(57)【要約】【課題】  ヒ−タ面の凹凸を無くし吐出への影響を排除するとともに、比較的低抵抗率材料の温度センサで温度変化に敏感なセンサを提供する。【解決手段】  電気熱変換素子の熱エネルギーをインクに作用させて吐出口から吐出させるタイプの記録ヘッドに関し、熱エネルギー変換体の直下又は直上の全ビット配置され薄膜抵抗体で形成される温度検知素子と温度検知回路を有する記録ヘッドにおいて、センサー形状とヒータ形状を折返し（スネーク）形状とし、略同一形状とすることを特徴とするインクジェット記録ヘッドとする。【選択図】  図１
2009101573.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気熱変換素子の熱エネルギーをインクに作用させて吐出口から吐出させるタイプの記録ヘッドに関し、熱エネルギー変換体の直下又は直上の全ビットに配置され薄膜抵抗体で形成される温度検知素子と、各温度検知素子に接続して情報を検出する検出回路とから構成されるインクジェット記録ヘッドにおいて、
センサー形状とヒータ形状を折返し（スネーク）形状とし、同一形状と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】
センサーの位置をヒータの温度分布によって、ヒータ中心部よりずらして配置した事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】
各温度検知素子に接続して情報を検出する検出回路は、前記温度検知素子に直列に接続する第一のSW素子と、前記温度検知素子に接続される定電流回路と、前記温度検知素子の一方及び他方の端子の出力を取出す第二及び第三のSW素子と、前記第二及び第三のSW素子の出力を増幅して出力する差動増幅回路とからなる温度検知回路を有し、前記熱エネルギー変換体の駆動回路とは独立して制御する事を特徴とする特許請求項1に記載のインクジェット記録ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気熱変換素子の熱エネルギーを記録用インクに作用させて吐出口から吐出させるタイプの記録ヘッドに関するもので、全ノズルに配置された温度センサーによってヘッド状態を検出して吐出不良がある場合には画像の補正や回復作業に反映させることに好適な電気熱エネルギー変換素子と温度センサー及び温度検知回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液体噴射装置は、記録ヘッドに設けた吐出口からインク（記録用インク液滴）を吐出させて紙等の被記録材に付着させることにより各種情報の記録を行うものであるので、騒音の発生が少なく、かつ高速記録が可能であり、しかも被記録材の選択範囲が広いなどの多くの利点を有しており、種々のタイプの記録ヘッドおよび液体噴射装置が提案されている。多くの方式の中でも、熱エネルギーをインクに作用させて上記の吐出口から吐出させるタイプの記録ヘッドは、記録信号に対する応答性が良い、吐出口の高密度マルチ化が容易である等の利点を有する（米国特許4,723,129号明細書、米国特許4,740,796号明細書を参照）。一方、このような記録ヘッドを用いた液体噴射装置においては、異物による吐出口の目詰まりやインク供給経路内に混入した気泡やノズル表面の濡れ性の変化により記録ヘッドの全体又は吐出ノズルの一部で吐出不良が発生することがある。特に記録材の全幅に対応する数だけライン状に配してなるフルライン型記録装置では、高速で印字することが可能であるが、反面ではこのような吐出不良の発生した吐出ノズルを高速で特定して画像の補完や記録ヘッドの回復作業に反映させることは極めて重要な課題となっている。
【０００３】
かかる重要性に鑑み従来から、種々の不吐出検知方法、不吐出補完方法、制御方法と装置が提案されており、以下具体的に紹介する。
【０００４】
プリント物を検出し画像欠陥のない画像を得るプリント方法としては、ノズル異常検出用紙上に所定パターン（チェックパターン）をプリントし読取装置により読取り、異常なプリント素子を検出して、異常なプリント素子に加えるべき画像データを移動して他のプリント素子の画像データに重畳し、プリントを補完させることにより画像欠陥のない画像を得ようとする特開平６−079956号公報のプリント方法である。
【０００５】
プリント物を検出する方法でさらにページワイド幅のヘッドに適用したものとしては、インクジェット記録ヘッドの吐出状態を同じにする為に、複数の吐出口と複数の吐出エネルギー発生手段とを有するインクジェット記録ヘッドと、インクが吐出されたか否かを検出する水素化アモルファスシリコンやＣＣＤ等の光センサーである検出手段（読取りヘッド）と、前記検出手段により検出したときの駆動条件に基づいて設定する設定手段とを備えた特登録2731012号公報の記録装置である。
【０００６】
インク滴の飛翔を検出する方法としては、記録液を検知する手段として記録ヘッドの吐出口列の両端近傍に配置された発光素子（レーザダイオード）と受光素子（フォトダイオード）の組みを有し、記録液を検知する手段により検知された各吐出口の記録液吐出情報に基づき、記録液回復動作を各吐出口に対して選択的に行う為の制御手段とを有する特開平2-194967号公報の液体噴射吐出装置である。
【０００７】
吐出源で検出する方法としては、電気熱変換素子から発生される熱により抵抗値が変化する位置に導体部が配列され、導体部の温度に関係して変化する抵抗値の変化量を検知する検出回路を有し、さらに前記温度変化に応じて、電気熱変換素子への吐出信号の印加を中止する特公平4-6549号公報の液体吐出装置である。
【０００８】
吐出源で検出する別の方法としては、電気熱変換素子と温度検出素子をＳｉ基板等の同一の支持体上に設けるとともに膜状に構成される温度検出素子が前記電気熱変換素子の配列領域と重なって設けられている特登録2831778号公報の液体噴射記録ヘッドである。吐出ヒータを形成するための発熱抵抗層と、吐出ヒータの上層部として配置され吐出ヒータの部分以外では配線の下層として設けられている温度センサをなす層、発熱抵抗層と温度センサ−をなす層とを絶縁する絶縁層で構成される。特登録2831778号公報の別の実施例では、吐出ヒータの配列範囲が温度センサの配列領域に完全に含まれ、温度センサはヒータの配列の上層部として重ねて配置して、温度検出ないし温度制御の精度及び応答性を向上させようとするものである。
【０００９】
吐出源で検出する更に別の方法として、発熱抵抗体直下のシリコン基板中に、不純物をドープして半導体拡散抵抗体が形成されており、発熱抵抗体の発熱により、この半導体拡散抵抗体の抵抗値の変化を利用して、気泡の発生を検出して発熱抵抗体へのパルス電圧の印加は停止する特開2001-129995号公報のインクジェット記録ヘッドである。
【００１０】
ライン型記録ヘッドの吐出不良を補正する手段としては、ライン型記録ヘッドの記録領域内に移動可能なシリアル型記録ヘッドを有し、ライン型記録ヘッドのうち吐出不良が発生した吐出口に対応する記録位置に対して前記シリアル型記録ヘッドにより記録を行う制御手段を有する特登録2731003号公報の液体噴射記録装置である。
【特許文献１】米国特許4,723,129号明細書
【特許文献２】米国特許4,740,796号明細書
【特許文献３】特許2731012号公報
【特許文献４】特開平2-194967号公報
【特許文献５】特公平4-6549号公報
【特許文献６】特許2831778号公報
【特許文献７】特許2731003号公報
【特許文献８】特開2001-129995号公報
【特許文献９】特開平６−079956号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ところで特開平６−079956号公報のプリント方法では、ノズル異常検出用紙上にチェックパターンをプリントし読取装置により読取り、異常なプリント素子を検出して、異常なプリント素子に加えるべき画像データを移動して他のプリント素子の画像データに重畳し、プリントを補完させることにより画像欠陥のない画像を得ようとするので、応答速度の速い不吐検出は不可能である。更にテストプリントのための用紙や読取装置が必要で装置コストやランニングコストが高価になってしまう。
【００１２】
更に特登録2731012号公報の記録装置では、インクが吐出されたか否かを検出する水素化アモルファスシリコンやＣＣＤ等の光センサーである検出手段を記録ヘッドの外部に設けることが必要であり、特開平2-194967号公報の液体噴射吐出装置では、記録ヘッドの吐出口列の両端近傍に配置された発光素子と記録素子の組みが必要であり、両方の公知例ともに装置の小型化、低コスト化が難しい。
【００１３】
更に特公平4-6549号公報の液体吐出装置では、電気熱変換素子から発生される熱により抵抗値が変化する位置に導体部が配列され、導体部の温度に関係して変化する抵抗値の変化量を検知する検出回路を有し、さらに前記温度変化に応じて、エネルギー変換体への吐出信号の印加を中止する事が開示されている。しかしながら電気熱変換素子から発生される熱により抵抗値が変化する最適な位置および各導体部の温度に関係して変化する抵抗値の変化量を検知する各検知回路が明示されておらず、吐出不良の発生した吐出ノズルを高速で特定する構造と方法が開示されていない。
【００１４】
更に特登録2831778号公報の液体噴射記録ヘッドでは、電気熱変換素子と温度検出素子をＳｉ基板等の同一の支持体上に設けるとともに膜状に構成される温度検出素子が前記電気熱変換素子の配列領域と重なって設けられているために、吐出不良を高速で検出することは可能であるが吐出不良の各ノズルの位置を特定することが開示されていない。
【００１５】
更に特開2001-129995号公報のインクジェット記録ヘッドでは、発熱抵抗体直下のシリコン基板中に、不純物をドープして半導体拡散抵抗体が形成されており、発熱抵抗体の発熱により、この半導体拡散抵抗体の抵抗値の変化を利用して、気泡の発生を検出して発熱抵抗体へのパルス電圧の印加は停止する事は開示されているが、半導体拡散抵抗体の各抵抗値を読み出す検出回路の構成と、吐出不良の発生した吐出ノズルを高速で特定する方法が開示されていない。特公平4-6549号公報、特登録2831778号公報、特開2001-129995号公報における電気熱変換素子、温度検出素子とその検出回路の構成の相違点は更に本発明の説明の中で詳細に後述するが、全ノズルの温度情報を高速に検出して各ノズルの状態を判定することは開示されていない。
【００１６】
更に特登録2731003号公報の液体噴射記録装置では、ライン型記録ヘッドの記録領域内に移動可能なシリアル型記録ヘッドを有し、ライン型記録ヘッドのうち吐出不良が発生した吐出口に対応する記録位置に対して前記シリアル型記録ヘッドにより記録を行う制御手段を有する液体噴射記録装置は開示されているが、吐出不良の発生した吐出ノズルを高速で特定する構造と方法が開示されていない。
【００１７】
本発明者等は上記問題点を解決する為に、電気熱変換素子の直下に配置した薄膜抵抗体からなる温度検知素子と、定電流回路と、SW素子から構成される記録ヘッドの構成を提案した。更に、電気熱変換素子の近傍に配置した温度検知素子と、定電流回路と、第一のSW素子とから構成される検出回路と、前記複数の検出回路を順次選択する第二のSW素子を有する記録ヘッドの回路構成を提案した。更に、電気熱変換素子の直上に配置した薄膜抵抗体からなる温度検知素子の温度情報を利用して吐出量が一定となるように制御する事を可能としたインクジェット記録装置手段を提案した。
【００１８】
本発明は上記本発明者等の提案を更に改良して、小型で信頼性があり、各ノズルに対応した温度情報を高速で検知して高精度な不吐検知に好適な電気熱エネルギー変換素子と温度センサ及び温度検知回路を提供する事を目的とする。
【００１９】
更に本発明は、発熱素子を高密度化するために特開平10-109421号公報及び特開平11-10882号公報で開示されている電気熱エネルギー変換体の形成工程における平坦化として、化学機械研磨（ＣＭＰ）法を導入することなく上記目的を達成可能とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記目的を達成するために本発明は、電気熱変換素子の熱エネルギーをインクに作用させて吐出口から吐出させるタイプの記録ヘッドに関し、熱エネルギー変換体の直下又は直上の全ビットに配置され薄膜抵抗体で形成される温度検知素子と、各温度検知素子に接続して情報を検出する検出回路とから構成される記録ヘッドにおいて、センサー形状とヒータ形状を折返し（スネーク）形状とし、略同一形状とすることを特徴とするインクジェット記録ヘッドを提供する。上記構成により、ヒータ及びヒータ上部の発泡界面での凹凸を発生せずに、比較的に低抵抗の材料でも高抵抗のセンサーを形成する事が可能となる。
【００２１】
更に本発明のより好適な配置として、センサーの位置をヒータの温度分布によって、ヒータ中心部よりずらして配置することによって、より高感度のセンサーを提供することが可能となる。
【００２２】
更に本発明に好適な各温度検知素子に接続して情報を検出する検出回路は、前記温度検知素子に直列に接続する第一のSW素子と、前記温度検知素子に接続される定電流回路と、前記温度検知素子の一方及び他方の端子の出力を取出す第二及び第三のSW素子と、前記第二及び第三のSW素子の出力を増幅して出力する差動増幅回路とからなる温度検知回路を有し、前記熱エネルギー変換体の駆動回路とは独立して制御する事によって、各ノズルに対応した温度情報を高速で検知して高精度な不吐検知を可能とする判定方法及び記録ヘッドを提供する事を可能とする。
【発明の効果】
【００２３】
以上詳細に説明したように、ヒ−タ面の凹凸を無くするとともに、比較的低抵抗率の材料の温度センサで温度変化に敏感なセンサを提供することによって、吐出への影響を排除して各ノズルに対応した吐出状態の検知を高速で行うことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
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】
【００２５】
図１から図１３は、本発明が実施もしくは適用される好適な記録ヘッド、駆動回路、インクジェット記録装置のそれぞれ及びそれぞれの関係を説明するための説明図である。以下、これらの図面を参照して各部構成と全体を説明することにする。
【００２６】
図１に示すように記録ヘッドＨ１０００は、電気信号に応じて膜沸騰をインクに対して生じせしめるための熱エネルギーを生成する電気熱変換素子を用いて記録を行うバブルジェット（登録商標）方式のサイドシュータ型とされる記録ヘッドである。
【００２７】
そして、記録ヘッドＨ１０００は、図２の分解斜視図に示すように、記録素子ユニットＨ１００１とインク供給ユニットＨ１００２のインク供給部材Ｈ１５００から構成される。さらに、図３の分解斜視図に示すように、記録素子ユニットＨ１００１は、記録素子基板Ｈ１１００、第１のプレートＨ１２００、電気配線基板Ｈ１３００、第２のプレートＨ１４００、フィルター部材Ｈ１６００で構成されている。
【００２８】
図４（ａ）は、記録素子基板Ｈ１１００の構成を説明する図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）に示すＡ−Ａ断面図である。記録素子基板Ｈ１１００は、例えば、厚さ０．５〜１ｍｍのＳｉ基板Ｈ１１０８で薄膜が形成されている。また、インク流路として長溝状の貫通口からなるインク供給口Ｈ１１０１が形成され、インク供給口Ｈ１１０１の両側に電気熱変換素子Ｈ１１０２がそれぞれ１列ずつ千鳥状に配列されており、前記電気熱変換素子Ｈ１１０２、及び、Aｌ等の電気配線が成膜技術により形成されている。また、該電気配線に電力を供給するために電極Ｈ１１０３が設けられている。前記インク供給口Ｈ１１０１は、前記Ｓｉ基板Ｈ１１０８の結晶方位を利用して、異方性エッチングを行う。ウエハー面に＜１００＞、厚さ方向に＜１１１＞の結晶方位を持つ場合、アルカリ系（ＫＯＨ、ＴＭＡＨ、ヒトラジン等）の異方性エッチングにより、約54.7度の角度でエッチングが進行する。この方法を用いて、所望の深さにエッチングする。また、前記Ｓｉ基板Ｈ１１０８上には、ノズルプレートＨ１１１０が具備され、電気熱変換素子Ｈ１１０２に対応したインク流路Ｈ１１０４、ノズルＨ１１０５、発泡室Ｈ１１０７がフォトリソ技術により形成されている。また、前記ノズルＨ１１０５は前記電気熱変換素子Ｈ１１０２に対向するように設けられており、インク供給口Ｈ１１０１から供給されたインクを電気熱変換素子Ｈ１１０２により気泡を発生させてインクを吐出させるものである。
【００２９】
第１のプレートＨ１２００は、例えば、厚さ０．５〜１０ｍｍのアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）材料で形成されている。なお、第１のプレートの素材は、アルミナに限られることなく、記録素子基板Ｈ１１００の材料の線膨張率と同等の線膨張率を有し、かつ、記録素子基板Ｈ１１００材料の熱伝導率と同等もしくは同等以上の熱伝導率を有する材料で作られてもよい。第１のプレートＨ１２００の素材は、例えば、シリコン（Ｓｉ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、ジルコニア、窒化珪素（Ｓｉ3Ｎ4）、炭化珪素（ＳｉＣ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）のうちいずれであってもよい。第１のプレートＨ１２００には、記録素子基板Ｈ１１００にインクを供給するためのインク供給口Ｈ１２０１が形成されており、記録素子基板Ｈ１１００のインク供給口Ｈ１１０１が第１のプレートＨ１２００のインク供給口Ｈ１２０１に対応し、かつ、記録素子基板Ｈ１１００は第１のプレートＨ１２００に対して位置精度良く接着固定される。その接着剤は、例えば、粘度が低く、接触面に形成される接着層が薄く、かつ、硬化後、比較的高い硬度を有し、かつ、耐インク性のあるものが望ましい。例えば、エポキシ樹脂を主成分とした熱硬化接着剤、もしくは紫外線硬化併用型の熱硬化接着剤であり、接着層の厚みは５０μｍ以下が望ましい。また、第１のプレートＨ１２００は、位置決め基準となるＸ方向基準Ｈ１２０４、Ｙ方向基準Ｈ１２０５、Ｚ方向基準Ｈ１２０６を有している。
【００３０】
記録素子基板Ｈ１１００は、図１に示すように第１のプレート上Ｈ１２００に千鳥状に配置され、同一色による幅広の記録を可能としている。例えば、ノズル群の長さが１インチ＋αの４つの記録素子基板Ｈ１１００ａ、Ｈ１１００ｂ、Ｈ１１００ｃ、Ｈ１１００ｄを千鳥状に配置し、４インチ幅の記録を可能にしている。
【００３１】
また、各記録素子基板の吐出口群の端部は、千鳥状に隣接する記録素子基板のノズル群の端部と、記録方向に対して、重複する領域（Ｌ）を設け、各記録素子基板による印刷に隙間が生じることを防止している。例えば、ノズル群Ｈ１１０６ａとノズル群Ｈ１１０６ｂに重複領域Ｈ１１０９ａ、Ｈ１１０９ｂを設けている。
【００３２】
電気配線基板Ｈ１３００は、記録素子基板Ｈ１１００に対してインクを吐出するための電気信号を印加するものであり、記録素子基板Ｈ１１００を組み込むための開口部を有しており、裏面には第２のプレートＨ１４００が接着固定される。また、電気配線基板Ｈ１３００は、記録素子基板Ｈ１１００の電極Ｈ１１０３に対応する電極端子Ｈ１３０２と、この配線端部に位置し記録装置本体からの電気信号を受け取るための外部信号入力端子Ｈ１３０１を有している。電気配線基板Ｈ１３００と記録素子基板Ｈ１１００は、電気的に接続されており、接続方法は、例えば、記録素子基板Ｈ１１００の電極Ｈ１１０３と電気配線基板Ｈ１３００の電極端子Ｈ１３０２を金ワイヤーＨ１３０３（不図示）を用いたワイヤーボンディング技術によりにより電気的に接続される。電気配線基板Ｈ１３００の素材としては、例えば、配線が二層構造のフレキシブル配線基板が使用され、表層はポリイミドフィルムで覆われている。
【００３３】
第２のプレートＨ１４００は、例えば、厚さ０．５〜１ｍｍのＳＵＳ板で形成されている。なお、第２のプレートの素材は、ＳＵＳに限られることなく、耐インク性を有し、良好な平面性を有する材料で作られてもよい。そして、第２のプレートＨ１４００は、第１のプレートＨ１２００に接着固定された記録素子基板Ｈ１１００および該記録素子基板を取り込む開口部を有し、第１のプレートに接着固定される。
【００３４】
第２のプレートの開口部Ｈ１４０２と記録素子基板Ｈ１１００の側面によって形成される溝部には、第１の封止剤Ｈ１３０４が充填され、前記電気配線基板Ｈ１３００の電気実装部を封止している。また、記録素子基板の電極Ｈ１１０３は、第２の封止剤Ｈ１３０５で封止し、電気接続部分をインクによる腐食や外的衝撃から保護している。
【００３５】
また、第１のプレートＨ１１００の裏面側インク供給口Ｈ１２０１には、インク中に混入された異物を取り除くためのフィルター部材Ｈ１６００が接着固定される。
【００３６】
インク供給部材Ｈ１５００は、例えば、樹脂成形により形成され、共通液室Ｈ１５０１と、Ｚ方向基準面Ｈ１５０２を具備している。そして、Ｚ基準面Ｈ１５０２は、記録素子ユニットを位置決め固定するとともに、記録ヘッドＨ１０００のＺ基準となっている。
【００３７】
先述の図２に示した通り、記録ヘッドＨ１０００は、記録素子ユニットＨ１００１をインク供給部材Ｈ１５００に結合することにより完成する。
【００３８】
結合は以下のように行われる。
【００３９】
インク供給部材Ｈ１５００の開口部と記録素子ユニットＨ１００１を第３の封止剤Ｈ１５０３により封止し、共通液室Ｈ１５０１を密閉する。そして、インク供給部材のＺ基準Ｈ１５０２に記録素子ユニットＨ１００１のＺ基準Ｈ１５０２を、例えば、ビスＨ１９００等により位置決め固定する。第３の封止剤Ｈ１５０３は、耐インク性があり、かつ、常温で硬化し、かつ、異種材料間の線膨張差に耐えられる柔軟性のある封止剤が望ましい。
【００４０】
また、記録素子ユニットＨ１００１の外部信号入力端子Ｈ１３０１部分は、例えば、インク供給部材Ｈ１５０１の裏面に、位置決め固定される。
【００４１】
図５（a）、図５（b）及び図６（a）、図６（b）は、記録ヘッドの吐出ノズルを省略した記録ヘッドの実施例を示し、本発明の課題を説明する記録ヘッドの断面図図５（a）と平面図図５（b）図６（a）と断面写真図６（b）である。Ｓｉ基板１には、熱酸化膜ＳｉＯ2等からなる蓄熱層２を介して薄膜抵抗体で形成される温度検知素子３と接続配線のためのＡｌ等の個別配線３１、共通配線３３および後述するヒータとＳｉ基板に形成された制御回路を接続するＡｌ配線が形成され、更に層間絶縁膜４を介してＴａＳｉＮ等の電気熱変換素子（ヒータ）５、ＳｉＯ2等のパシベーション膜６、電気熱変換素子上の耐キャビテーション性を高める為にＴａ等の耐キャビテーション膜７が半導体プロセスで高密度に積層されて形成される。薄膜抵抗体で形成される温度検知素子３は前記熱エネルギー変換体５の各々の直下に分離独立して配置される。各温度検知素子に接続される温度検知素子の個別配線３１、共通配線３３は温度検知素子の情報を検出する検出回路の一部として構成される。
【００４２】
図６（a）では、センサをスネーク形に形成する事によって、図５（b）でセンサをヒータと略同一形状の略正方形に形成した場合に比べて、抵抗率が低い例えばAlやAlCu等の薄膜抵抗体温度検知素子の抵抗値を大きく設定することが容易になり、更にヒータ直下に配置して構成される事で、より微小の温度変化を精度良く検出できる利点がある。図６（ｂ）はその断面写真である。ところで薄膜抵抗体で形成されるセンサをスネーク形に形成する事によって、図６（ｂ）の断面写真からも明らかなように、その上部に略正方形に形成されるヒータ面とその上部の耐キャビテーション膜7の表面に段差が形成される。この段差はヒータの急峻な加熱によって耐キャビテーション膜を介してインク界面に発生する泡の発泡圧力に微妙な変化を及ぼし、我々の実験ではインクの吐出速度で約20％、吐出量で約5％減少することが判っている。
【００４３】
図７は上記図５の場合に比べて抵抗率が低い例えばAlやAlCu等の薄膜抵抗体温度検知素子の抵抗値を大きく設定することが容易になり、更に図６の場合に問題となる吐出への影響を排除して、ヒータ面とヒータ面上部の耐キャビテーション膜7の表面に段差が発生しない構成を提供する。図7（a）は最も基本となる構成を示し、センサー形状とヒータ形状を折返し（スネーク）形状とし、略同一形状とする。センサーはスネーク形状とすることで抵抗率が低い薄膜抵抗体で形成される場合でも抵抗値を高く設定できると同時に、ヒータ形状を折返し（スネーク）形状とし、センサー形状と略同一形状とする（センサー形状を折返し形状とし、ヒータ形状と略同一形状とする）事によって温度変化に敏感なセンサーを提供できるとともに、ヒータ面とヒータ面上部の耐キャビテーション膜7の表面に段差が形成されない構成を提供することが可能である。図７（b）はセンサー形成工程におけるバラツキ等を考慮してヒータの幅よりも寸法a1の余裕を設定することによってヒータとヒータ面耐キャビテーション膜7の表面に段差が発生しない構成を提供できることを示している。図8はヒータの加熱によるセンサー面上の温度分布を考慮した形状にすることによって、より温度変化に敏感なセンサーを提供できる構成を示し、センサー面ｘ-ｘ'断面の温度分布との関係を示しており、ヒータには取出し配線からヒータ1−折返し配線−ヒータ2−取出し配線を経由して電力が供給された時に、ヒータ1とヒータ2との隙間の温度T1は、ヒータ1とヒータ2の各々外側の温度T3よりも高く、ヒータ1とヒータ2の中心部の温度T2よりも低く、T3とT2との間の値をとる。従って、ヒータの幅よりも広げる寸法余裕をヒータ1とヒータ2との隙間の寸法a2を図７（b）の寸法a1に対してa1＜a2とする事で、更に温度変化に敏感なセンサーを提供できる。図９（a）、図９（b）は図７の1回折返しの実施例を改良した構成を示し、図９（a）は2回折返しによってよりセンサー抵抗値をアップするとともに、取出し配線を反対方向から取出すことを可能としている。図９（b）は3回折返しによってよりセンサー抵抗値をアップするとともに、取出し配線を同一方向から取出すことを可能としている。ヒータやセンサーの形成工程における配線幅の精度やインクジェット記録ヘッドにおける前述したインク供給口や制御回路の構成において最適な構成を選択できることを示したが、いずれの構成でもヒータ形状を折返し（スネーク）形状とし、センサー形状と略同一形状とする（センサー形状を折返し形状とし、ヒータ形状と略同一形状とする）事によって温度変化に敏感なセンサーを提供できる事を示している。以上、電気熱エネルギー変換素子の直下に配置した薄膜抵抗体からなる温度検知素子の場合の構成について詳述したが、本構成はAl配線層に温度検知素子を形成するので従来の構成を大きく変えることなく形成できるという利点がある。一方、より高精度の温度変化を検知できる、電気熱エネルギー変換素子の直上に配置した薄膜抵抗体からなる温度検知素子の場合に本構成を採用することでも本実施例で説明した効果が期待できることは明らかである。
【００４４】
不吐検知回路及び駆動回路の構成について説明する。
【００４５】
図１０は本発明の実施例の回路図である。温度検知回路C10は、温度検知素子である薄膜抵抗のs11、s12と、温度検知素子に直列に接続してON/OFFするMOSトランジスタM11、M17と、温度検知素子s11、s12の一端を個別に接続したアナログスイッチのMOSトランジスタM13、M16と、温度検知素子s11、s12のもう一方の端子に個別に設けたアナログスイッチのMOSトランジスタM12、M15と、更にM12、M15出力に接続したアナログスイッチM14 とから構成しており、ここでは温度検知素子が2ビットの構成例である。温度検知回路C20も同様に構成している。定電流回路35は、定電流源Irefと、定電流源を駆動するMOSトランジスタM9とM9とカレントミラーを構成し、温度検知素子群に定電流を供給するMOSトランジスタM8とから構成している。制御回路36は、M11、M12をON/OFF制御するS11と、M15、M17をON/OFF制御するS12と、M13、M16、M14 をON/OFF制御するC1を発生する。同様に温度検知回路C20の制御信号S21、S22、C2を発生する。
【００４６】
次に不吐検知回路及び駆動回路の動作について説明する。まずC1信号でM13、M16、M14をON状態にする。続いてS11信号でM11、M12をONさせて定電流回路35で設定した定電流をM8を通してセンサs11に印加する。この時の温度に応じたセンサs11抵抗値と電流でセンサs11両端には電圧が発生する。この両端電圧をM13、M12、M14を通して出力電位Vcom及びVsegを発生する。こうしてセンサs11の温度検知電圧が読み出される。次にセンサs12においては、C1信号でM13、M16、M14をON状態にしてS12信号でM17、M15をONさせて温度検知電圧を読み出す。センサs21、s22も同様な工程で読み出す。このようにマトリクス駆動（ここでは2列×2行マトリクス）して温度検知素子1ビットずつ時分割で選択して読み出す。このように、温度検知素子に定電流バイアスをかけ、両端子に個別アナログスイッチを設けて、温度に応じて変化する温度検知電圧を選択的に読み出し、さらに微弱な温度検知電圧を差動増幅（差動増幅回路の図は省略）することにより、任意のヒーターの温度状態を精度よくモニターすることができるようになる。
【００４７】
以上のような方法で吐出ヒータON前の初期温度と最高温度到達時のピーク温度の2ポイントの測定をした場合、たとえば解像度１２００ＤＰＩでＡ４縦長さのラインヘッドを用いて印字するプリンタでは約１００００ライン/枚、時分割数２０として１ラインでその半分の１０ビットの検出（初期値も検知した場合）が可能であるから１ページでは１０００００回の測定ができる。１チップのノズル数を約９００本で、約１００回の検出が可能である。印字dutyを２０％とすると平均２０回の吐出時の不吐検知ができる。検出素子のヒートデータ有り無しは装置本体で印字データと検出素子を比較して判断する。
【００４８】
図１１と図１２は、不吐出判定方法を説明する温度プロファイルとヘッドの状態を説明する図であり、図１１はノズル初期温度（Ｔｉｎｉ）が２５℃のときに抵抗値３６０Ωのヒーターに２０Ｖのパルスを０．８０μｓｅｃ[パルス印加時間（ｔｓ〜ｔｅ）]印加したときの、正常にインクが吐出されたとき（a）と各吐出異常状態のとき（b-1）（b-2）（c）（d）のセンサの温度プロファイルを示しており、図１２（a）は正常吐出状態のヘッド状態、図１２（b‐2）、図１２（c）、図１２（d）は各吐出異常状態のときのヘッドの状態を説明している。なお、図１１は吐出動作を一回行った際の温度変化を示している。（b‐1）は、諸々の原因によって微小な気泡が凝集し大きな気泡となり、耐キャビテーション膜の上方に残留（状態図は省略）したことにより吐出異常（以下、泡不吐と称する）の場合、耐キャビテーション膜から気体へ熱が伝わり難いので熱はヒーターボードに蓄熱される。したがって温度センサで検出される温度は正常吐出の時に比べ高い温度（この時の最大値となるタイミングを‘最高温度到達時’と定義する）となる。（b‐2）は、流路内に不純物が堆積し、次の駆動信号が印加されるまでにインク再充填が間に合わないことにより吐出異常（以下、流路詰りと称する）の場合、少量のインクが耐キャビテーション膜上に存在しているので（b‐1）の泡不吐のときに比べ熱はインクに伝わるので、温度センサで検出される温度は正常吐出の時に比べ高い温度となるが、泡不吐のときよりも低い温度となる。次に（c）は、インクジェット記録の液滴吐出時においては、液滴吐出時の尾部がインク自身の表面張力によって滴となり、本来印字に必要な液滴とは別に、副次的なインク滴（以下サテライトと呼ぶ）や霧状のインク滴（以下ミストと呼ぶ）が発生し、このサテライトやミストが記録ヘッドの吐出口の周りに付着すると、インクの飛翔が妨げられて着弾位置がずれるなどの吐出異常（以下、ヌレ異常と称する）が発生する状態の場合、ノズル表面に付着したインクがメニスカスの後退に伴い吐出口内へと捲き込まれることにより、正常吐出状態のときのインク再充填がされる時間よりも早く耐キャビテーション膜にインクが接触する結果、ノズル表面に付着したインクが耐キャビテーション膜に触れる前までは正常吐出と同じ温度プロファイルをとるが、ノズル表面に付着したインクが耐キャビテーション膜に接すると温度は正常吐出のときよりも早いタイミング（これを‘リフィル前’と定義する）で降下する。更に（d）は、流路内の不純物が吐出口に詰まり、気泡の生成、成長に伴うインク吐出が正常に行えない吐出異常（以下、ゴミ不吐と称する）の場合、吐出口の一部分あるいは全てが塞がっているため気泡は共通液室側へ膨張し、インクの再充填によって耐キャビテーション膜２６上にインクが接触するタイミング（これを‘リフィル中’と定義する）が正常吐出の時に比べ遅くなり、共通液室から再充填されるインクによって冷却されるタイミングが正常吐出と異なる。
【００４９】
説明した条件で、各ヘッドの状態を各タイミングで測定した結果を表１に示す。
【００５０】
【表１】
2009101573.tif 000003
以上説明したように、最高到達温度、リフィル温度、リフィル中温度の各タイミングにおけるセンサー温度によって正常吐出の場合と吐出異常の各状態の場合とを容易に判別することが可能である。更に吐出状態前の初期温度を測定することで、正確に各ノズルの状態を判別することが可能となる。表1の値は、電気的バラツキや熱的バラツキによって変動するので一実施例を示しているが、電気的熱的バラツキをキャリブレーションする事で判別することが可能である。
【００５１】
図１３は本発明の記録ヘッドを用いたフルマルチインクジェットプリンターの概略図である。Ａ１０はカセット給紙、Ａ８は手差し給紙であり給紙方式として、給送ローラーと分離パッドにより記録紙を一枚ずつ分離する方式（デュプロ方式）や、ツメ分離方式、リタード方式などが考えられる。カセット給紙Ａ１０や手差し給紙９により給紙された記録紙（図は省略）は、止まっているレジストローラー対Ａ４のニップへ記録紙の先端を突き当て、さらに少し給送ローラーを回転させレジストローラーＡ４と給送ローラーＡ８の間で記録紙にたるみをつくらせることにより、記録紙の斜送を補正することができ、さらに記録紙がレジストローラーのニップへ突き当たったことをフォトセンサーで検知してからレジストローラーを回転させ、レジストローラーＡ４の回転開始をトリガーとして記録ヘッドの記録タイミングをあわせることにより記録紙上の所定位置に画像を形成することができる。レジストローラーにより搬送された記録紙は、搬送ベルトＡ５ｄとピンチローラー対Ａ１２とで挟持され、さらにピンチローラーＡ１２の下ローラーＡ１２ｂには高圧がかけられておりまた上ローラーＡ１２ａは接地されていることにより、ピンチローラーＡ１２を通った記録紙は搬送ベルトａ５ｄに静電吸着されながら搬送する。そして搬送ベルト上に静電吸着された記録紙は不図示のパルスモータである駆動源によって駆動される駆動ローラーＡ５ｂによって搬送されるベルトＡ５ｄによって記録ヘッドＡ１Ｋ〜Ａ１Ｃの直下の印字開始位置まで搬送される。搬送ベルトＡ５ｄは駆動ローラーＡ５ｂと従動ローラーＡ５ａ及び圧力ローラーＡ５ｃとによって張架され、その圧力ローラーＡ５ｃは一端が図示しない搬送ベルト筐体Ａ５ｅに揺動可能に付けられたアーム（不図示）の他端に回動可能に付けられ、アームがバネによって押圧されることで搬送ベルトＡ５ｄに張力を加している。Ａ１Ｋ、Ａ１Ｙ、Ａ１Ｍ、Ａ１Ｃは記録シートの記録領域の全幅にわたって複数の記録素子が配列するフルラインタイプの記録ヘッドで、記録紙の搬送方向上流側からＡ１Ｋ（黒）、Ａ１Ｙ（イエロー）、Ａ１Ｍ（マゼンタ）、Ａ１Ｃ（シアン）の順に所定間隔で配置され、記録ヘッドＡ１はヘッドホルダ（不図示）に取り付けられている。以上のような構成において、記録紙は静電吸着力よって搬送ベルトＡ５ｄの上面に吸着され、記録ヘッドＡ１で印字されながら搬送ベルトＡ５ｄで搬送される。Ａ７は排紙ローラーで、不図示の伝達手段によって従動ローラーＡ７ｂの回転力によって駆動される。Ａ７ａは排紙ローラーＡ７と圧接する拍車で、印字後の記録紙Ｐは、排紙ローラーＡ７ｂと拍車Ａ７ａとによって挟持され、排紙トレイＡ１３へ排紙、収容されるようになっており、拍車Ａ７ｂは記録後の印字面を転走するため、印字された画像のインクがなるべく転移しないように先端をとがらせた形状となっている。
【００５２】
このようなインクジェット記録方式としては以下があげられる。
【００５３】
本発明は、特にインクジェット記録方式の中でも熱エネルギーを利用して飛翔的液滴を形成し、記録を行うインクジェット方式の記録ヘッドを用いた記録装置において優れた効果をもたらすものである。その代表的な構成や原理については、例えば、米国特許第４７２３１２９号明細書、同第４７４０７９６号明細書に開示されている基本的な原理を用いて行うものが好ましい。この方式は所謂オンデマンド型、コンティニュアス型のいずれにも適用可能であるが、特に、オンデマンド型の場合には、液体（インク）が保持されているシートや液路に対応して配置されている電気熱変換素子に、記録情報に対応していて核沸騰を越える急速な温度上昇を与える少なくとも一つの駆動信号を印加することによって、電気熱変換素子に熱エネルギを発生せしめ、記録ヘッドの熱作用面に膜沸騰を生じさせて、結果的にこの駆動信号に一体一で対応した液体（インク）内の気泡を形成出来るので有効である。この気泡の成長、収縮により吐出用開口を介して液体（インク）を吐出させて、少なくとも一つの滴を形成する。この駆動信号をパルス形状とすると、即時適切に気泡の成長収縮が行われるので、特に応答性に優れた液体（インク）の吐出が達成でき、より好ましい。このパルス形状の駆動信号としては、米国特許第４４６３３５９号明細書、同第４３４５２６２号明細書に記載されているようなものが適している。なお、上記熱作用面の温度上昇率に関する発明の米国特許第４３１３１２４号明細書に記載されている条件を採用すると、更に優れた記録を行うことが出来る。記録ヘッドの構成としては、上述の各明細書に開示されているような吐出口、液路、電気熱変換素子の組合わせ構成（直線状液流路又は直角液流路）の他に熱作用部が屈曲する領域に配置されている構成を開示する米国特許第４５５８３３３号明細書、米国特許第４４５９６００号明細書を用いた構成も本発明に含まれるものである。加えて、複数の電気熱変換素子に対して、共通するスリットを電気熱変換素子の吐出部とする構成を開示する特開昭５９−１２３６７０号公報や熱エネルギの圧力波を吸収する開孔を吐出部に対応させる構成を開示する特開昭５９−１３８４６１号公報に基いた構成としても本発明の効果は有効である。すなわち、記録ヘッドの形態がどのようなものであっても、本発明によれば記録を確実に効率よく行うことができるようになるからである。さらに、記録装置が記録できるプリント材の最大幅に対応した長さを有するフルラインタイプの記録ヘッドにおいて、複数記録ヘッドの組合せによってその長さを満たす構成や、一体的に形成された１個の記録ヘッドとしての構成のいずれでも本発明は有効に適用できる。加えて、シリアルタイプのものでも、装置本体に固定された記録ヘッド、あるいは装置本体に装着されることで装置本体との電気的な接続や装置本体からのインクの供給が可能になる交換自在のチップタイプの記録ヘッド、あるいは記録ヘッド自体に一体的にインクタンクが設けられたカートリッジタイプの記録ヘッドを用いた場合にも本発明は有効である。また、本発明の記録装置の構成として、記録ヘッドの吐出回復手段、予備的な補助手段等を付加することは本発明の効果を一層安定できるので、好ましいものである。これらを具体的に挙げれば、記録ヘッドに対してのキャッピング手段、クリーニング手段、加圧或は吸引手段、電気熱変換素子或はこれとは別の加熱素子或はこれらの組み合わせを用いて加熱を行う予備加熱手段、記録とは別の吐出を行なう予備吐出手段を挙げることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】記録ヘッドの外観斜視図。
【図２】記録ヘッドの分解斜視図。
【図３】記録素子ユニットの分解斜視図。
【図４】記録素子基板を説明する図（ａ）斜視図、（ｂ）Ａ−Ａ断面図。
【図５】本発明の課題を説明する第一の記録ヘッドの断面図（a）と平面図（b）。
【図６】本発明の課題を説明する第二の記録ヘッドの平面図（a）と断面写真（b）。
【図７】本発明の構成を説明し、（a）は最も基本となる構成図、（b）はセンサ形成工程におけるバラツキ等を考慮した構成図。
【図８】本発明の改良された構成図、(a)はヒータの加熱によるセンサ面上の温度分布を考慮した構成を説明する図、(b)は改良された構成図。
【図９】本発明の別の実施例を説明する構成図。
【図１０】本発明の回路構成図。
【図１１】本発明を説明する温度プロファイル。
【図１２】本発明の吐出状態を説明するヘッド状態の概念図。
【図１３】インクジェット記録装置を説明する図。
【符号の説明】
【００５５】
Ｈ１１０８  Ｓｉ基板
２  蓄熱層
３  温度検知素子
３１、３２  温度検知素子の個別配線
３３  Al共通配線
３４  SW素子
３５  定電流回路
３６  制御回路
４  層間絶縁膜
５  Ｈ１１０２：電気熱変換素子
６  パシベーション膜
７  耐キャビテーション膜
１１〜１８  記録ヘッド用チップ
Ｈ１０００  記録ヘッド
Ｈ１００１  記録素子ユニット
Ｈ１００２  インク供給ユニット
Ｈ１１００  記録素子基板
Ｈ１１０１  インク供給口
Ｈ１１０３  電極
Ｈ１１０４  インク流路
Ｈ１１０５  ノズル
Ｈ１１０６  ノズル群
Ｈ１１０７  発泡室
Ｈ１１１０  ノズルプレート
Ｈ１２００  第１のプレート
Ｈ１２０１  インク供給口
Ｈ１２０４  Ｘ方向基準
Ｈ１２０５  Ｙ方向基準
Ｈ１２０６  Ｚ方向基準
Ｈ１３００  電気配線基板
Ｈ１３０１  外部信号入力端子
Ｈ１３０２  電極端子
Ｈ１３０３  金ワイヤー（不図示）
Ｈ１３０４  第１の封止剤
Ｈ１３０５  第２の封止剤
Ｈ１４００  第２のプレート
Ｈ１５００  インク供給部材
Ｈ１５０１  液室（不図示）
Ｈ１５０２  Ｚ基準面
Ｈ１５０３  第３の封止剤（不図示）
Ｈ１５０４  インク供給口（不図示）
Ｈ１８００  インクタンク
Ｈ１８０２  チューブ
Ｈ１９００  ビス
C10、C20  温度検知回路
Vcom  Al共通配線側の出力電位
Vseg  個別電極側の出力電位
Ｍ４０００  インクジェット記録装置
Ｍ４００１  キャリッジ
Ｍ４００２  電気的接点
Ｋ１０００  記録媒体
Ａ１  記録ヘッド
Ａ２  ヘッドホルダ
Ａ４  レジストローラー
Ａ５ｄ  搬送ベルト
Ａ５ａ  従動ローラー
Ａ５ｃ  加圧ローラー
Ａ５ｅ  搬送ベルト筐体
Ａ５ｂ  駆動ローラー
Ａ７  排紙ローラー
Ａ８  給送ローラー
Ａ９  手差し給紙
Ａ１０  カセット給紙
Ａ１２  ピンチローラー
Ａ１３  排紙トレー
【図１】
2009101573.tif 000004
【図２】
2009101573.tif 000005
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2009101573.tif 000009
【図７】
2009101573.tif 000010
【図８】
2009101573.tif 000011
【図９】
2009101573.tif 000012
【図１０】
2009101573.tif 000013
【図１１】
2009101573.tif 000014
【図１２】
2009101573.tif 000015
【図１３】
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