６の近傍（所定距離の位置）に配線されている。このように配線した独立配線５００に定電流を流し、記録素子基板１００の温度変化によって変化した抵抗値による電圧変化（あるいは抵抗値変化）を検出することで、記録素子基板１００の温度変化を検出する。
【００１９】
そして、本実施形態における記録素子基板１００の独立配線５００は、部分的に抵抗値の異なる配線を備えており、吐出口１０６の近傍に配線された配線５０１と、吐出口１０６から離れた位置に配線された配線５０２とに分けられる。そして、配線５０１の抵抗値は、配線５０２の抵抗値よりも大きく構成されている。具体的には、配線５０１は、配線５０２に対して配線の幅を狭く（配線の断面積を小さく）することで抵抗値が相対的に大きくなっている。このように抵抗値を大きくした部分（配線５０１）では、抵抗値が小さい部分（配線５０２）よりも記録素子基板１００の温度変化を高感度で検出することができる。
【００２０】
比較例である記録素子基板８００が備える独立配線５００は、配線の全域において同等の抵抗値を備えている。そのため、独立配線５００のどの部分においても同一の感度で温度を検出する。
【００２１】
以下、本実施形態における記録素子基板１００における配線５０１と配線５０２とを備えた独立配線５００によって、記録素子基板１００の温度変化を短時間で精度良く検出するメカニズムに関して説明する。本実施形態のように独立配線５００を吐出口列に沿って設け、さらに吐出口列を囲むように吐出口列の周囲に設けたことで、全ての吐出口に対して、発熱抵抗素子１０８の温度変化に対応することができる。更に、発熱抵抗素子列（吐出口列）近傍に配線される配線５０１の抵抗を配線５０２よりも相対的に大きくすることで、発熱抵抗素子列近傍の温度変化に対する抵抗値変化の割合を高め、温度変化に対する検知感度を上げている。
【００２２】
図７は、記録素子基板の温度と独立配線の抵抗との関係を示したグラフである。グラフＭは配線５０１のグラフを示しており、グラフＮは配線５０２のグラフを示している。
【００２３】
ここで抵抗Ｒは次の式で表すことができる。  
Ｒ＝ρ×（Ｌ／Ｓ）×（１＋αＴ）
Ｒ：抵抗        Ｓ：配線断面積
ρ：低効率      α：温度係数
Ｌ：配線長      Ｔ：温度
【００２４】
上記の式から、配線５０２よりも配線の断面積（Ｓ）を小さくした配線５０１のグラフＭは、配線５０２のグラフＮよりも傾きが大きくなり、同じ温度変化でも、配線５０１のグラフＭの方が抵抗の変化が大きくなる。その結果、同じ温度変化でも発熱抵抗素子列近傍の抵抗値変化を大きくすることができるため、結果的に、発熱抵抗素子列（吐出口列）近傍の温度変化の検知感度を局所的に上げることができる。
【００２５】
具体的には、記録素子基板１００の温度変化によって変化した抵抗値による電圧変化を検出するため、電圧の閾値を決めておき、電圧が閾値を超えた場合にはユーザに警告出す或いは吐出動作を停止する。
【００２６】
なお、配線５０２に対して配線５０１の抵抗を大きくする方法は、上記の配線５０１の幅を狭く（配線の断面積を小さく）する方法に限定するものではない。例えば、配線５０１の配線厚みを薄くして断面積（Ｓ）を小さくする方法や、配線５０１を蛇行させて配線長（Ｌ）を長くする（変更する）方法や、配線５０１を別部材として抵抗率（ρ）や温度計数（α）を大きくする方法でもよい。
【００２７】
なお、本実施形態では、独立配線５００に定電流を流し、記録素子基板１００の温度変化によって変化した抵抗値による電圧変化を検出したが、独立配線５００に定電圧を供給することでの電流変化（あるいは抵抗値変化）を検出する方法でも良い。
【００２８】
また、本実施形態における温度検出用の独立配線５００は、温度検出の用途のみならず、液体吐出ヘッドの温度調整用の配線（いわゆるサブヒータ）も兼ねてもよい。
【００２９】
また、本実施形態は、発熱抵抗素子列が２列の場合で、インク供給口が１つ形態を説明したが、これに限定するものではなく、発熱抵抗素子列が３列以上でインク供給口が複数ある形態でもよい。
【００３０】
また、一般に、発熱抵抗素子列の中央部と発熱抵抗素子列の端部との温度差は、記録素子基板を支える支持部材の熱伝導性が小さく、熱容量が小さい部材（例えば樹脂）であるほど、あるいは長尺になるほど顕著であり、得られる効果が大きい。
【００３１】
なお、本実施形態では、独立配線の抵抗が大きな配線とそれ以外の配線の２種類に分けたがこれに限定するものではなく、抵抗値によって多段階に分けてもよい。その場合、発熱抵抗素子に近い位置の配線ほど抵抗値を高くする。
【００３２】
このように、記録素子基板の吐出口列の周囲に独立配線を配線し、吐出口の近傍に配線された独立配線の抵抗を、吐出口から離れた位置に配線された独立配線の抵抗よりも大きくし、この独立配線によって温度検出を行う。この独立配線で得た温度変化の情報によって、吐出の制御を行う。これによって、発熱抵抗素子列の温度変化を短時間で精度良く検出し、異常吐出や不吐出の発生を抑制することができる液体吐出ヘッドおよび液体吐出装置を実現することができた。
【００３３】
（第２の実施形態）
以下、図面を参照して本発明の第２の実施形態を説明する。なお、本実施形態の基本的な構成は第１の実施形態と同様であるため、以下では特徴的な構成についてのみ説明する。
【００３４】
図８（ａ）、（ｂ）は、本実施形態における記録素子基板６００、７００を示した図である。本実施形態の記録素子基板６００、７００は、独立配線５００の他に、基板の温度を検出するための温度検出素子５０３を備えている。図８（ａ）に示した記録素子基板６００は、吐出口列の周囲に設けられた独立配線５００と、吐出口列の両端部に設けられた２つの温度検出素子５０３を備えている。温度検出素子５０３は例えばダイオードであり、ダイオードに一定の電流を流した時の順方向電圧ＶＦをＡ／Ｄコンバータに入力しデジタル量に変換して、順方向電圧ＶＦの温度による変化量を検出する。温度検出素子５０３を吐出口列の両端部に備えることで、吐出口列の両端部の温度検出素子５０３の近傍の温度は、温度検出素子５０３によって高精度に検出できる。そのため、独立配線５００による高精度な温度検出が必要なのは、温度検出素子５０３から離れた位置である吐出口列の中央部のみとなる。よって、本実施形態の記録素子基板６００では、吐出口列の中央部に沿った部分の独立配線５００を配線５０１として抵抗値を上げた構成としている。
【００３５】
また、図８（ｂ）に示した記録素子基板７００は、吐出口列の周囲に設けられた独立配線５００と、吐出口列の一端部に設けられた１つの温度検出素子５０３を備えている。温度検出素子５０３を一端部に備えることで、吐出口列の一端部の温度検出素子５０３の近傍の温度は、温度検出素子５０３によって高精度に検出できる。そのため、独立配線５００による高精度な温度検出が必要なのは、温度検出素子５０３から離れた位置である吐出口列の他端部で吐出口から近い部分のみとなる。よって、本実施形態の記録素子基板７００では、吐出口列の他端部における吐出口から近い部分の独立配線５００を配線５０１として抵抗値を上げた構成としている。
【００３６】
なお、本実施形態も第１の実施形態と同様に、独立配線５００は、温度検出の用途のみならず、液体吐出ヘッドの温度調整用の発熱線（いわゆるサブヒータ）も兼ねてもよい。しかし、ここで課題が生じる。すなわち、温度調整用の配線として使用する場合には、発熱抵抗素子列（吐出口列）方向に抵抗値が異なるため、発熱分布が発生する。つまり、図８（ａ）では発熱抵抗素子列（吐出口列）中央の発熱が大きくなり、図８（ｂ）では発熱抵抗素子列（吐出口列）他端側（図中上側）ほど発熱が大きくなる。
【００３７】
そこで、本実施形態を採用し、且つ液体吐出ヘッドの温度調整を兼ねる場合には、発熱抵抗素子列の温度分が一定になるように、短パルス加熱駆動（発泡しないレベルのパルスによって記録素子基板を温める駆動方法）を併用するのが好ましい。すなわち独立配線の抵抗値が小さく、発熱が小さい部分に相当する所の吐出口部分ほど、短パルス加熱の発熱量を大きくすることによって、独立配線による発熱と短パルス駆動による発熱をバランスさせて、発熱抵抗素子列全体の温度調整を均一にするのが好ましい。
【符号の説明】
【００３８】
１００  記録素子基板
２００  電気配線基板
３００  支持部材
５００  独立配線
５０１  配線（高抵抗）
５０２  配線
６００  記録素子基板
７００  記録素子基板
【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】
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