JPH06255111A - サーマルインクジェットヘッドの温度検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 温度検出性能を良好に保ちながら、大量生産
時の歩留りを良くし、生産工程数の低減化に伴うコスト
の低廉化を図る。 【構成】 インク吐出用ノズル２が所定の画素ピッチで
配列され且つ各ノズル２内にインク吐出用熱エネルギが
生成される発熱体３を内蔵するヘッド本体１と、このヘ
ッド本体１に取り付けられてヘッド本体１の余分な熱を
外部に放出する放熱部材４と、この放熱部材４上に配設
されて上記ヘッド本体１の各発熱体３に外部からの画像
信号に応じた駆動信号を供給するプリント基板５とを備
えたサーマルインクジェットヘッドにおいて、上記ヘッ
ド本体１に近接したプリント基板５上に温度検出素子６
を設け、この温度検出素子６と放熱部材４との間を熱伝
導性の良好な熱結合手段７にて結合したことを特徴とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、サーマルインクジェ
ットヘッドの温度検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、サーマルインクジェットヘッド
は、図１０及び図１１に示すように、インク吐出用ノズ
ル１０１が所定の画素ピッチで配列され且つ各ノズル１
０１内にインク吐出用熱エネルギが生成される発熱体１
０２を内蔵するヘッド本体１００と、このヘッド本体１
００に取り付けられてヘッド本体１００の余分な熱を外
部に放出する放熱部材１０３と、この放熱部材１０３上
に配設されて上記ヘッド本体１００の各発熱体１０２に
外部からの画像信号に応じた駆動信号を供給するプリン
ト基板１０４とを備えている。尚、符号１０５は発熱体
１０２とプリント基板１０４とを電気的に接続するボン
ディングワイヤ（図１０では省略）、１０６は図示外イ
ンクタンクからのインクをヘッド本体１００に供給する
インク供給部材である。このようなサーマルインクジェ
ットヘッドにおいては、インクの吐出性能が温度に依存
することから、インクの吐出性能を安定化させるという
観点からすれば、ヘッド本体１００の温度をある範囲内
に制御することが必要になる。例えば、ヘッド本体１０
０の温度が上がり過ぎると、冷却ファンで強制冷却する
ようにしたり、自然冷却することにより、ヘッド本体１
００の温度を低下させるようにするのである。

【０００３】このような技術背景において、サーマルイ
ンクジェットヘッドには通常温度検出装置が設けられて
いる。従来この種の温度検出装置としては、ヘッド本体
１００の温度を精度良く検出するために、例えばプリン
ト基板１０４の一部に切欠部１０７を設け、この切欠部
１０７の領域を利用してヘッド本体１００の近傍の放熱
部材１０３上にサーミスタ等の温度検出素子１０８を貼
り付けたり、あるいは、放熱部材１０３の内部に温度検
出素子１０８を埋設するようにしたものが既に提供され
ている（特開平３−１５５９５１号）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
従来の温度検出装置にあっては、放熱部材１０３上にプ
リント基板１０４を実装した後工程として放熱部材１０
３上に温度検出素子１０８を位置決め設置しなければな
らず、しかも、温度検出素子１０８の出力を外部に取り
出すために、温度検出素子１０８とプリント基板１０４
との間をボンディングワイヤ１０９あるいはリード線に
よるはんだ付け等により接続する必要が生ずる。この場
合、大量生産時には歩留りが悪くなったり、生産工程数
が増加することによりコストが高くなるという技術的課
題が生ずる。

【０００５】この発明は、以上の技術的課題を解決する
ために為されたものであって、温度検出性能を良好に保
ちながら、大量生産時の歩留りを良くし、生産工程数の
低減化に伴うコストの低廉化を図るサーマルインクジェ
ットヘッドの温度検出装置を提供するものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】すなわち、この発明は、
図１に示すように、インク吐出用ノズル２が所定の画素
ピッチで配列され且つ各ノズル２内にインク吐出用熱エ
ネルギが生成される発熱体３を内蔵するヘッド本体１
と、このヘッド本体１に取り付けられてヘッド本体１の
余分な熱を外部に放出する放熱部材４と、この放熱部材
４上に配設されて上記ヘッド本体１の各発熱体３に外部
からの画像信号に応じた駆動信号を供給するプリント基
板５とを備えたサーマルインクジェットヘッドにおい
て、上記ヘッド本体１に近接したプリント基板５上に温
度検出素子６を設け、この温度検出素子６と放熱部材４
との間を熱伝導性の良好な熱結合手段７にて結合したこ
とを特徴とする。

【０００７】このような技術的手段において、上記温度
検出装置の用途としては、印字時のヘッド本体１の温度
を所定範囲内に制御するために用いることは勿論のこ
と、例えば環境温度が極端に低いような場合において
は、ノズル２内のインクが凝固してしまう懸念がある
が、このような場合には、サーマルインクジェットヘッ
ドを初期運転する際に、上記温度検出装置で検出された
温度が使用可能温度に到達するまでヒータ等でヘッド本
体１を加熱し、ノズル２内の凝集したインクを空打ちに
て除去するようにする等適宜選定して差し支えない。

【０００８】上記温度検出素子６としては、サーミス
タ、熱電対等公知のものを適宜選定して差し支えない。
また、熱結合手段７としては、温度検出素子６と放熱部
材４とを熱伝導性の良い伝熱路を持って結合できるもの
であれば、プリント基板５にスルーホール（透孔）を設
け、このスルーホール内に放熱部材の突起部を貫通配置
させることにより突起部を温度検出素子６に接触させる
ようにしてもよいし、あるいは、プリント基板５にスル
ーホールを設け、熱伝導性の良い部材を介在させて両者
を結合するようにしてもよいし、あるいは、プリント基
板５にスルーホールを設け、このスルーホールの周壁に
金属箔パターンを形成し、この金属箔パターンを介して
両者を結合させるようにする等適宜選定して差し支えな
い。特に、熱伝導性を考慮すれば、プリント基板５に開
設されたスルーホールの周壁に金属箔パターンを形成し
た熱結合手段７を用いるのが好ましく、このタイプにお
いて、金属箔パターンが形成されたスルーホールを並列
的に複数設ける態様は、温度検出素子６と放熱部材４と
の間の伝熱抵抗をより低減し得る点で好ましい。

【０００９】

【作用】上述したような技術的手段によれば、温度検出
素子６はプリント基板４上に配置されるので、温度検出
素子６はプリント基板５上に直接はんだ付け等で実装さ
れることになり、プリント基板５を放熱部材４上に実装
した後工程として温度検出素子６を取り付ける工程は不
要になる。また、プリント基板５上の温度検出素子６は
熱結合手段７を介して放熱部材４に熱結合されているの
で、ヘッド本体１からの熱は放熱部材４及び熱結合手段
７を介して温度検出素子６に早急に伝達される。

【００１０】

【実施例】以下、添付図面に示す実施例に基づいてこの
発明を詳細に説明する。図２及び図３はこの発明が適用
されたサーマルインクジェットヘッドの温度検出装置の
一実施例を示す。同図において、サーマルインクジェッ
トヘッドの基本的構成は、従来と同様に、インク吐出用
ノズル１１が所定の画素ピッチで配列され且つ各ノズル
１１内にインク吐出用熱エネルギが生成される発熱体１
２を内蔵するヘッド本体１０と、このヘッド本体１０に
接着固定されてヘッド本体１０の余分な熱を外部に放出
する放熱部材１３と、この放熱部材１３上に接着固定さ
れて上記ヘッド本体１０の各発熱体１０２に外部からの
画像信号に応じた駆動信号を供給する例えばエポキシ樹
脂製の厚さ０．３ｍｍのプリント基板１４とを備えてい
る。尚、符号１５は発熱体１２とプリント基板１４とを
電気的に接続するボンディングワイヤ（図２及び後述の
図４では省略）、１６は図示外のインクタンクからのイ
ンクをヘッド本体１０に供給するインク供給部材、１７
はヘッド本体１０の各ノズル１１が連通する共通インク
室である。

【００１１】このようなサーマルインクジェットヘッド
において、ヘッド本体１０に近接したプリント基板１４
上にはサーミスタからなる温度検出素子２０がはんだ付
けにて実装されている。そして、この温度検出素子２０
は熱結合要素３０を介して放熱部材１３に熱結合されて
いる。この実施例において、プリント基板１４上には、
図４に示すように、上記温度検出素子２０の両端子が接
触するグラウンド電極４１及び電圧取出電極４２が設け
られており、温度検出素子２０はヘッド本体１０の端部
から３ｍｍの位置に配置されている。

【００１２】また、この実施例に係る熱結合要素３０
は、上記グラウンド電極４１に近接したプリント基板１
４に四個ずつ二列、計八個開設された直径０．５ｍｍの
スルーホール３１と、各スルーホール３１の上側開口縁
周辺に形成されて一部が上記グラウンド電極４１に連接
されている第一の銅泊パターン３２と、各スルーホール
３１の周壁に形成された第二の銅箔パターン３３と、各
スルーホール３１の下側開口縁周辺に形成される第三の
銅泊パターン３４とで構成されている。この実施例で
は、上記スルーホール３１はヘッド本体１０の端部から
２ｍｍの位置に配置されており、上記第一ないし第三の
銅泊パターン３２〜３４は通常の微細加工技術の一つで
あるエッチング処理にて形成される。特に、この実施例
にあっては、熱結合要素３０は八個のスルーホール３１
に対して銅箔パターン３２〜３４を形成したものである
が、これは、図６に示すように、ヘッド本体１０からプ
リント基板１４の熱結合要素３０までの間の放熱部材１
３の熱抵抗をＲ1、各スルーホール３１に対応する熱抵
抗をＲ2(1)〜Ｒ2(8)＝Ｒ2とすれば、ヘッド本体１０と
温度検出素子２０との間の熱抵抗Ｒは、（１／Ｒ）＝
（１／Ｒ1）＋｛（１／Ｒ2）×８｝となり、熱結合要素
３０全体の熱抵抗は一つのスルーホール３１の持つ熱抵
抗の１／８に抑えられる。尚、上記プリント基板１４の
背面には上記第三の銅泊パターン３４から離間して例え
ば線状の銅泊パターン３５が複数設けられており、放熱
部材１３上に対するプリント基板１４の設置安定性が図
られている。

【００１３】次に、この実施例に係るサーマルインクジ
ェットヘッドの温度検出装置の性能を評価する。評価方
法としては、標準条件（１５Ｗ）のエネルギをヘッド本
体１０の発熱体１２へ印加したときの温度検出素子２０
からの測定温度の変化を調べ、その応答性の速さを評価
対象とした。尚、プリント基板１４上に温度検出素子２
０を単に設置したもの（熱結合要素３０なし）を比較例
とし、また、放熱部材１３上に温度検出素子２０を設置
したものを基準例（ヘッド本体１０の温度変化を放熱部
材１３を介して検出する例）とした。

【００１４】実施例、比較例、基準例の検出温度変化を
図７に示す。同図において、比較例１（図中点線で示
す）は基準例（図中一点鎖線で示す）に比べて大幅に検
出時間が遅れ、温度差が生ずるのに対し、実施例（図中
実線で示す）は基準例に比べて検出時間の遅れが殆どな
く、温度差も殆どない。より具体的数値を見てみると、
比較例１においては、基準例に対する立ち上がりの遅れ
は１０〜２０秒、その温度差は３〜５度であるのに対
し、実施例においては、基準例に対する立ち上がりの遅
れは０〜１秒、その温度差は略０度に改善されることが
確認された。更に、この実施例においては、プリント基
板１４の厚さは熱結合を高めるという観点からすれば、
薄い方が望ましいと言え、実施例では、上記プリント基
板１４の厚さを０．３ｍｍに設定しているが、上述した
熱結合要素３０を設けることにより、プリント基板１４
が厚さ１ｍｍ以上であっても温度検出素子２０の温度検
出性能は十分に精度の良いものであることが確認され
た。

【００１５】尚、熱結合要素３０としては、上記実施例
で示したものに限られるものではなく、例えば図８に示
すように、プリント基板１４にスルーホール５１を設
け、放熱部材１３の一部に上記スルーホール５１の上側
開口端付近まで突出するボス５２を形成し、このボス５
２と温度検出素子２０とを熱伝導性の良い接着剤５３を
介して接合するようにしたり、あるいは、図９に示すよ
うに、プリント基板１４にスルーホール５１を設け、こ
のスルーホール５１内に熱伝導性の良いはんだ等の熱結
合材料５４を充填し、温度検出素子２０と放熱部材１３
とを接合するようにする等適宜選定することができる。

【００１６】

【発明の効果】以上説明してきたように、請求項１記載
の発明によれば、プリント基板上に温度検出素子を直接
はんだ付け等で実装することができるようにしたので、
放熱部材上にプリント基板を実装した後工程として温度
検出素子を取り付ける工程が不要になり、その分、大量
生産時に歩留りが悪くなったり、生産工程数の増加によ
りコストが高くなる事態を有効に回避することができ
る。更に、ヘッド本体からの熱を放熱部材及び熱結合手
段を介して温度検出素子に早急に伝達するようにしたの
で、放熱部材上あるいは放熱部材内部に温度検出素子を
配置した場合と略同等の熱応答性を得ることが可能にな
り、その分、応答性の良好な温度検出性能を発揮するこ
とができる。

【００１７】特に、熱結合手段としてスルーホールの周
壁に金属箔パターンを形成したものを用いるようにすれ
ば、温度検出素子と放熱部材との間の熱伝導性を極めて
良好に保つことができる。更に、金属箔パターンが形成
されたスルーホールを並列的に複数設けるようにすれ
ば、より伝熱抵抗を低減することが可能になり、温度検
出素子と放熱部材との間の熱伝導性をより良好に保つこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明に係るサーマルインクジェットヘッ
ドの温度検出装置の構成を示す説明図である。

【図２】 実施例に係るサーマルインクジェットヘッド
の温度検出装置を示す斜視図である。

【図３】 実施例に係るサーマルインクジェットヘッド
の温度検出装置の図４のＩＩＩ−ＩＩＩ線に相当する断
面説明図である。

【図４】 図２の平面図である。

【図５】 実施例に係るプリント基板の背面状態を示す
説明図である。

【図６】 実施例に係る熱結合要素の機能を示す模式説
明図である。

【図７】 実施例に係る温度検出素子の測定温度変化を
示すグラフ図である。

【図８】 実施例に係る温度検出装置の変形例を示す図
３に相当する断面説明図である。

【図９】 実施例に係る温度検出装置の他の変形例を示
す図３に相当する断面説明図である。

【図１０】 従来のサーマルインクジェットヘッドの温
度検出装置の一例を示す斜視図である。

【図１１】 その断面説明図である。

【符号の説明】

１…ヘッド本体，２…インク吐出用ノズル，３…発熱
体，４…放熱部材，５…プリント基板，６…温度検出素
子，７…熱結合手段

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インク吐出用ノズル（２）が所定の画素
   ピッチで配列され且つ各ノズル（２）内にインク吐出用
   熱エネルギが生成される発熱体（３）を内蔵するヘッド
   本体（１）と、このヘッド本体（１）に取り付けられて
   ヘッド本体（１）の余分な熱を外部に放出する放熱部材
   （４）と、この放熱部材（４）上に配設されて上記ヘッ
   ド本体（１）の各発熱体（３）に外部からの画像信号に
   応じた駆動信号を供給するプリント基板（５）とを備え
   たサーマルインクジェットヘッドにおいて、上記ヘッド
   本体（１）に近接したプリント基板（５）上に温度検出
   素子（６）を設け、この温度検出素子（６）と放熱部材
   （４）との間を熱伝導性の良好な熱結合手段（７）にて
   結合したことを特徴とするサーマルインクジェットヘッ
   ドの温度検出装置。