JP2004050637A - インクジェットヘッド用基板、インクジェットヘッド及び該インクジェットヘッドを備えたインクジェット記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】インクジェット記録装置に用いられるインクジェットヘッド用基板において、基板温度検出素子であるダイオードセンサの静電破壊を防止する。
【解決手段】ダイオードセンサ２６と、ダイオードセンサ２６用の入出力パッド２２との間に、保護素子を電気的に接続する。保護素子としては、保護ダイオード３２が好ましく使用される。
【選択図】　　　　図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、吐出口よりインク液滴を吐出させることにより記録を行うインクジェットヘッドに用いられるインクジェットヘッド用基板と、このようなインクジェットヘッド用基板を有するインクジェットヘッドと、このようなインクジェットヘッドを備えたインクジェット記録装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、吐出口からインク液滴を吐出、飛翔させることによって被記録媒体（多くの場合は紙）上に記録を行うインクジェット記録方法が知られている。このインクジェット記録方法は、ノンインパクト型の記録方法であって、騒音が少ないこと、普通紙に直接記録できること、多色のインクを用いることによりカラー画像記録が容易にできることなどの特長を有し、近年、急速に普及しつつある。中でも、記録信号に応じて熱エネルギーをインクに加えこのインクを発泡させ、このときの作用力によって吐出口からインクを吐出、飛翔させる記録方式が知られている。この方式は、高密度マルチノズル化が容易であり、高解像度、高速度のものを容易に得ることができるという利点を有している。
【０００３】
この記録方式のために用いられるインクジェットヘッドでは、多くの場合、インクを吐出するための吐出口が多数設けられ、吐出口ごとに設けられた吐出口に連通する液流路、各液流路に安定してインクを供給するための共通した液室が設けられている。このインクジェットヘッドは、ヒータにドライバを介して通電することによって発生する熱エネルギーを利用して、液流路を介して送られてきたインクを吐出口より吐出して記録を行うものである。
【０００４】
このようなインクジェットヘッドは、例えば、インクジェットヘッド用基板に、液流路や液室、吐出口などが形成された天板とを組み合わされることによって、構成される。インクジェットヘッド用基板には、インクを吐出するための熱エネルギーを発生するヒータ（発熱体）と、このヒータを駆動するためのドライバと、ドライバの制御を行うロジック回路と、基板温度を検出するための基板温度検出素子と、インクジェットヘッドやインクジェット記録装置と電気的に接続するためのパッド部と、などから構成されている。ヒータは、吐出口の個数に見合うだけ形成されており、したがって、ドライバも吐出口の数に見合って形成されている。こうしたインクジェットヘッド用基板は、半導体装置製造技術に基づき、シリコン半導体基板によってモノリシックに形成される。特にインクジェットヘッド用基板の場合、インクジェットヘッドにおける吐出口からのインク液滴の吐出特性と基板温度とが密接に関係するため、基板温度の検出は重要な役割を占めている。
【０００５】
そこで、インクジェットヘッド用基体に設けられる基板温度検出素子としては、半導体製造技術によってシリコン基板上に形成できるとともに、正確な温度測定を行えるものとして、ダイオードセンサが利用されている。ダイオードセンサによれば、半導体ダイオードの順方向電圧の温度特性に基づいて、インクジェット記録装置の動作時などにおけるインクジェットヘッド用基板の温度が検出される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、インクジェットヘッド用基板では、ドライバ回路、ロジック回路などの集積化が進んでいるが、このようなインクジェットヘッド用基板が組み込まれたインクジェットヘッドは、ユーザによって交換されることを前提としており、交換時などにユーザが直接触れることができるようになっている。そのため、ユーザによる取扱い時などに静電放電が発生したとき、その静電気による電流がインクジェットヘッドのパッド部や配線を介してインクジェットヘッド用基板に印加し、インクジェットヘッド用基板のうちの静電気に弱い部分が破壊され、素子破壊に至る、という問題点が生じている。中でも、基板温度を検出するためのダイオードセンサなどの基板温度検出素子が、静電破壊に対して弱いという問題点がある。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、静電破壊に対する耐量が向上したインクジェットヘッド用基板と、そのようなインクジェットヘッド用基板を有するインクジェットヘッドと、そのようなインクジェットヘッドを用いたインクジェット記録装置とを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明では、インクジェットヘッド用基板に設けられる基板温度検出素子に対して保護素子を電気的に接続することにより、静電破壊に対する耐量を向上させている。
【０００９】
すなわち本発明のインクジェットヘッド用基板は、熱エネルギーを利用してインクを吐出するインクジェット記録装置において使用され、インクを吐出するための複数のヒータと、複数のヒータを駆動するための複数のドライバと、複数のドライバを制御するためのロジック回路と、記録装置本体とロジック回路との間での信号の受け渡しを行う入出力用パッドと、基板温度を検出するための基板温度検出素子とが同一基板上に形成されたインクジェットヘッド用基板において、基板温度検出素子と、基板温度検出素子用の入出力パッドとの間に保護素子が設けられていることを特徴とする。
【００１０】
本発明のインクジェットヘッドは、上述した本発明のインクジェットヘッド用基板と、インクジェットヘッド用基板に組み合わされヒータに関連する液路およびこの液路の一端をなすインク吐出口を形成するための部材と、を備え、インクジェット記録装置に着脱可能であることを特徴とする。
【００１１】
本発明のインクジェット記録装置は、本発明のインクジェットヘッドと、インクジェットヘッドに対しプリント媒体を相対搬送するための手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１３】
なお、ここでの「基板上」とは、単に素子基体の上を指し示すだけでなく、素子基体の表面、表面近傍の素子基体内部側をも示すものである。また、本発明でいう「作り込み（ｂｕｉｌｔ−ｉｎ）」とは、別体の各素子を単に基体上に配置することを指し示している言葉ではなく、各素子を半導体回路の製造工程等によって素子基体上に一体的に形成、製造することを示すものである。
【００１４】
図１は、本発明の実施の一形態のインクジェットヘッド用基板を示す平面図である。
【００１５】
このインクジェットヘッド用基板２１は、シリコン半導体基板などに半導体装製造技術を用いて形成される（作りこまれている）ものであり、図示したものでは、略矩形状を有し、中央部に、長手方向に延びる貫通孔としてインク供給口２０が形成されている。インク供給口２０の両側に沿って、複数のヒータ２４が設けられている。このヒータ２４は、インク供給口２０を介してこのインクジェットヘッド用基板２１の紙面裏面側から供給されてきた液体（インク）を加熱して発泡させ、ヒータ２４に対面して設けられている吐出口（図１には不図示）からインク液滴を吐出させるためのものである。ヒータ２４をはさんでインク供給口２０の反対側には、ドライバ部２５が設けられている。ドライバ部２５は、それぞれのヒータ２４を駆動するためのドライバなどを含んでいる。ドライバは、典型的には、ヒータ２４ごとに設けられ、スイッチ用のトランジスタなどからなっている。さらに、インクジェットヘッド用基板２１には、ロジック回路部２３と、記録装置本体部側から電源と信号とをこのインクジェットヘッド用基板に供給するためのパッド部とが設けられている。パッド部は、複数のパッド２２を含んでおり、ワイヤーボンディングなど電気的接続手段を用いることにより基板外に配線を引き回し、インクジェットヘッド、インクジェット記録装置と電気的に接続させるためのものである。ロジック回路部２３は、パッド２２を介して記録装置本体側から信号が与えられた際に、その信号に基づいて、ドライバ部２５内の各トランジスタのオン／オフを制御するロジック回路を含んでいる。さらに、このインクジェットヘッド用基板２１には、ダイオードセンサである温度センサ２６が設けられており、インクを吐出する際の基板温度を装置本体側からモニタできるようにしている。
【００１６】
このようなインクジェットヘッド用基板２１を有するインクジェットヘッドでは、パッド２２を介してインクジェットヘッド用基板２１に信号が入力したときに、ロジック回路部２３内のロジック回路が、ドライバ部２５内のトランジスタすなわちドライバをオン／オフすることにより制御を行う。そして、トランジスタがオンした部分のヒータ２４が通電することによりヒータ２４が温められ、ヒータ２４上のインク（液体）が加熱され、インク内に急速に泡が発生することにより吐出口からインクが飛ばされる。
【００１７】
次に、本実施形態のインクジェットヘッド用基板におけるダイオードセンサについて説明する。
【００１８】
図２は、一般的なダイオードセンサ１１をそのまま入出力パッドから結線した場合の等価回路図である。従来、温度検出用のダイオードセンサ１１は、１対の入力パッドに対してダイオードセンサ１１のアノードとカソードとをそれぞれ結線するという、非常にシンプルな結線で使用されていた。この場合、インクジェットヘッドに静電放電が加わると、インクジェットヘッドのコンタクト部からインクジェットヘッド用基板２１のパッド２２を通じて、インクジェットヘッド用基板２１内に静電放電による大電流ｉが流れる。ここで流れ込んできた大電流ｉは、全て、ダイオードセンサ素子自体に印加され、結果として素子破壊に至ってしまうことがある。
【００１９】
そこで本発明のインクジェットヘッド用基板２１では、図３に示すように、ダイオードセンサ２６のアノード側とカソード側にそれぞれ保護素子として保護ダイオード３２を設けている。保護ダイオード３２は、ダイオードセンサ２６のアノードと電源線の間、アノードとグラウンドの間、カソードと電源線の間、及びカソードとグラウンドとの間にそれぞれ設けられている。この場合、インクジェットヘッド用基板における電源が正電源であるとして、グラウンドに接続している保護ダイオードについては、その保護ダイオードのアノードがグラウンドに接続するようにし、電源線に接続している保護ダイオードについてはその保護ダイオードのカソードが電源線に接続するようにしている。
【００２０】
このように構成することによって、放電によりダイオードセンサ２６に流入する電荷は積極的に外部に分散して逃がされることとなる。すなわち静電気による大電流ｉは、ダイオードセンサ２６に印加されることなく、グラウンドや電源線に流れることになる。その結果、この基板温度検出素子（ダイオードセンサ）の静電気に対する耐量が向上する。
【００２１】
このインクジェットヘッド用基板２１には上述のようにロジック回路部２３が設けられているが、ここで用いる保護素子としての保護ダイオード３２は、ロジック回路部２３内のロジック回路に接続されている保護ダイオードと同サイズのものを用いることが好ましい。インクジェットヘッド用基板におけるロジック回路は、一般にＣＭＯＳ回路であって、通常、この種の保護ダイオードを備えている。
【００２２】
また、図４に示すように、入力パッド２２の近傍に保護ダイオード３２を配置すると、さらに静電気に対する耐量がアップする。保護ダイオードの配置は入力パッド２２の近傍であることが望ましいが、配置上の観点等から入力パッドとダイオードセンサとの間の配線の中間位置よりもパッド側であればよい。
【００２３】
具体的には、図２に示す状態では、接触放電（放電抵抗３３０Ω、放電コンデンサ１５０ｐＦ）において静電気印加電圧２ｋＶで発生していたダイオードセンサ素子破壊事象が、図４の形態を用いることによって、４ｋＶ以上の印加電圧でないと発生しなかった。
【００２４】
しかしながら、保護素子を設けることによってダイオードセンサ自体の耐量があがっても、保護素子までに至る配線幅（図５のａ、ｄ部）が細ければ、印加電圧による瞬間的大電流ｉにより、入力素子から保護素子３２に至るまでの区間で配線断線が発生し、結果として、ダイオードセンサ２６が断線状態となってしまうことも考えられる。そこで、図５に示すように、保護素子３２からダイオードセンサ２６までの配線幅よりも、入力パッド２２から保護素子３２までの配線幅を太くすることにより、グラウンド、電源に分散して逃げる前の大電流にも耐えうる構成にすることが考えられる。このように構成することにより、静電気に対するさらなる耐量アップを達成することができる。
【００２５】
ところで、インクジェットヘッド用基板２１は上述したように半導体装置製造技術を用いて製造され、ロジック回路部２３やドライバ部２５は、実質的には半導体集積回路と同等の構造を有している。そのため、インクジェットヘッド用基板２１では、多層配線構造が用いられている。ここで、入力パッド２２から保護素子３２に到る配線に対して交差する配線層がある場合、その交差部分で段差が形成される。このような段差を静電放電による大電流ｉが通過すると、配線交差部の段差での配線段切れを起こすこともあり得る。そこで、図６に示すように、パッド２２から保護素子３２までに至る配線部分には、配線交差による段差がないようにすることが好ましく、このように構成することによって、静電放電に対する耐量をさらに一層向上することが可能になる。
【００２６】
次に、上述したようなインクジェットヘッド用基板２１を用いる本発明のインクジェットヘッドの概略構成について、図７を用いて説明する。上述したように、この実施の形態では、インク供給口２０の両側にヒータ２４が配設されているが、図７では、説明の簡単のため、インク供給口２０の片側のヒータ２４およびそれに対応する吐出口４０のみが表示されている。
【００２７】
インクジェットヘッド用基板２１上には、上述したように、電気信号を受けることで熱を発生し、その熱によって発生する気泡によって吐出口４０からインクを吐出するためのヒータ２４が複数個、列状に配されている。ヒータ２４に対向する位置に設けられた吐出口４０へインクを供給するための流路４１がそれぞれの吐出口４０に対応して設けられている。これらの吐出口４０はオリフィスプレート１０１に形成されている。オリフィスプレート１０１を前述のインクジェットヘッド用基板２１に接続することで、インク供給口２０に連通し各流路４１にインクを供給する共通液室が設けられる。
【００２８】
また、図８はこのインクジェットヘッドの一例の外観を示している。ＴＡＢテープ２００上に、インクジェットヘッド用基板２１との電気接続部２０１が設けられ、ＴＡＢテープ２００の一端側に記録装置との接続に用いられるコンタクトパッド部２０４が形成されている。本発明のインクジェットヘッド用基板２１は、オリフィスプレート１０１の下側にあり、インクジェットヘッド用基板２１にドライフィルムなどで流路４１を形成した後、オリフィスプレート１０１を張り付け、それをＴＡＢテープ２００が貼り付けてあるインクタンク２０３に貼り付ける。その後、ボンディングを行い、ＴＡＢテープ２００の電気接続部２０１を封止材によって封止してインクジェットヘッドが完成する。
【００２９】
このインクジェットヘッドは取り外しが可能であることから、人の手などに触れうることがある。よって、そのことからもコンタクトパッド部２０４から静電放電が印加される可能性があると言える。もしコンタクトパッド部に静電が印加されたとすると、印加された静電気はＴＡＢテープ２００を介してインクジェットヘッド用基板２１まで放電されることになる。
【００３０】
図９は、本発明のインクジェットヘッドが適用されるインクジェット記録装置ＩＪＲＡの概観図である。
【００３１】
駆動モータ５０１３の正逆回転に連動して駆動力伝達ギア５０１１、５００９を介して回転するリードスクリュー５００５のら線溝５００４に対して係合するキャリッジＨＣは、インクジェットヘッドが着脱自在に搭載されるものであって、ピン（不図示）を有し、矢印ａ、ｂ方向に往復移動される。５００２は紙押え板であり、キャリッジ移動方向にわたって、典型的には紙であるプリント媒体をプリント媒体搬送手段であるプラテン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の回転方向切換等を行うためのホームポジション検知手段である。５０１６はインクジェットヘッド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手段でキャップ内開口５０２３を介してインクジェットヘッドの吸引回復を行う。５０１７はクリーニングブレードで、５０１９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にこれらは支持されている。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いうまでもない。また、５０１２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換等の公知の伝達手段で移動制御される。
【００３２】
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領域にきたとき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作動を行うようにすれば、本例には何れも適用できる。上述における各構成は単独でも複合的に見ても優れた発明であり、本発明にとって好ましい構成例を示している。
【００３３】
なお、本装置にはインクジェットヘッド（インクジェットヘッド用基板）に対して発熱体を駆動するための駆動信号やその他の信号を供給するための信号供給手段を備えている。
【００３４】
【発明の効果】
以上に説明したように本発明は、温度検出用ダイオードセンサと入力パッドの間に保護素子を電気的に接続することにより、基板サイズを大きくせずに静電破壊に対する耐量を向上させることができる、という効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態のインクジェットヘッド用基板の構成を示す平面図である。
【図２】一般的なダイオードセンサの回路図とその静電放電による破壊モードを示す図である。
【図３】本発明の実施の一形態のインクジェットヘッド用基板におけるダイオードセンサを示す等価回路図である。
【図４】本発明の実施の一形態のインクジェットヘッド用基板におけるダイオードセンサの他の例を示す等価回路図である。
【図５】本発明の実施の一形態のインクジェットヘッド用基板におけるダイオードセンサの他の例を示す等価回路図である。
【図６】本発明の実施の一形態のインクジェットヘッド用基板におけるダイオードセンサの他の例を示す等価回路図である。
【図７】図１に示したインクジェットヘッド用基板を用いたインクジェットヘッドの概略構成図である。
【図８】図７に示すインクジェットヘッドの外観図である。
【図９】図７に示したインクジェットヘッドを用いたインクジェット記録装置の構成例を示す斜視図である。
【符号の説明】
２１　　インクジェットヘッド用基板
２２　　パッド
２３　　ロジック回路部
２４　　ヒータ
２５　　ドライバ部
２６　　ダイオードセンサ
３２　　保護ダイオード
４０　　吐出口
１０１　　オリフィスプレート
２００　　ＴＡＢテープ
２０１　　電気接続部
２０３　　インクタンク
２０４　　コンタクトパッド部

Claims (10)

1. 熱エネルギーを利用してインクを吐出するインクジェット記録装置において使用され、前記インクを吐出するための複数のヒータと、前記複数のヒータを駆動するための複数のドライバと、前記複数のドライバを制御するためのロジック回路と、記録装置本体と前記ロジック回路との間での信号の受け渡しを行う入出力用パッドと、基板温度を検出するための基板温度検出素子とが同一基板上に形成されたインクジェットヘッド用基板において、
   前記基板温度検出素子と、前記基板温度検出素子用の入出力パッドとの間に保護素子が設けられていることを特徴とするインクジェットヘッド用基板。
2. 前記保護素子は、前記基板温度検出素子用の入出力パッドと前記基板温度検出素子との間の配線上の中間位置より、前記入出力パッド側に配置することを特徴とする、請求項１に記載のインクジェットヘッド用基板。
3. 前記基板温度検出素子用の入出力パッドから前記保護素子までの配線幅が、前記保護素子から前記基板温度検出素子までの配線幅よりも太いことを特徴とする、請求項１に記載のインクジェットヘッド用基板。
4. 前記保護素子は、前記インクジェットヘッド用基板における他の配線層との配線交差よりも前記基板温度検出素子用の入出力パッド側に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ヘッド用基板。
5. 前項ロジック回路部にも保護素子を有し、前記基板温度検出素子に接続する保護素子とロジック回路に接続する保護素子とが同サイズであることを特徴とする、請求項１に記載のインクジェットヘッド用基板。
6. 前記基板温度検出素子がダイオードセンサであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のインクジェットヘッド用基板。
7. 前記保護素子は保護ダイオードであって、前記ダイオードセンサのアノードと電源線との間、前記アノードとグラウンドとの間、前記ダイオードセンサのカソードと前記電源線との間、前記カソードと前記グラウンドとの間にそれぞれ挿入されていることを特徴とする、請求項６に記載のインクジェットヘッド用基板。
8. 請求項１乃至７のいずれかに１項に記載のインクジェットヘッド用基板と、該インクジェットヘッド用基板に組み合わされ前記ヒータに関連する液路および該液路の一端をなすインク吐出口を形成するための部材と、を備え、インクジェット記録装置に着脱可能であることを特徴とするインクジェットヘッド。
9. 請求項８に記載のインクジェットヘッドと、該インクジェットヘッドに対しプリント媒体を相対搬送するための手段と、を備えたことを特徴とするインクジェット記録装置。
10. 前記インクジェットヘッドを着脱自在に支持し、前記プリント媒体に対して走査させるためのキャリッジを備えたことを特徴とする請求項９に記載のインクジェット記録装置。

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