JP5393596B2 - インクジェット記録装置 - Google Patents

Description

本発明は、インクを吐出するインクジェット記録ヘッド、およびそのインクジェット記録ヘッドを備えたインクジェット記録装置に関する。

インクジェット記録装置が備えるインクジェット記録ヘッドには、半導体プロセス技術を用いて、発熱素子（ヒータ）、その駆動回路、及びこれらを接続する配線が同一基板上に形成されているものがある。さらに、発熱素子に近接し、発熱素子の温度変化に対応して出力電圧が変化する温度検出素子が形成されているものもある。

上記のようなインクジェット記録ヘッドを備えたインクジェット記録装置では、記録動作の高速化を図るために、基板上に形成される発熱素子の数が増加する傾向にある。発熱素子の数が増加することによって、発熱素子に対向して設けられている吐出口の数も増加し、その結果一度に多くのインクを吐出できるからである。しかし、数多くの発熱素子を同時に通電する場合、パルス状の大電流（１Ａ〜数Ａ程度の電流）が、電源配線および接地配線に流れることになる。このようなパルス状の大電流が流れることによって、上述した駆動回路の信号線に誘導結合によるノイズが発生する場合がある。この場合、そのノイズによって、駆動回路が誤動作するおそれがある。

そこで、このような問題を解決するためのインクジェット記録ヘッドが特許文献１に開示されている。特許文献１に開示されたインクジェット記録ヘッドでは、駆動回路（信号処理回路）を基板のコーナー部に配置することによって、ノイズの影響を受けやすい信号線の引き回しを最低限度に抑えている。

特開２０００−１２７４００号公報

インクジェット記録装置では、従来、発熱素子の温度検出（温度検出素子の通電）は、発熱素子に通電していないとき、すなわち非記録中に行われていた。しかし、近年、記録動作のさらなる高速化のために、記録中に温度検出を行うことが求められている。温度検出を行いながら記録することによって、非記録中に費やされていた温度検出の時間を他の処理に割り当てることができるからである。しかし、記録中に温度検出を行う場合、上述したように、発熱素子に通電するための電源配線および接地配線にパルス状の大電流が流れるため、温度検出素子に通電するための電気配線にノイズが発生することが想定される。この場合、温度検出素子の出力電圧がノイズの影響を受けて発熱素子の温度が誤検出されるおそれがある。なお、特許文献１には、駆動回路がノイズの影響を受けにくくなる技術については開示されているが、上述した発熱素子の温度の誤検出に対処する技術については開示されていない。

そこで、本発明は、記録中であってもノイズの影響を受けにくい温度検出が可能なインクジェット記録ヘッド、該インクジェット記録ヘッドを備えたインクジェット記録装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明のインクジェット記録装置は、通電により発生する熱でインクを吐出させる複数の発熱素子が配列された素子列と、温度の変化に対応して抵抗値が変化する温度検出素子とを備えたインク吐出用基板と、
前記インク吐出用基板と接続され、前記複数の発熱素子に通電するために用いられる電源配線および接地配線と、前記温度検出素子に通電するための一対の温度検出用配線とを備えた電気配線基板と、
を備えたインクジェット記録装置であって、
前記一対の温度検出用配線に定電流を供給し、前記一対の温度検出用配線の間の電位差に基づいて前記インク吐出用基板の温度を測定する温度測定手段を有し、
前記一対の温度検出用配線は、互いに隣接して配置され、
前記電気配線基板は、前記インク吐出用基板よりも外側に位置する領域を備え、該領域の一部において前記電源配線、前記接地配線および前記一対の温度検出用配線が前記素子列の配列方向に沿って延在し、
該領域の一部において前記一対の温度検出用配線は前記電源配線と前記接地配線との間に配置され、前記一対の温度検出用配線には互いに反対方向に電流が流れ、前記電源配線と前記接地配線とには互いに反対方向に電流が流れることを特徴とする。

本発明によれば、温度検出素子に第２の電流を通電するための一対の温度検出用配線が互いに隣接して配置されている。そのため、温度検出素子に定常的に第２の電流を流しながら発熱素子に第１の電流を流したとき、一対の温度検出用配線の各々は、互いに同様な環境（位置）で電源配線および接地配線から発せられたノイズを受ける。このとき、一対の温度検出用配線の各々を流れるノイズ電流は温度検出素子から見て逆相となるので、互いに打ち消し合う。そのため、温度検出素子および発熱素子の両方の通電中に一対の温度検出用配線に発生するノイズ電流が抑制される。これにより、記録中であってもノイズの影響を受けにくい温度検出が可能となり、記録動作のさらなる高速化が可能となる。

本実施形態のインクジェット記録装置の電気的な構成を示すブロック図である。 本実施形態のインクジェット記録ヘッドの外観を示す斜視図である。 図２に示すインクジェット記録ヘッドの一部を拡大して示す斜視図である。 本実施形態のインクジェット記録ヘッドの要部の構成を示す平面図である。 図４に示す領域Ｒ１の拡大図である。 比較例のインクジェット記録ヘッドの要部の構成を示す平面図である。 図６に示すＲ２の拡大図である。 本実施形態と比較例について、温度検出素子のノイズ電圧の比較結果を示すグラフである。 本発明のインクジェット記録ヘッドの他の実施形態を示す平面図である。 本発明のインクジェット記録装置の他の実施形態を示す平面図である。

図１は、本実施形態のインクジェット記録装置の電気的な構成を示すブロック図である。図１に示すように、本実施形態のインクジェット記録装置８００は、インクを吐出するインクジェット記録ヘッド７００と、インクジェット記録ヘッド７００に電気的に接続されている本体部８０１と、を有する。インクジェット記録ヘッド７００は、インク吐出用基板１００と、インク吐出用基板１００に電気的に接続されている電気配線部材８０２と、を有する。電気配線部材８０２は、電気配線基板２００と、プリント配線基板３００と、で構成されている。

インク吐出用基板１００は、電気配線基板２００と電気的に接続されている。また、電気配線基板２００およびプリント配線基板３００の双方には、接続用の端子が同形状で設けられている。そして、電気配線基板２００とプリント配線基板３００とは、ＡＣＦ（Anisotropic Conductive Film）テープを介して熱圧着により電気的に接続されている。これにより、インク吐出用基板１００は、電気配線基板２００を介してとプリント配線基板３００と電気的に接続される。また、インク吐出用基板１００は、電気配線基板２００、プリント配線基板３００を通して本体部８０１と電気的に接続される。

本実施形態の電気配線基板２００には、フレキシブル配線基板が使用される。このフレキシブル配線基板では、ベースフィルムの下に、接着剤で接着された後パターニングされた銅箔を電気配線としている。そして、このフレキシブル配線基板は、インク吐出用基板１００のパッドおよびプリント配線基板３００と電気的に接続する電極端子をそれぞれ備えている。なお、電極端子以外は、カバーフィルムにより被覆されている。

また、本実施形態のプリント配線基板３００には、リジッド配線基板が使用される。このリジッド配線基板は、ガラスエポキシ基板に銅やニッケル、金を用いてパターニングされた電気配線、本体部８０１から電力供給を受けたり電気信号の入力を受けたりするためのコンタクトパッド部３３０（図２参照）などを有している。

図２は、インクジェット記録ヘッド７００の外観を示す斜視図である。

図２に示すように、電気配線基板２００の上に、インク吐出用基板１００との電気接続部が設けられ、電気配線基板２００の一端側はプリント配線基板３００と電気的に接続されている。プリント配線基板３００には、本体部８０１との電気的な接続に用いられるコンタクトパッド部３３０が形成されている。本実施形態において、電気配線基板２００とインク吐出用基板１００との接続、および電気配線基板２００とプリント配線基板３００との接続は、それぞれＩＬＢ（Inner Lead Bonding）接続にて実施される。そして、各基板がインクホルダー６００に貼り付けた後、電気配線基板２００の電気接続部を封止材によって封止してインクジェット記録ヘッド７００が完成する。

図３は、図２に示すインクジェット記録ヘッドの一部を拡大して示す斜視図である。

インク吐出用基板１００には、インク供給口１１０の両側に沿って複数のヒータ１１１（図３では不図示）、１１２が配列されている。インク供給口１１０は、略矩形状であり、インク吐出用基板１００の中央部にインク吐出用基板１００の長手方向に延びる貫通孔として形成されている。発熱素子１１１、１１２は、電流（第１の電流）が流れると発熱し、該熱でインク供給口１１０から流入したインクを加熱する。すると、気泡が発生し、この気泡でインクが、オリフィスプレート４０１に形成された吐出口４０４から吐出する。吐出口４０４は、発熱素子１１１、１１２に対向する位置に設けられており、流路４０５を介してインク供給口１１０と連通している。オリフィスプレート４０１をインク吐出用基板１００に接続することで、インク供給口１１０に連通し各流路４０５にインクを供給する共通液室が設けられる。

図４は、本実施形態のインクジェット記録ヘッドの要部の構成を示す平面図である。図５は、図４に示す領域Ｒ１の拡大図である。図５では、インク吐出用基板１００の周縁部の一部が拡大して示されている。また、図６は、本実施形態に対する比較例のインクジェット記録ヘッドの要部の構成を示す平面図である。図７は、図６に示す領域Ｒ２の拡大図である。図７では、比較例のインク吐出用基板の周縁部の一部が拡大して示されている。

図４、６に示すように、本実施形態および比較例では、電気配線基板２００には、電源配線２０１、２０２と、接地配線２０３、２０４とが形成されている。また、図５、７に示すように、発熱素子１１１、１１２に近接し、電流（第２の電流）が定常的に流れている温度検出素子１４０が設けられている。本実施形態では、温度検出素子１４０はダイオードである。なお、温度検出素子１４０は、発熱素子１１１、１１２の温度の変化に対応して電流に対する出力電圧が変化する特性を有していればよいので、例えばアルミニウムで形成されたものであってもよい。

電源配線２０１、２０２の一端は、プリント配線基板３００の電源用パッド３０１、３０２に個別に接合されている。電源配線２０１、２０２の他端は、インク吐出用基板１００の電源用パッド１２０に個別に接合されている。接地配線２０３、２０４の一端は、プリント配線基板３００の接地用パッド３０３、３０４に個別に接合されている。接地配線２０３、２０４の他端は、インク吐出用基板１００の接地用パッド１２１、１２２に個別に接合されている。

本実施形態において、一対の温度検出用配線２１０ａ、２１１ａの各々の一端は、プリント配線基板３００の一対の温度検出用パッド３１０ａ、３１１ａに個別に接合されている（図４参照）。一対の温度検出用配線２１０ａ、２１１ａの各々の他端は、インク吐出用基板１００の一対の電極パッド１２３ａ、１２４ａに個別に接合されている。図５に示すように、インク吐出用基板１００では、一対の電極パッド１２３ａ、１２４ａは温度検出素子１４０を介して互いに電気的に接続されている。具体的には、電極パッド１２３ａは電気配線１０５を介して温度検出素子１４０のアノードと電気的に接続され、電極パッド１２４ａは電気配線１０４を介して温度検出素子１４０のカソードと電気的に接続されている。

一方、比較例においても、本実施形態と同様に、一対の温度検出用配線２１０ｂ、２１１ｂの各々の一端は、プリント配線基板３００の一対の温度検出用パッド３１０ｂ、３１１ｂに個別に接合されている（図７参照）。一対の温度検出用配線２１０ｂ、２１１ｂの各々の他端は、インク吐出用基板１００の一対の電極パッド１２３ｂ、１２４ｂに個別に接合されている。

上述したような構成に加え、図４、６にそれぞれ示された電気配線基板２００では、幅１５ｍｍ、長さ５０ｍｍのベースフィルム上に銅箔を用いて厚さ２５μｍの配線パターンが形成されている。電気配線基板２００に形成された電源配線２０１、２０２および接地配線２０３、２０４の幅は、それぞれ最小３０μｍ、最大１５００μｍである。また、一対の温度検出用配線２１０ａ、２１１ａ、一対の温度検出用配線２１０ｂ、２１１ｂおよびその他のロジック配線（不図示）の幅は一律３０μｍである。その際、コンパクトパッド３３０までの各配線間の隙間は最小５０μｍ、最大３００μｍである。なお、本実施形態の電気配線基板２００において、一対の温度検出用配線２１０ａ、２１１ａ、一対の温度検出用配線２１０ｂ、２１１ｂの間の幅は、インク吐出用基板１００との接続部近傍で５０μｍとしている。また、それ以外の場所における一対の温度検出用配線２１０ａ、２１１ａの間の幅Ｗ（一対の温度検出用配線２１０ａ、２１１ａの互いに対向する端部間の距離）は、１０μｍから１５０μｍまでの範囲内である（図４参照）。

また、図４、６にそれぞれ示されたプリント配線基板３００では、幅２０ｍｍ、長さ２０ｍｍのガラスエポキシ基板の両面に銅箔を用いて厚さ２０μｍの配線パターンが形成され、それらが積層されている。また、厚さ２５μｍのスルーホールが形成され、積層した基板間が電気的に接続している。プリント配線基板３００に設けられた電源配線２０１、２０２および接地配線２０３、２０４の幅は、それぞれ最小１００μｍ、最大２５００μｍである。また、一対の温度検出用配線２１０ａ、２１１ａ、一対の温度検出用配線２１０ｂ、２１１ｂおよびその他のロジック配線（不図示）の幅は一律１００μｍである。各配線間の隙間は最小１００μｍ、最大５００μｍである。なお、本実施形態のプリント配線基板３００において、一対の温度検出用配線２１０、２１１の間の幅は電気配線基板２００との接続部近傍において１５０μｍである。また、それ以外の場所における一対の温度検出用配線２１０ａ、２１１ａの間の幅は１０μｍから１５０μｍまでの範囲内である。その結果、本実施形態では、プリント配線基板３００においても、一対の温度検出用パッド３１０、３１１が互いに隣接して配置されている。なお、コンタクトパッド３３０のサイズは２５００×２５００μｍである。コンタクトパッド３３０は、ニッケルを用いて厚さ３０μｍのパターンを形成した後、厚さ０.２μｍの金箔をその上にパターニングすることで形成される。

図５に示す本実施形態では、電源用パッド１２０、接地用パッド１２１、１２２、および一対の電極パッド１２３ａ、１２４ａがインク吐出用基板１００の周縁部に配列されている。一対の電極パッド１２３ａ、１２４ａは、互いに離れて配置された電源用パッド１２０と接地用パッド１２２との間に互いに隣接して配置されている。そのため、図４に示すように、電気配線基板２００において、一対の温度検出用配線２１０ａ、２１１ａは、電源配線２０１と接地配線２０２の間で互いに隣接している。

一方、図７に示す比較例では、電源パッド１２０を挟んで、一対の温度検出用パッド１２３ｂ、１２４ｂが互いに離れて配置されている。そのため、図６に示すように、電気配線基板２００において、一方の温度検出用配線２１０ｂは接地配線２０４の外側に配置され、他方の温度検出用配線２１１ｂは電源配線２０１と接地配線２０２との間に配値される。すなわち、比較例では、一対の温度検出用配線２１０ｂ、２１１ｂは互いに隣接していない。

ここで、上述した２種類のインクジェット記録ヘッドにおいて、プリント配線基板３００の電源用パッド３０１、３０２から電流０．５Ａをそれぞれ流して双方向記録を行った。ここでいう双方向記録とは、発熱素子１１２から発熱素子１１１に向かう第１の方向（図５の矢印Ａ参照）と、発熱素子１１１から発熱素子１１２に向かう第２の方向（図５の矢印Ｂ参照）とにインクジェット記録ヘッドを移動させながら記録することをいう。インクジェット記録ヘッドが第１の方向に移動するときには、発熱素子１１１に通電するための電流が本体部８０１から供給される。この電流は、本体部８０１から電源用パッド３０１を通じて電源用配線２０１を流れる。続いて、この電流は、電源用配線２０１から発熱素子１１１を通じて接地用配線２０４まで流れる。インクジェット記録ヘッドが第２の方向に移動するときには、発熱素子１１２に通電するための電流が本体部８０１から供給される。この電流は、本体部８０１から電源用パッド３０１を通じて電源用配線２０１を流れる。続いて、この電流は、電源用配線２０１から発熱素子１１２を通じて接地用配線２０３まで流れる。なお、本体部８０１は、発熱素子１１１、１１２に通電しながら一対の温度検出用配線２１０ａ、２１１ａを通じて温度検出素子１４０に通電している。このときの温度検出素子１４０のノイズ電圧について、本実施形態と比較例の比較結果を図８に示す。図８のグラフでは、温度検出素子１４０のノイズ電圧をフーリエ変換し、周波数との関係で示している。図８において、曲線５０１は、比較例の構成で発熱素子１１１のみを通電した場合のノイズ電圧を示す。曲線５０２は、比較例の構成で発熱素子１１２のみを通電した場合のノイズ電圧を示す。曲線５０３は、本実施形態の構成で発熱素子１１１のみを通電した場合のノイズ電圧を示す。曲線５０４は、本実施形態の構成で発熱素子１１２のみを通電した場合のノイズ電圧を示す。

発熱素子１１１のみを通電した場合、比較例では、電源配線２０１および接地配線２０４の通電の影響を受けて一対の温度検出用配線２１０ｂ、２１１ｂにノイズ電圧が発生する。一方、本実施形態では、電源配線２０１の通電の影響を受けて一対の温度検出用配線２１０ａ、２１１ａにノイズ電圧が発生する。本実施形態では、一対の温度検出用配線２１０ａ、２１１ａが電気配線基板２００において隣接して配置されている。そのため、一対の温度検出用配線２１０ａ、２１１ａの各々は、互いに同様な環境（位置）で電源配線２０１および接地配線２０３、２０４から発せられたノイズを受ける。特に、一対の温度検出用配線２１０ａ、２１１ａの全長が同じ場合（実質的に同じ場合を含む）、一対の温度検出用配線２１０ａ、２１１ａの各々に発生するノイズ電圧は実質的に同じ大きさとなる。このとき、温度検出用配線２１０ａ、２１１ａの各々を流れるノイズ電流は温度検出素子１４０から見て逆相となる為、ノイズ電流は互いに打ち消し合う。その為、ノイズ電圧曲線５０１、５０３を比較すると、比較例の構成に対して本実施形態の構成はノイズ電圧が減少していることがわかる。

発熱素子１１２のみを通電した場合、比較例においては電源配線２０１および接地配線２０３を電流が流れることによって、温度検出用配線２１１ｂにノイズ電圧が発生する。このとき、温度検出用配線２１１ｂを挟んで配置された電源配線２０１および接地配線２０３に電流が互いに反対方向に流れる為、これらの間に配置された温度検出用配線２１１ｂに発生するノイズ電圧は発熱素子１１１のみを通電する場合に比べ低減する。その為、発熱素子１１２のみを通電した場合のノイズ電圧（曲線５０３参照）は、発熱素子１１１のみを通電した場合のノイズ電圧（曲線５０１参照）に比べ減少している。

同様に、本実施形態でも一対の温度検出用配線２１１ａ、２１０ａを挟んで互いに対向して配置された電源配線２０１および接地配線２０３に電流が互いに反対方向に流れる為、ノイズ電圧は打ち消される。さらに、本実施形態では一対の温度検出用配線２１１ａ、２１０ａが互いに並行して配置されている為、ノイズ電圧（曲線５０４参照）が比較例のノイズ電圧（曲線５０２参照）よりも減少していることが分かる。

上記のように一対の温度検出用配線２１０ａ、２１１ａを互いに隣接して配置する構成によって、温度検出素子１４０のノイズ電圧は、一対の温度検出用配線２１０ｂ、２１１ｂのように互いに隣接していない構成に比べ減少している。具体的には、ノイズ電圧の差は、比較例に対して１／４から１／５にまで減少していることが分かる（図８参照）。

また、本実施形態では、プリント配線基板３００において、一対の温度検出用パッド３１０ａ、３１１ａは互いに隣接して配置されている。そのため、この一対の温度検出用パッド３１０ａ、３１１ａと、本体部８０１とを電気的に接続する一対の電気配線３２０、３２１（図４参照）を互いに並行に配置できるようになる。これにより、インクジェットヘッド記録ヘッド７００の外部における電気配線のノイズについても低減効果がある。なお、一対の電気配線３２０、３２１は、フレキシブル配線基板（不図示）に形成され、その一端は本体部８０１に接続され、その他端は一対の温度検出用パッド３１０ａ、３１１ａに個別に接合されている。

なお、本実施形態では、一対の温度検出用配線２１０ａ、２１１ａを電源配線２０１と接地配線２０３との間に配置する構成であった。しかし、本発明ではこの構成に限定されず、例えば、図９に示すように一対の温度検出用配線２１０ａ、２１１ａを接地配線２０４の外側に配置する構成であってもよい。この構成であっても、一対の温度検出用配線２１０ａ、２１１ａを互いに隣接して配置することによって、温度検出素子１４０へのノイズ電圧は減少する。

また、本実施形態では、インク供給口１１０の開口部が１つであり、発熱素子１１１、１１２が両側に配列された構成であった。しかし、本発明では、インク供給口１１０に複数の開口部が形成され、各開口部の両側に発熱素子１１１、１１２が配列される構成であってもよい。

また、本実施形態ではプリント基板３００において、一対の温度検出用パッド３１０ａ、３１１ａがプリント基板３００の長手方向に隣接して配置されているが、本発明では、短手方向に隣接して配置されていてもよい。

さらに、本実施形態では、図１０に示すように、プリント配線基板３００を電気配線基板２００と一体化させた構成であってもよい。

１１２ 発熱素子
１４０ 温度検出素子
２０１ 電源配線
２０３ 接地配線
２１０ａ、２１１ａ 一対の温度検出用配線
７００ インクジェット記録ヘッド

Claims (11)

1. 通電により発生する熱でインクを吐出させる複数の発熱素子が配列された素子列と、温度の変化に対応して抵抗値が変化する温度検出素子とを備えたインク吐出用基板と、
   前記インク吐出用基板と接続され、前記複数の発熱素子に通電するために用いられる電源配線および接地配線と、前記温度検出素子に通電するための一対の温度検出用配線とを備えた電気配線基板と、
   を備えたインクジェット記録装置であって、
   前記一対の温度検出用配線に定電流を供給し、前記一対の温度検出用配線の間の電位差に基づいて前記インク吐出用基板の温度を測定する温度測定手段を有し、
   前記一対の温度検出用配線は、互いに隣接して配置され、
   前記電気配線基板は、前記インク吐出用基板よりも外側に位置する領域を備え、該領域の一部において前記電源配線、前記接地配線および前記一対の温度検出用配線が前記素子列の配列方向に沿って延在し、
   該領域の一部において前記一対の温度検出用配線は前記電源配線と前記接地配線との間に配置され、前記一対の温度検出用配線には互いに反対方向に電流が流れ、前記電源配線と前記接地配線とには互いに反対方向に電流が流れることを特徴とするインクジェット記録装置。
2. 前記インク吐出用基板は、前記一対の温度検出用配線の各々と、前記温度検出素子と、を個別に接続する一対の電極パッドを備え、
   前記一対の電極パッドは、前記インク吐出用基板の周縁部で互いに隣接して配置されていることを特徴とする、請求項１に記載のインクジェット記録装置。
3. 前記電気配線基板は、フレキシブル配線基板であることを特徴とする請求項１または２に記載のインクジェット記録装置。
4. 前記電気配線基板は、プリント配線基板に接続されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のインクジェット記録装置。
5. 前記プリント配線基板は、リジッド配線基板であることを特徴とする請求項４に記載のインクジェット記録装置。
6. 前記プリント配線基板は、前記一対の温度検出用配線の各々が個別に接合されている一対の温度検出用パッドを備え、前記一対の温度検出用パッドが互いに隣接して配置されている、請求項４または５に記載のインクジェット記録装置。
7. 前記一対の温度検出用配線の各々の全長が同じである、請求項１から６のいずれか１項に記載のインクジェット記録装置。
8. 前記一対の温度検出用配線の間の幅が、１０μｍから１５０μｍの範囲内である、請求項１から７までのいずれか１項に記載のインクジェット記録装置。
9. 前記温度検出素子が、ダイオードである、請求項１から８のいずれか１項に記載のインクジェット記録装置。
10. 前記温度検出素子が、アルミニウムで形成されている、請求項１から８のいずれか１項に記載のインクジェット記録装置。
11. 前記一対の温度検出用配線は、互いに並行するように設けられている、請求項１から１０のいずれか１項に記載のインクジェット記録装置。

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