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JPH08252926A - 記録ヘッド及びその記録ヘッドを用いた記録装置 - Google Patents

記録ヘッド及びその記録ヘッドを用いた記録装置

Info

Publication number
JPH08252926A
JPH08252926A JP7058465A JP5846595A JPH08252926A JP H08252926 A JPH08252926 A JP H08252926A JP 7058465 A JP7058465 A JP 7058465A JP 5846595 A JP5846595 A JP 5846595A JP H08252926 A JPH08252926 A JP H08252926A
Authority
JP
Japan
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ink
recording
recording head
circuit
sensor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP7058465A
Other languages
English (en)
Inventor
Masaaki Izumida
昌明 泉田
Yoshiyuki Imanaka
良行 今仲
Yuji Kamiyama
雄次 上山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
Priority to JP7058465A priority Critical patent/JPH08252926A/ja
Priority to US08/615,822 priority patent/US5886713A/en
Publication of JPH08252926A publication Critical patent/JPH08252926A/ja
Pending legal-status Critical Current

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  • Ink Jet (AREA)
  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 記録ヘッドのコストを上げたり、大型化を生
じさせることなく、また、記録装置に処理の負担をかけ
ることなく、インク落ちを発生させないようにインクの
有無をモニタし記録制御を行なうことができる記録ヘッ
ドと及びその記録ヘッドを用いた記録装置とを提供す
る。 【構成】 記録ヘッド内にセンサ出力を信号処理する回
路を組み込んだインクセンサ５０１〜５０２、或いは、
温度センサ４００を設け、そのセンサからの信号処理さ
れた結果の出力を記録装置の制御回路に出力する。一
方、その制御回路では入力信号のレベルに従って、記録
動作を停止させ、インク吸引回復動作を行なうよう制御
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は記録ヘッド及びその記録
ヘッドを用いた記録装置に関し、特に、インクジェット
方式によって記録を行なう記録ヘッド及びその記録ヘッ
ドを用いた記録装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来よりインクジェット方式に従うプリ
ントは、そのプリント時に発生する騒音を無視できる程
度に小さくできるとともに、高速プリントも可能であ
り、しかも特別な処理を必要とせずにいわゆる普通紙に
定着してプリントできるなどの長所があることから注目
を集めてきた。
【０００３】その中で、例えば、特開昭５４−５１８３
７号公報、ドイツ特許公開（ＤＯＬＳ）第２８４３０６
４号公報に記載されているインクジェットプリント方法
は、熱エネルギーを液体に作用させて、インク吐出のた
めの原動力を得るという点において、他のインクジェッ
ト方式に従うプリント方法とは異なる特徴を有してい
る。
【０００４】即ち、上記の公開公報に開示されているプ
リント方法によれば、熱エネルギーの作用を受けた液体
が急峻な体積の増大を伴う状態変化を起し、その状態変
化によって生じる作用力によって、プリンタの記録ヘッ
ド部先端のオリフィスから液体が吐出されて、飛翔液滴
が形成され、その液滴が記録用紙などの記録媒体に付着
して記録が行われる。
【０００５】殊に、ＤＯＬＳ第２８４３０６４号公報に
開示されているインクジェットプリント方法によれば、
いわゆるドロップ−オン−デマンドのプリント方法に極
めて有効に適用されるばかりでなく、記録ヘッドを容易
にラインプリンタ型の高密度にマルチオリフィス化され
たヘッドに具現化できるので、高解像度、高品質の画像
を高速で得られるという特徴を有している。
【０００６】以上のプリント方法に適用されるプリンタ
装置の記録ヘッドは、液滴を吐出するために設けられた
オリフィスと、このオリフィスに連通し、液滴を吐出す
るための熱エネルギーが液体に作用する部分である熱作
用部を構成の一部とする液流とを有するインク吐出部
と、熱エネルギーを発生する手段としての電気熱変換体
（発熱材）とを具備している記録ヘッド基体を含むもの
である。
【０００７】このような記録ヘッド基体には、一列に配
列された複数の発熱体と、１対１で対応してその発熱体
を入力画像データに応じてそれぞれ駆動させるドライバ
と、順次入力される画像データを各ドライバに並列に出
力するため発熱体の数と同一ビット数の画像データを一
時的に格納するシフトレジスタと、そのシフトレジスタ
から出力されるデータを一時記憶するラッチ回路とが、
同一基板上に設けてられている。このような同一基板上
に設けられた記録ヘッド基体は、シリコン基板にＢｉ−
ＣＭＯＳと呼ばれるバイポータトランジスタとＣ−ＭＯ
Ｓトランジスタの混在するＩＣ上に発熱素子を形成して
記録ヘッド基体を構成する。
【０００８】図１０は従来の６４個の記録素子を備える
記録ヘッド基体の内部等価回路図である。図１０におい
て、１０１は一列に６４個配列された発熱体、１０２は
パワートランジスタ、１０３はラッチ回路であり、１０
４はシフトレジスタである。また、１０５はシフトレジ
スタを動作させるためのクロックを入力するクロック入
力端子、１０６は画像データ入力端子、１０７はパワー
トランジスタ１０２のオン時間を外部から制御するため
のヒートパルス幅制御信号を入力するスロトーブ入力端
子、１０８はロジック回路電源入力端子、１０９はロジ
ック回路のＧＮＤ端子、１１０は発熱体駆動電源（Ｖ
Ｈ）入力端子、１１１はパワートランジスタ１０２のＧ
ＮＤ端子、１１７はラッチ信号入力端子、１１８はＡＮ
Ｄ回路である。
【０００９】以上が最小限必要な構成である。さて、イ
ンクジェット方式に記録ヘッドにおいては、同時にイン
クを吐出する素子数を減らすことにより、インクタンク
からのインク供給が記録画像の品位に影響を与えること
がなくなるので、高品位が画像記録が得られる。従っ
て、記録ヘッド内に備えられた複数の記録素子を異なる
タイミングで動作させるために複数ブロックに分割し、
かつ、隣接し合う記録素子からインクを同時に吐出させ
ないように配慮されている。
【００１０】例えば、図１０に示す記録ヘッドでは６４
個の記録素子を８個つづ８つのブロックに分割し、その
ブロックごとに記録動作が行なわれる。さらに、同一ブ
ロックであっても互いに隣り合う記録素子から同時にイ
ンク吐出が行なわれないように後述のように奇数番目の
記録素子と偶数番目の記録素子は別々のタイミングで記
録を行なうようにしている。このため、ブロック選択信
号を入力する入力端子１１４〜１１６、奇数素子選択信
号を入力する入力端子１１２、偶数素子選択信号を入力
する入力端子１１３、デコーダ１１９が設けられてい
る。ここで、奇数素子選択信号とは、図１０に示す発熱
体の左上に記した記号（1st, 2nd, 3rd,…,64th）の
内、奇数番号の発熱体を選択してインクの吐出を行なわ
せる制御信号であり、一方、偶数素子選択信号とは偶数
番号の発熱体を選択してインクの吐出を行なわせる制御
信号である。また、デコーダ１１９は３ビットのブロッ
ク選択信号１１４〜１１６に従って、８つのブロックの
内の１つを選択する。
【００１１】以上の構成をした記録ヘッドを有するプリ
ンタでは、画像データが画像データ入力部１０６からシ
フトレジスタ１０４に直列（シリアル）に入力され、６
４ビット分の画像データが入力されると、その入力画像
データは、ラッチ回路１０３においてラッチされる。そ
して、そのラッチデータと、入力端子１０７から入力さ
れるヒートパルス幅制御信号とがＯＮであり、かつ、デ
コーダ１１９で選択したブロックの奇数或いは偶数番目
のパワートランジスタ１０２がオンとなり、発熱体１０
１が駆動され、駆動された発熱体１０１に対応するイン
ク流路中のインクが加熱されると、吐出口からインクが
吐出し画像記録が行われる。
【００１２】図１１は図１０で示した記録ヘッド基体の
断面図である。図１１に示すように、Ｐ導電体のＳｉ基
板２０１にＡｓなどのドーパントをイオンプランテーシ
ョン及び拡散の手段により導入し、Ｎ型エピタキシャル
層２０３を形成する。さらに、Ｎ型エピタキシャル層２
０３にＢ等の不純物を導入し、Ｐ型ウエル領域２０４を
形成する。その後、フォトリソグラフィと酸化拡散及び
イオンプランテーション等の不純物導入を繰り返してＮ
型エピタキシャル領域にｐ−ＭＯＳ２５０、Ｐ型ウエル
領域にｎ−ＭＯＳ２５１が構成される。ｐ−ＭＯＳ２５
０及びｎ−ＭＯＳ２５１は、それぞれ厚さ数百Åのゲー
ト絶縁膜２０８を介してＣＶＤ法で堆積したポリシリコ
ンによるゲート配線２１５及びＮ型あるいはＰ型の不純
物導入したソース領域２０５、ドレイン領域２０６で構
成される。
【００１３】以上のＭＯＳトランジスタによりラッチ回
路１０３、シフトレジスタ（Ｓ／Ｒ）１０４のロジック
部が構成される。また、発熱素子のドライバ１０２とな
るＮＰＮ型パワートランジスタ２５２は、やはり不純物
導入及び拡散等の工程によりＮ型エピタキシャル層中
に、コレクタ領域２１１、ベース領域２１２、エミッタ
領域２１３などで構成される。
【００１４】また、各素子間は、フィールド酸化によ
り、酸化膜分離領域２５３を形成し素子分離されてい
る。このフィールド酸化膜は、発熱素子２５５下におい
ては、一層目の畜熱層２１４として作用する。各素子が
形成された後、層間絶縁膜２１６がＣＶＤ法でＰＳＧ、
ＢＰＳＧで堆積され、熱処理により平坦化処理等されて
からコンタクトホールを介し、一層目のアルミ電極２１
７で配線がされている。その後、プラズマＣＶＤ法によ
るＳｉＯ等の層間絶縁膜２１８を堆積し、更にスルーホ
ールを介して、ヒータ層２１９と２層目のアルミ電極２
１８を形成している。
【００１５】保護膜２２１は、プラズマＣＶＤ法によＳ
ｉＮ膜が形成されている。最上層には耐キヤビテーショ
ン膜２２２が、Ｔａ等で堆積され、パッド部２５４を開
口して形成する。また、２２０は別のＡｌ（アルミ）電
極である。ここでは、パワートランジスタをバイポーラ
トランジスタで構成したが、ＭＯＳトランジスタで形成
してもよい。
【００１６】以上説明したように、高品位記録を追求し
たインクジェット方式に従う記録ヘッドの駆動回路は図
１０に示したように記録ヘッドの回路を複数ブロックに
分割しており、これによって、インクタンクから記録ヘ
ッドへの集中的なインク供給が発生せず、無理なくイン
ク供給がなされる。さらに、隣接記録要素から同時にイ
ンクを吐出させないことにより、インク液室からインク
ノズルへのインク供給が安定する。また、発熱素子の駆
動によるインクの吐出の際には、吐出方向のみならず、
共通液室３０５（図１２）側へも圧力が加わるため、隣
接する記録要素のノズルに対してリフィルを効率良く行
うように作用し、安定したインクの供給が可能になる。
【００１７】図１２は従来のインクジェット方式に従う
記録ヘッドの構造を示す立体斜視図である。図１２にお
いて、３０１はノズルとノズルを区切る流路壁、３０２
は流路、３０３は天板、３０４は吐出口、３０５は複数
のノズルにインクを供給する共通インク液室、３０６は
インクタンク（不図示）から共通インク液室３０５にイ
ンクを供給するインク供給口である。
【００１８】以上の構成によって、実際の記録は、ノズ
ル内にあるインクを発熱素子にエネルギーを印加する事
で加熱し、インク液滴をノズルから吐出させ、そのイン
ク液滴を記録媒体に付着させる事で実行される。さて、
インクタンクからノズルにインクを供給するインク供給
口３０６や共通インク液室３０５に泡が発生して成長
し、その泡がインクのリフィルと共に移動して流路３０
２に到達すると、インクタンクにまだインクがあるにも
かかわらず、インク落ちと呼ばれるインク不吐出が発生
し、実際の記録にはドット落ちが発生して記録品質が著
しく損なわれる。このようなインク不吐出による記録不
良は、当然再記録につながり、記録時間のロスや記録用
紙の浪費となる。このような現象は、インクジェット方
式の記録装置としては、決して望ましくないことであ
る。 従って、従来のインクジェット方式の記録装置で
は、こうした記録不良の発生を防止するために、次の２
つの対策を施している。
【００１９】（１）記録動作前に定期的にノズルからイ
ンクを吸引する自動回復を実行する。 （２）記録ヘッド内部に備えられた温度センサで記録ヘ
ッドの内部温度を測定し、インク落ち発生時のインク不
吐出による記録ヘッド内部温度の異常昇温を検知し、そ
の検知結果に従って、インク吸引回復を行なう。具体的
には、記録ヘッド放置中のノズル内の増粘インクを記録
前に排出するための予備吐出と呼ばれるインク吐出動作
前後の記録ヘッド内部温度を温度センサで測定し、その
温度差によって、インク落ちが発生するか、或いは、イ
ンクが正常に吐出するかを判断する。もし、インク供給
が途中で切れると、記録ヘッドの内部温度がインク正常
吐出時に比較して数１０℃以上高くなるので、その様な
異常昇温を検知した場合、インク吸引動作を自動的に行
なうのである。さらに記録動作実行中も定期的に温度測
定を行ない、記録ヘッドが異常昇温がないかモニタして
いる。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記実施
例では、２つの対策各々に関し、以下のような問題があ
った。 （１）定期的にノズルからインクを吸引するために、イ
ンク不吐出が発生しない場合でもインクを吸引してしま
うため、実際の記録に寄与しない不要なインク量が増
え、記録用紙１枚当たりのランニングコストがアップす
る。また、吸引されたインクは、記録装置本体にストッ
クされ、このための貯溜インクタンクが、装置の小型
化、軽量化を妨げる。特に、吸引されたインクを不要な
インクとして廃タンク貯留部材に回収する場合、貯留部
材の交換が頻繁に必要となってしまう。
【００２１】（２）記録装置に記録ヘッドの内部温度の
測定機能と演算機能が必要であり、測定機能は記録装置
のコストアップにつながり、頻繁な温度測定と温度差演
算は制御回路のＣＰＵの負荷増大となって、記録速度が
低下するという記録装置にとって致命的な弊害が発生す
る。さらに、インク落ち検知が１００％確実にできると
いうものではないという問題点もある。
【００２２】本発明は上記従来例に鑑みてなされたもの
で、装置の低コスト化小型化軽量化を達成し、さらに、
記録速度に影響を与えることなくインク落ちを精度良く
検出することができる記録ヘッド及びその記録ヘッドを
用いた記録装置を提供することを目的としている。
【００２３】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の記録ヘッドは以下のような構成からなる。即
ち、電気熱通電体に通電パルスを印加して熱を発生さ
せ、前記熱を用いてインクをノズルから吐出して記録媒
体に記録を行なう記録ヘッドであって、前記電気熱変換
体を駆動する駆動回路と、前記ノズル内に吐出のための
インクがあるか否かを判別するセンサ回路と、前記セン
サ回路からの出力を信号処理する処理回路と、前記信号
処理された結果を判別結果として外部に出力する出力端
子とを有し、前記センサ回路と前記処理回路と前記出力
端子は、前記駆動回路とともに同一基板内に実装される
ことを特徴とする記録ヘッドを備える。
【００２４】また他の発明によれば、上記の記録ヘッド
を用いる記録装置であって、前記出力端子からの出力さ
れる判別結果を入力する入力手段と、前記記録ヘッドの
吸引回復を行なう吸引回復手段と、前記判別結果に従っ
て、記録動作を停止し、前記吸引回復を実行するよう制
御する制御手段とを有することを特徴とする記録装置を
備える。
【００２５】
【作用】以上の構成により本発明は、ノズル内に吐出の
ためのインクがあるか否かを判別するセンサ回路と、セ
ンサ回路からの出力を信号処理する処理回路と、信号処
理された結果を判別結果として外部に出力する出力端子
とを、電気熱通電体を駆動する駆動回路とともに同一基
板内に実装するとともに、インクの有無を判別して信号
処理した判別結果を外部に出力するよう動作する。
【００２６】また他の発明によれば、前記の出力された
判別結果を入力し、その判別結果に従って、記録動作を
停止し、吸引回復を実行するよう制御する。
【００２７】
【実施例】以下添付図面を参照して本発明の好適な実施
例を詳細に説明する。 ＜装置本体の概略説明＞図１は、本発明の代表的な実施
例であるインクジェットプリンタＩＪＲＡの構成の概要
を示す外観斜視図である。図１において、駆動モータ５
０１３の正逆回転に連動して駆動力伝達ギア５００９〜
５０１１を介して回転するリードスクリュー５００５の
螺旋溝５００４に対して係合するキャリッジＨＣはピン
（不図示）を有し、ガイドレール５００３に支持されて
矢印ａ，ｂ方向を往復移動する。キャリッジＨＣには、
記録ヘッドＩＪＨとインクタンクＩＴとを内蔵した一体
型インクジェットカートリッジＩＪＣが搭載されてい
る。５００２は紙押え板であり、キャリッジＨＣの移動
方向に亙って記録用紙Ｐをプラテン５０００に対して押
圧する。５００７，５００８はフォトカプラで、キャリ
ッジのレバー５００６のこの域での存在を確認して、モ
ータ５０１３の回転方向切り換え等を行うためのホーム
ポジション検知器である。５０１６は記録ヘッドＩＪＨ
の前面をキャップするキャップ部材５０２２を支持する
部材で、５０１５はこのキャップ内を吸引する吸引器
で、キャップ内開口５０２３を介して記録ヘッドの吸引
回復を行う。５０１７はクリーニングブレードで、５０
１９はこのブレードを前後方向に移動可能にする部材で
あり、本体支持板５０１８にこれらが支持されている。
ブレードは、この形態でなく周知のクリーニングブレー
ドが本例に適用できることは言うまでもない。又、５０
２１は、吸引回復の吸引を開始するためのレバーで、キ
ャリッジと係合するカム５０２０の移動に伴って移動
し、駆動モータからの駆動力がクラッチ切り換え等の公
知の伝達機構で移動制御される。
【００２８】これらのキャッピング、クリーニング、吸
引回復は、キャリッジがホームポジション側の領域に来
た時にリードスクリュー５００５の作用によってそれら
の対応位置で所望の処理が行えるように構成されている
が、周知のタイミングで所望の動作を行うようにすれ
ば、本例にはいずれも適用できる。 ＜制御構成の説明＞次に、上述した装置の記録制御を実
行するための制御構成について説明する。
【００２９】図２はインクジェットプリンタＩＪＲＡの
制御回路の構成を示すブロック図である。図２におい
て、１７００は記録信号を入力するインタフェース、１
７０１はＭＰＵ、１７０２はＭＰＵ１７０１が実行する
制御プログラムを格納するＲＯＭ、１７０３は各種デー
タ（上記記録信号やヘッドに供給される記録データ等）
を保存しておくＤＲＡＭである。１７０４は記録ヘッド
ＩＪＨに対する記録データの供給制御を行うゲートアレ
イ（Ｇ．Ａ．）であり、インタフェース１７００、ＭＰ
Ｕ１７０１、ＲＡＭ１７０３間のデータ転送制御も行
う。１７１０は記録ヘッドＩＪＨを搬送するためのキャ
リアモータ、１７０９は記録紙搬送のための搬送モータ
である。１７０５は記録ヘッドＩＪＨを駆動するヘッド
ドライバ、１７０６，１７０７はそれぞれ搬送モータ１
７０９、キャリアモータ１７１０を駆動するためのモー
タドライバである。
【００３０】上記制御構成の動作を説明すると、インタ
フェース１７００に記録信号が入るとゲートアレイ１７
０４とＭＰＵ１７０１との間で記録信号がプリント用の
記録データに変換される。そして、モータドライバ１７
０６、１７０７が駆動されると共に、ヘッドドライバ１
７０５に送られた記録データに従って記録ヘッドＩＪＨ
が駆動され、記録が行われる。
【００３１】＜記録ヘッド回路基板の構成＞図３は本実
施例に従う記録ヘッドＩＪＨの回路基板の構成を示すブ
ロック図であり、図３（ａ）はインクセンサ５０１、５
０２を回路基板上に組み込んだ例であり、図３（ｂ）は
温度センサ４００を回路基板上に組み込んだ例である。
図３に示す構成要素各々に付した参照番号で、図１０〜
図１１で示した従来例の記録ヘッドと同じ構成要素には
同じ参照番号を付し、ここでの説明は省略する。また、
図３において、共通の構成要素の詳細な描画や本実施例
の特徴的な部分と関連のない部分は省略している。
【００３２】図３（ａ）においてパッド部２５４はイン
クセンサ５０１、５０２による検出信号出力端子とな
り、図３（ｂ）においてパッド部２５４は温度センサ部
４００の検出信号出力端子となる。以下、インクセン
サ、温度センサ夫々を組み込んだ場合の詳細な構成とそ
のインク落ち検出動作について説明する。ここで、イン
ク落ちとは前述の如く、インク供給口や共通液室等に発
生した気泡が起因して不吐出な状態になることである。
【００３３】［インクセンサ組み込みの場合］ここで
は、インクセンサを用いたインク落ち検知について説明
する。図３（ａ）では、発熱素子の耐キャビテーション
保護膜であるタンタル膜２２２の一部を、インクセンサ
（図４の７０１参照）となるようにパターニングし、さ
らにインクセンサ５０１、５０２の２つのセンサを基体
上に形成している。
【００３４】図４は、タンタル膜２２２の一部をパター
ニングしインクセンサを形成した記録ヘッド基体の断面
図である。図４によれば、保護膜２２１を成膜後、パッ
ド部２５４を開口し、その後、タンタル膜を成膜しパタ
ーニングすることで、センサ部７０１を形成している。
図４は、タンタル膜２２２の一部をパターニングしイ
ンクセンサを形成した記録ヘッド基体の断面図である。
図４によれば、保護膜２２１を成膜後、パッド部２５４
を開口し、その後、タンタル膜を成膜しパターニングす
ることで、センサ部７０１を形成している。また、基体
上のインクセンサ形成は、図５に示すように、ヒータ膜
となる抵抗層２１９でセンサ部を構成するようにしても
良い。この場合、保護膜２２１を成膜後、パッド部２５
４とインクセンサ部８０１を開口し、その後、タンタル
膜２２２を成膜し、キャビテーション膜としてパターニ
ングする。なお、図４〜図５では層間絶縁膜２１６から
下の層及びセンサ以外の部分は略してある。
【００３５】さて、センサ５０１と５０２の間の全抵抗
は、センサ５０１とタンタル膜との間のインク抵抗（Ｒ
１）と、タンタルの抵抗（Ｒ２）と、タンタル膜とセン
サ５０２との間のインク抵抗（Ｒ３）との総和である。
ここで、インクが記録ヘッドのノズル内にある場合は、
Ｒ１，Ｒ３》Ｒ２であり、その全抵抗値はインクの成分
によって異なるが、約数ＫΩである。これに対して、記
録ヘッド内に気泡等があってインクが存在しない場合
（即ち、インク落ちが発生する場合）、Ｒ１とＲ２はほ
ぼ絶縁抵抗となる。従って、インクセンサ５０２内で、
これら２つの抵抗値、即ち、約数ＫΩと絶縁抵抗に従っ
て、２つのレベルの信号を出力するアナログ回路を組み
込めば、その出力信号のハイレベルとローレベルとはイ
ンクの有無を表す信号となる。
【００３６】従って、記録装置でこの出力信号を入力
し、その信号レベルを判別さえすれば、その判別結果に
従って、記録動作を継続させたり、或いは、中止し自動
回復操作に移るよう制御できる。さて、図３（ａ）に示
した構成は、発熱体１０１とパワートランジスタ１０２
の両側に夫々、インクセンサを設けた構成であったが、
共通インク液室３０５はある程度の大きさがあるので、
精度よくインク有無、或いは、泡の状況を検知したい場
合は、図６に示すように、２ケ以上センサを配置、例え
ば、発熱体１０１とパワートランジスタ１０２の両側の
インクセンサ５０１、５０２に加えて、それらの中央部
にもう１つのインクセンサ５０３を配置するように構成
しても良い。この場合、中央部のインクセンサ５０３と
両側それぞれのインクセンサ５０１、５０２との抵抗値
Ｒ４とＲ５とを比較し、これらの抵抗値に著しく差があ
る場合には、共通インク液室３０５にはインクがないか
或いは気泡が存在するとして、記録動作を中止し自動回
復操作に移る。
【００３７】なお、図６において、パッド部２５４″は
インク有無を表す信号を記録装置に出力するもう１つの
出力端子である。 ［温度センサ組み込みの場合］ここでは、ダイオードを
温度センサとして使った場合のインク落ち検知について
を説明する。
【００３８】図７は記録ヘッドに組み込まれた温度セン
サとその処理回路を組込んだ温度センサ部４００の詳細
な構成を示す回路図である。これは、温度センサとして
ダイオードを用いた例である。図７において、４０１は
温度センサとして用いられるダイオード、４０２は温度
センサ４０１からの出力信号を直流電圧変換する定電流
回路、４０３はバッファ、４０４は増幅器、４０５は設
定温度（Ｔth）に相当する閾値電圧４０６と記録ヘッド
の温度（Ｔ）に相当する温度センサ出力との比較器、４
０７は記録装置ＩＪＲＡへの出力端子（パッド部２５４
に相当）である。ここで図示した回路構成からすれば、
出力端子４０７からは、Ｔ＞Ｔthとなるとその振幅が変
化する信号が出力される。従って、記録ヘッドがインク
落ちして基体温度が異常昇温すると記録装置ＩＪＲＡへ
信号を出力する 一方、記録装置ＩＪＲＡの制御回路は、図８に示すフロ
ーチャートのように、出力端子４０７からの信号を受信
して、記録動作制御を実行する。
【００３９】即ち、ステップＳ１では出力端子４０７か
らの信号を入力し、ステップＳ２ではその入力信号のレ
ベルから記録ヘッドの内部温度（Ｔ）が閾値（Ｔth）を
越えたかどうかを調べ、Ｔ≦Ｔthであれば処理は終了す
るが、Ｔ＞Ｔthであれば処理はステップＳ３に進み、記
録動作を中止する。そして、ステップＳ４では、吸引回
復動作を行なう。なお、ステップＳ２の処理は温度計算
や温度比較の処理は必要ではなく、ただ、入力信号レベ
ルがハイレベルであるかローレベルであるかを調べれば
良い。
【００４０】このように、記録ヘッド内に温度センサと
処理回路を有することにより、記録ヘッド内でセンサ信
号をアナログ処理するので、記録装置側でプログラムを
実行させて演算処理する必要がなく、記録装置の制御回
路ではＭＰＵの演算負荷をかけることなくリアルタイム
に簡単な処理によって、記録装置は記録ヘッドによる記
録動作を停止し、ノズルからインク吸引する回復動作に
移行できる。
【００４１】なお、図７に示した温度センサとその処理
回路は、記録ヘッド基体内のヒータドライバやロジック
回路と同じＢｉ−ｃｍｏｓプロセスで形成可能なので、
記録ヘッド基体内に集積化可能であり、この程度の回路
であれば、従来の記録ヘッド基体の余裕スぺースに集積
化できるので、コストアップにはならない。ここで、温
度センサはダイオードを用いて説明したが、Ｂｉ−ｃｍ
ｏｓプロセスと発熱素子の成膜プロセスで使う材料であ
れば、たとえば、金属アルミやポリシリコンでも温度に
対しての抵抗値が変化が大きいので温度センサとして用
いることができ、ダイオードと同様の機能が得られる。
例えば、図９に示すように、図７に示したダイオード４
０１の代わりに、金属アルミやポリシリコンなどをイン
クセンサ抵抗として用いて回路を構成することもでき
る。
【００４２】以上説明したように、本実施例では、イン
クセンサ、或いは、温度センサを記録ヘッドに組み込ん
で、そのセンサから得られる信号を記録装置の制御回路
に入力して記録制御を行なうが、より高精度な記録制御
のために、記録ヘッドに上記構成のインクセンサと温度
センサの両方を組み込み、これらのセンサからの信号に
基づいて、記録制御を行なっても良い。
【００４３】従って本実施例に従えば、インクセンサ、
或いは、温度センサ、或いは、インクセンサと温度セン
サからの処理された出力信号を、記録装置の制御回路が
入力して、その入力信号に従って、気泡等の存在や記録
ヘッドの内部の異常な温度上昇が認められたときには、
記録動作を停止させ、吸引回復を行なわせることができ
る。これによって、インク落ちによる記録不良を防止す
ることができる。
【００４４】また、記録ヘッド内でセンサ出力を処理し
て、記録装置に出力するので、記録装置の制御回路では
複雑な処理を行なうことなく、ＭＰＵに負荷をかけるこ
とないので、簡単な処理でかつ高速に記録制御が実行で
きる。このため、高性能のＭＰＵを実装しなくとも十分
に処理が可能となり、コストアップを生じないという利
点がある。さらに、記録ヘッドに実装するセンサとその
処理回路もその規模が大きいものではないので、半導体
製造プロセスを利用して回路を形成すれば、コストアッ
プを生じないという利点がある。
【００４５】さらに以上のような記録制御の結果、定期
的なインクの自動回復が不要となるので、吸引回復動作
で消費されるインク量が画期的に少なくなり、記録動作
に伴うランニングコストを減少させることができるとい
う利点もある。例えば、従来の記録ヘッド一体型インク
カートリッジでは毎日記録用紙５枚ずつ記録すると数日
毎に定期的に吸引回復を行なって約９０日の使用期間に
約４５０枚の記録ができたが、上記の制御では約１００
日で記録用紙５００枚分の記録が可能となり、その分ラ
ンニングコストが下がった。
【００４６】さらにまた、回復操作で吸引するインク量
が少なくなったので記録装置本体の吸引したインクを貯
溜するインクタンクを小さくでき、小型化軽量化が達成
できるという利点もある。また本実施例では記録媒体と
して記録用紙を例にしたが本発明はこれによって限定さ
れるものではなく、例えば、布、糸、シート材等の各種
インク供与を受けるインク支持体を含むものである。
【００４７】本発明は、特にインクジェットプリンタの
中でも熱エネルギーを利用してインクを吐出する方式の
記録ヘッド、及び、その記録ヘッドを備えたプリンタに
おいて、優れた効果をもたらすものである。なお、本発
明は、特にインクジェットプリント方式の中でも、イン
ク吐出を行なわせるために利用されるエネルギーとして
熱エネルギーを発生する手段（例えば電気熱変換素子や
レーザ光等）を備え、前記熱エネルギーによりインクの
状態変化を生起させる方式のプリントヘッド、プリンタ
において優れた効果をもたらすものである。かかる方式
によれば、プリンタのインク落ちをランイングコストと
プリントスループット面で効果的に防止できるからであ
る。
【００４８】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４７４０
７９６号に開示されている基本的な原理を用いて行うも
のがこのましい。この方式はオンデマンド型、コンティ
ニュアス型のいずれにも適応可能であるが、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体
に、プリンと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１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ーを発生せ
しめ、プリント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対一で対応した液体（イ
ンク）内の気泡を形成できるので有効である。この気泡
の成長、縮小により吐出口から液体を吐出させて、少な
くとも１つの滴を形成する。この駆動信号を矩形パルス
化すると、即時適切に気泡の成長、縮小が行われるの
で、特に応答性に優れた液体の吐出ができるので好まし
い。このパルス形状の駆動信号としては、米国特許第４
４６３３５９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。尚、上記熱作
用面の温度上昇率に関する発明の米国特許第４３１３１
２４号明細書に記載されている条件を採用すると、さら
に優れたプリントを行うことができる。
【００４９】プリントヘッドの構成としては、上述の明
細書に開示されているような吐出口、液路、電気熱変換
体の組み合わせ構成（直線状液流路または直角液流路）
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ホン発明に含
まれるものである。加えて、複数の電気熱変換体に対し
て、共通するスリットを電気熱変換体の吐出部とする構
成を開示する特開昭５９−１２３６７０号公報や熱エネ
ルギー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号公報に基づい
た構成としても本発明の効果は、有効である。すなわ
ち、プリントヘッドの形態がどのようなものであって
も、本発明によればプリントを確実に効率よく行うこと
ができるからである。
【００５０】さらに、プリンタがプリントできるプリン
ト媒体の最大幅に対応した長狭を有するフルラインタイ
プのプリントヘッドに対しても本発明は有効に適用でき
る。そのようなプリントヘッド徒しては、複数プリント
ヘッドの組合わせによってその長狭を満たす構成や、一
般的に形成された１個のプリントヘッドとしての構成の
いずれでもよい。
【００５１】加えて、上例のようなシリアルタイプのも
のでも、装置本体に固定されたプリントヘッド、あるい
は装置本体に装着されてい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供給が可能になる交換自
在のチップタンプのプリントヘッド、あるいはプリント
ヘッド自体にインクタンクが設けられたカートリッジタ
イプのプリントヘッドを用いた場合にも本発明は有効で
ある。
【００５２】また、搭載されるプリントヘッドの種類な
いし個数についても、例えば単色のインクに対応して１
個のみが設けられたもののほか、プリント色や濃度を異
にする複数のインクに対応して複数個、設けられるもの
であってもよい。すなわち、例えばプリンタのプリント
モードとしては、黒色等の主流色のみのプリントモード
だけでなく、プリントヘッドを一体色に構成するか複数
個の組合わせによるいずれかでもよいが、異なる色の複
数カラー、または混色によるフルカラーの核プリントモ
ードの少なくとも一つを備えた装置にも本発明は極めて
有効である。
【００５３】さらに加えて、本発明インクジェットプリ
ンタの形態としては、コンピュータ等の情報処理機器の
画像出力端末として用いられるものの他、リーダ等と組
み合わせた複写装置、さらには送受信機能を有するファ
クシミリ装置の形態をとるものであってもよい。尚、本
発明は、複数の機器から構成されるシステムに適用して
も良いし、１つの機器から成る装置に適用しても良い。
また、本発明はシステム或は装置にプログラムを供給す
ることによって達成される場合にも適用できることはい
うまでもない。
【００５４】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ノ
ズル内に吐出のためのインクがあるか否かを判別するセ
ンサ回路と、センサ回路からの出力を信号処理する処理
回路と、信号処理された結果を判別結果として外部に出
力する出力端子とを、電気熱通電体を駆動する駆動回路
とともに同一基板内に実装するとともに、インクの有無
を判別して信号処理した判別結果を外部に出力するの
で、記録ヘッドが大型化重量化することなくインクの有
無検出の為の回路を構成することができるという効果が
ある。
【００５５】また、センサ回路、処理回路、出力端子が
駆動回路と同一基板に実装されることは記録ヘッドの回
路製造コストの削減に資する。さらに、インクの有無検
出に関するセンサ出力を信号処理して外部に出力するの
で、これを受信して記録制御を行なう記録装置の信号処
理の負担が軽減され、記録装置側での記録処理速度に影
響を与えることがなく、インク落ちを生じさせないよう
に記録制御を行なうことができるという効果がある。こ
のため、インクの有無検出処理のために、例えば、処理
能力の高いプロセッサを備えるなどの処置を講じなくと
も良く、記録装置本体のコストアップ要因を除去すると
いう利点もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の代表的な実施例であるインクジェット
プリンタＩＪＲＡの構成の概要を示す外観斜視図であ
る。
【図２】インクジェットプリンタＩＪＲＡの制御回路の
構成を示すブロック図である。
【図３】図３は本実施例に従う記録ヘッドＩＪＨの回路
基板の構成を示すブロック図である。
【図４】タンタル膜２２２の一部をパターニングしイン
クセンサを形成した記録ヘッド基体の断面図である。
【図５】抵抗層２１９の一部をインクセンサとして形成
した記録ヘッド基体の断面図である。
【図６】記録ヘッドに３つのインクセンサを設けた構成
を示す図である。
【図７】記録ヘッドに組み込まれた温度センサとその処
理回路を組込んだ温度センサ部４００の詳細な構成を示
す回路図である。
【図８】フローチャートである。
【図９】記録ヘッドに組み込まれた温度センサとその処
理回路を組込んだ温度センサ部４００の別の実施例を示
す回路図である。
【図１０】従来の記録ヘッドの基体断面図である。
【図１１】従来のインクジェット方式の記録ヘッドの一
部を破断して示した外観斜視図である。
【図１２】従来の記録ヘッドの記録の様子を説明する図
である。
【符号の説明】
１０１ 発熱体 １０２ パワートランジスタ １０３ ラッチ回路 １０４ シフトレジスタ １０５ クロック信号入力端子 １０６ 画像データ入力端子 １０７ ヒートパルス入力端子 １０８ ロジック回路電源入力端子 １０９ ロジック回路ＧＮＤ端子 １１０ 発熱体駆動電源入力端子 １１１ 発熱体のＧＮＤ端子 １１２ 奇数番号の記録要素選択信号入力端子 １１３ 偶数番号の記録要素選択信号入力端子 １１４〜６ ３ビットブロック選択信号入力端子 ２０１ シリコン基板 ２０２ Ｎ型埋込層 ２０３ Ｎ型エピタキシャル層 ２０４ Ｐ型ウエル層 ２０５ ソース領域 ２０６ ドレイン領域 ２１１ コレクタ領域 ２１２ ベース領域 ２１３ エミッタ領域 ２１４ 畜熱層 ２１５ ゲート電極 ２１６ 層間絶縁膜 ２１７、２２０ Ａｌ電極 ２１８ 層間絶縁膜 ２１９ 抵抗層 ２２１ 保護膜 ２２２ 耐キャビテーション層 ２５０ ｐ−ＭＯＳ ２５１ ｎ−ＭＯＳ ２５２ ＮＰＮ型トランジスタ ２５３ 酸化膜分離領域 ２５４ パッド部 ２５５ 熱作用部 ３０１ 流路壁 ３０２ 流路 ３０３ 天板 ３０４ 吐出口 ３０５ 共通インク液室 ３０６ インク供給口 ４０１ 温度センサ ４０２ 定電流回路 ４０３ バッファ ４０４ 増幅器 ４０５ コンパレータ ４０６ 閾値電圧 ４０７ 出力端子 ５０１〜５０３ インクセンサ ９０１ 抵抗

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 電気熱通電体に通電パルスを印加して熱
    を発生させ、前記熱を用いてインクをノズルから吐出し
    て記録媒体に記録を行なう記録ヘッドであって、 前記
    電気熱変換体を駆動する駆動回路と、 前記ノズル内に吐出のためのインクがあるか否かを判別
    するセンサ回路と、 前記センサ回路からの出力を信号処理する処理回路と、 前記信号処理された結果を判別結果として外部に出力す
    る出力端子とを有し、 前記センサ回路と前記処理回路と前記出力端子は、前記
    駆動回路とともに同一基板内に実装されることを特徴と
    する記録ヘッド。
  2. 【請求項２】 前記センサ回路は、記録ヘッド内の温度
    を測定する温度センサを有することを特徴とする請求項
    １に記載の記録ヘッド。
  3. 【請求項３】 前記センサ回路は、前記ノズル内の電気
    抵抗を測定する回路を有することを特徴とする請求項１
    に記載の記録ヘッド。
  4. 【請求項４】 前記センサ回路は、記録ヘッド内の温度
    を測定する温度センサと、前記ノズル内の電気抵抗を測
    定する回路とを備えることを特徴とする請求項１に記載
    の記録ヘッド。
  5. 【請求項５】 前記処理回路は、前記電気抵抗の測定結
    果に従って、出力レベルの異なる信号を前記出力端子よ
    り出力することを特徴とする請求項３に記載の記録ヘッ
    ド。
  6. 【請求項６】 前記処理回路は、前記温度センサからの
    出力信号と、前記処理回路内に設けられた閾値温度に対
    応する所定の出力信号とを比較する比較器を備え、 前記比較器は前記比較結果に従って、出力レベルの異な
    る信号を前記出力端子より出力することを特徴とする請
    求項２或いは４に記載の記録ヘッド。
  7. 【請求項７】 請求項１に記載の記録ヘッドを用いる記
    録装置であって、 前記出力端子からの出力される判別結果を入力する入力
    手段と、 前記記録ヘッドの吸引回復を行なう吸引回復手段と、 前記判別結果に従って、記録動作を停止し、前記吸引回
    復を実行するよう制御する制御手段とを有することを特
    徴とする記録装置。
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