(57)【要約】      （修正有）【課題】記録素子基板の温度変化に対して応答性良くインクの温度制御をすることができる記録素子基板及び液体吐出ヘッドを提供する。【解決手段】液体を吐出する記録素子基板は、液体を加熱するための発熱部１１２と、発熱部１１２を駆動するためのＭＯＳトランジスタを備える駆動回路１１１と、駆動回路１１１を駆動するための電圧を生成し、電圧をＭＯＳトランジスタのゲートに印加する電圧生成部１１０と、を有する。ＭＯＳトランジスタと発熱部１１２とでソースフォロワ回路を構成しており、電圧生成部１１０は、記録素子基板の温度変化に伴いゲートに印加する電圧を変化させる。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を吐出する記録素子基板において、
前記記録素子基板は、前記液体を加熱するための発熱部と、前記発熱部を駆動するためのＭＯＳトランジスタを備える駆動回路と、前記駆動回路を駆動するための電圧を生成し、該電圧を前記ＭＯＳトランジスタのゲートに印加する電圧生成部と、を有し、
前記ＭＯＳトランジスタと前記発熱部とでソースフォロワ回路を構成しており、
前記電圧生成部は、前記記録素子基板の温度変化に伴い前記ゲートに印加する前記電圧を変化させることを特徴とする記録素子基板。
【請求項２】
前記電圧生成部は、前記記録素子基板の温度上昇に伴い前記ゲートに印加する前記電圧を小さくすることを特徴とする請求項１に記載の記録素子基板。
【請求項３】
前記電圧生成部は分圧回路構成となっており、
前記電圧生成部の電源側に第１の抵抗体が接続され、前記電圧生成部の接地側に前記第１の抵抗体の温度係数よりも小さい温度係数を有する第２の抵抗体が接続されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の記録素子基板。
【請求項４】
前記第１の抵抗体は正の温度特性を有し、前記第２の抵抗体は負の温度特性を有することを特徴とする請求項３に記載の記録素子基板。
【請求項５】
前記第１の抵抗体及び前記第２の抵抗体は正の温度係数を有することを特徴とする請求項３に記載の記録素子基板。
【請求項６】
前記第１の抵抗体及び前記第２の抵抗体は負の温度特性を有することを特徴とする請求項３に記載の記録素子基板。
【請求項７】
前記正の温度特性を有する抵抗体はＡｌＣｕ、ＡｌＳｉ及びＰｏｌｙ−Ｓｉのいずれかを含むことを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の記録素子基板。
【請求項８】
前記負の温度特性を有する抵抗体はＰＮ接合型ダイオード又はＳｉを含むことを特徴とする請求項４又は請求項６に記載の記録素子基板。
【請求項９】
前記第１又は第２の抵抗体の少なくとも一方を複数有し、該複数の第１又は第２の抵抗体が並列に接続されていることを特徴とする請求項３乃至請求項８のいずれか１項に記載の記録素子基板。
【請求項１０】
前記電圧生成部を複数有し、該複数の電圧生成部は直列に接続されていることを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の記録素子基板。
【請求項１１】
前記液体を吐出するために前記液体を加熱して前記液体中に気泡を発生させる発熱素子をさらに有することを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載の記録素子基板。
【請求項１２】
前記第１の抵抗体又は前記第２の抵抗体のうち少なくともいずれか一方は前記発熱素子に沿って配置されることを特徴とする請求項１１に記載の記録素子基板。
【請求項１３】
前記液体を吐出する吐出口と、前記吐出口に前記液体を供給するための供給口と、前記発熱素子を駆動するための第２の駆動回路と、前記発熱素子を選択するための選択回路と、をさらに有し、
前記吐出口側から前記記録素子基板を見た場合に、前記供給口、前記第２の発熱部、前記電圧生成部、前記第２の駆動回路、前記選択回路がこの順に配されていることを特徴とする請求項１１又は請求項１２に記載の記録素子基板。
【請求項１４】
前記液体を吐出する吐出口を備え、前記発熱部は前記吐出口から前記液体を吐出するために前記液体中に気泡を生じさせるために利用される熱エネルギーを発生することを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載の記録素子基板。
【請求項１５】
請求項１乃至請求項１４のいずれか１項に記載の記録素子基板を備える液体吐出ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体を吐出する記録素子基板及び液体吐出ヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェットプリンタは液体を吐出するための記録素子基板の吐出口からインクを吐出して記録を行っている。そのため、インクの粘度が適切でない場合には吐出口からインクを適切に吐出することができない恐れがあるため、インクの粘度を適切な状態に維持するためにインクを適宜加熱してインクの温度を制御することがある。
【０００３】
そこで特許文献１には、それ自身の温度変化に応じて抵抗値が変化する温度特性を有するＮＴＣサーミスタを用いることにより、インクの粘度が大きい場合にはインクを加熱して粘度を小さくし、かつ、インクの過熱を抑制できる方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２００５８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載のＮＴＣサーミスタはインクジェットヘッドの記録素子基板内部には形成されていないため、記録素子基板の温度変化に対して応答性良くインクの温度制御をすることが困難である。
【０００６】
そこで本発明は上記の課題を鑑み、記録素子基板の温度変化に対して応答性良くインクの温度制御をすることができる記録素子基板及び液体吐出ヘッドを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するための本発明は、液体を吐出する記録素子基板において、前記記録素子基板は、前記液体を加熱するための発熱部と、前記発熱部を駆動するためのＭＯＳトランジスタを備える駆動回路と、前記駆動回路を駆動するための電圧を生成し、該電圧を前記ＭＯＳトランジスタのゲートに印加する電圧生成部と、を有し、前記ＭＯＳトランジスタと前記発熱部とでソースフォロワ回路を構成しており、前記電圧生成部は、前記記録素子基板の温度変化に伴い前記ゲートに印加する前記電圧を変化させることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、記録素子基板の温度変化に対して応答性良くインクを加熱したりインクの過熱の抑制をしたりすることができる記録素子基板及び液体吐出ヘッドを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】液体吐出ヘッドの斜視図。
【図２】記録素子基板の斜視図。
【図３】記録素子基板の平面図。
【図４】記録素子基板の拡大平面図。
【図５】記録素子基板の電気回路図。
【図６】第１の実施形態に係る電圧生成部の電気回路図。
【図７】温度特性を示す概略図。
【図８】第１の実施形態に係る電圧生成部の電気回路図の変形例。
【図９】第２の実施形態に係る電圧生成部の電気回路図。
【図１０】第３の実施形態に係る電圧生成部の電気回路図。
【図１１】第４の実施形態に係る電圧生成部の電気回路図。
【図１２】第４の実施形態に係る記録素子基板の平面図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明に係る、インク等の液体を吐出する記録素子基板及び液体吐出ヘッドについて図を参照しながら説明する。尚、本発明の一例として、サーマル方式の記録素子基板及び液体吐出ヘッドを用いて説明を行うが、本発明はこれに限らず、ピエゾ方式の記録素子基板及び液体吐出ヘッドにも適用することができる。
【００１１】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態について、図を参照しながら以下説明する。
【００１２】
（液体吐出ヘッド）
図１に本実施形態に係る液体吐出ヘッド１の斜視図を示す。液体吐出ヘッド１は主に、筐体２、液体を吐出する記録素子基板２００から構成されている。筐体２には、記録素子基板２００に供給する液体を保持するインクタンク３、記録素子基板２００と電気的に接続される電気配線部材５、不図示の記録装置本体と電気的に接続される電気配線基板４が搭載されている。
【００１３】
（記録素子基板）
図２に記録素子基板２００の斜視図を示す。記録素子基板２００は主に、液体を吐出する吐出口２５６を有する吐出口形成部材２５１、吐出口に液体を供給するための流路を有する流路形成部材２５２、電気配線部材５と電気的に接続される接続パッド２０１を備えるシリコンの基体部２５０から構成される。基体部２５０には、吐出口２５６に対応する位置に設けられ、液体を加熱して気泡を発生させることで吐出口２５６から液体を吐出する発熱素子（メインヒータ）２０５、及び流路形成部材２５２にインクを供給するためのインク供給口１０６が設けられている。
【００１４】
図３に本実施形態に係る記録素子基板２００を吐出口側から見たときの回路構成を示す。回路構成を説明するため、吐出口形成部材２５１等を省略した図で説明する。また、図２においては、記録素子基板２００に１つのインク供給口１０６が設けられる例を示したが、図３においては１つの記録素子基板２００に２つのインク供給口１０６を備える例を示す。記録素子基板２００には、メインヒータ２０５、メインヒータ２０５を駆動するためのメインヒータ駆動回路１０３、駆動するメインヒータを選択するためのメインヒータ選択回路１０４が形成されている。さらに、記録素子基板２００を加熱してインクの温度を調整するための発熱部（サブヒータ）１１２、サブヒータ１１２を駆動するためのサブヒータ駆動回路１１１、サブヒータ駆動回路１１１に電圧を供給するための電圧生成部１１０が形成されている。本実施形態においては、インク供給口１０６から順にメインヒータ２０５、電圧生成部１１０、メインヒータ駆動回路１０３、メインヒータ選択回路１０４、サブヒータ１１２がそれぞれ並置して配置される。すなわち、電圧生成部１１０はメインヒータ２０５の近傍に沿うように配置される。なお、記録素子基板２００の温度を検知する温度検出素子１０２は接続パッド２０１の近傍に配置される。詳しくは後述するが、サブヒータ駆動回路１１１に電圧を供給するための電圧生成部１１０が記録素子基板２００内に形成されていることにより、記録素子基板の温度変化に対して応答性良くインクの温度制御をすることができる。すなわち、インクの温度が低い場合にはインクを加熱し、インクが過熱状態となった場合にはインクの加熱を弱めることにより過熱を抑制することができる。
【００１５】
図４に図３の領域Ａを拡大した図を示す。電圧生成部１１０は抵抗体３０１及びダイオード３０３から主に構成されており、メインヒータ２０５の近傍に、メインヒータ２０５に沿うように配置されている。したがって、メインヒータ２０５による記録素子基板の温度変化が迅速に抵抗体３０１及びダイオード３０３に伝わる。またダイオード３０３はメインヒータ２０５の配列方向に沿って略等間隔に配置されており、図４においてはダイオード３０３の図示を途中省略しているが、本実施形態においてダイオードを２０個用いている。なお、２０個のダイオードを使用しなければ本実施形態の効果が得られないわけではない。
【００１６】
（サブヒータ駆動回路）
図５に本実施形態におけるサブヒータ駆動回路１１１及びその周辺部における電気回路を示す。本実施形態におけるサブヒータ駆動回路１１１はＮＭＯＳトランジスタで構成され、ゲートＧにはレベル変換回路（電圧変換回路）４０１が接続されている。レベル変換回路４０１には記録装置本体から出力されるサブヒータ選択信号を信号線４０５を介して受信する選択回路４０２が接続されている。レベル変換回路４０１は、信号線４０４を介して選択回路４０２からの電圧値を電圧生成部１１０の出力電圧４０３と略同じになるよう変換し、サブヒータ駆動回路１１１のゲートＧに印加するものである。ここでサブヒータ選択信号は、温度検出素子１０２を用いて記録素子基板２００の温度を検出した結果をもとに出力される。
【００１７】
図５に示すように、サブヒータ駆動回路１１１は、ドレインＤにサブヒータ電源端子１０１ｂを接続し、ソースＳにサブヒータ１１２を介してサブヒータグランド端子１０１ａを接続した、ソースフォロワ回路となっている。したがって、サブヒータ１１２に印加される電圧はサブヒータ駆動回路１１１のゲートＧに印加される電圧とほぼ同等になるため、サブヒータ１１２の駆動を電圧生成部１１０の出力電圧により制御することができる。サブヒータ電源端子１０１ｂに印加される電圧は、一例としてメインヒータを駆動する電圧と同じ電源電圧２４Ｖである。なお、サブヒータ駆動回路１１１として図５にはＮＭＯＳトランジスタしか図示していないが、電圧の調整等により適宜抵抗等を接続してもよい。
【００１８】
（電圧生成部）
図６に本実施形態における、温度特性を有する電圧生成部１１０の電気回路図を示す。なお、説明のために図６においてはダイオード３０３を３つだけ図示している。電圧生成部１１０は分圧回路構成となっており、本実施形態では基体部２５０（図２）上に形成されたＡｌ又はＡｌＣｕ等の配線材から成る抵抗体３０１、及び少なくとも１つのダイオード３０３から構成される。電圧生成部１１０用の電源側に接続されている電源端子１０１ｃに印加された電圧は抵抗体３０１及びダイオード３０３を直列に接続したダイオード群とで分圧される。分圧された電圧はサブヒータ駆動回路１１１の入力端であるＮＭＯＳトランジスタのゲートＧに供給される電圧として電圧生成部１１０の出力端４０３から出力される。
【００１９】
ここで、ダイオード３０３は図７（ａ）に示すようにダイオード自身の温度が上昇すると順方向電圧ＶＦが減少する温度勾配７０１を有し、その温度勾配の代表的な値としては−２．１ｍＶ／℃が知られている。また抵抗体３０１は図７（ｂ）に示すように抵抗体自身の温度が上昇すると抵抗値が上昇する正の温度勾配８０１を有し、代表的なＡｌの抵抗の温度係数は４．０×１０−３（１／℃）が知られている。そして、抵抗体３０１及びダイオード３０３は基体部２５０上に形成されているため、基体部２５０の温度上昇に伴い抵抗体３０１及びダイオード３０３自身の温度も上昇する。すなわち、電圧生成部１１０の出力端４０３の電圧（ゲート電圧）は、基体部２５０の温度上昇とともに線形的に減少する（図７（ｃ）の９０１）。一例として、基体部の温度が３０℃から６０℃に上昇した際には、出力端４０３の電圧は１Ｖ〜２Ｖ低下する。なお、図７（ａ）に示すような負の温度特性を有する部材として、ＰＮ接合型ダイオード及びＳｉが挙げられる。また図７（ｂ）に示すような正の温度特性を有する部材として、ＡｌＣｕ、ＡｌＳｉ及びＰｏｌｙ−Ｓｉが挙げられる。
【００２０】
また、サブヒータ駆動回路１１１はＭＯＳトランジスタから構成されるソースフォロワ回路であるため、ゲート電圧９０１（図７（ｃ））に対してソースＳに印加されるソース電圧には−１Ｖ〜−２Ｖのオフセット電圧が含まれる。したがって、サブヒータ駆動回路１１１のソース電圧９０２（図７（ｃ））としては、ゲート電圧９０１から１〜２Ｖ低い負の温度勾配を有する電圧９０２となる。また、サブヒータ１１２にはソース電圧９０２が印加されるため、図７（ｄ）に示すようにサブヒータ１１２に流れる電流（サブヒータ電流）１００１も負の温度勾配を有する。したがって、基体部２５０、即ち記録素子基板２００の温度上昇に伴いサブヒータ１１２に流す電流を小さくすることができるため、記録装置本体の制御によらずにインクの加熱を制御することができる。反対に、記録素子基板２００の温度が下がった場合にはソースに印加される電圧が増加し、より記録素子基板を加熱することもできる。
【００２１】
また上述したように、本実施形態においては電圧生成部１１０を構成する抵抗体３０１及びダイオード３０３はメインヒータ２０５の近傍に、メインヒータ２０５に沿うように配置される（図４）。ここで、温度検出素子１０２は接続パッド２０１の近くに配置されているため、記録を行う画像パターンによっては温度検出素子１０２から遠い位置にあるメインヒータ２０５のみが駆動される場合がある。したがってこの場合には、温度検出素子１０２が記録素子基板２００の温度上昇を検知するのに時間を要してしまう。しかしながら、電圧生成部１１０がメインヒータの近傍に、メインヒータ２０５に沿うように配置されることにより、温度検出素子１０２が記録素子基板２００の昇温を検知する前に電圧生成部１１０が速やかに温度に反応し、サブヒータ１１２の駆動を抑えることができる点で好ましい。また、記録装置本体を介さずに速やかに記録素子基板２００の温調が行うことができるため、記録素子基板の温度変化に対して応答性良くインクの温度制御をすることができる。
【００２２】
以上本実施形態の説明では、電圧生成部１１０の構成として正の温度特性をもつ抵抗体３０１と負の温度特性を持つダイオード３０３を用いたが、ダイオード３０３の代わりに負の温度特性を持つ別の素子を用いても同様の効果が得られる。また図８に示すように、ダイオード３０３の代わりに、正の温度特性を有する抵抗体１１４を用いてもよい。この場合には、記録素子基板２００の温度上昇に伴いゲート電圧を小さくさせるため抵抗体３０１よりも大きな温度勾配を有する抵抗体を用いる必要がある。また同様に、抵抗体３０１及びダイオード３０３の代わりに負の温度特性を有する抵抗体を２つ用いてもよい。この場合には、電源端子１０１ｃ側に配置される抵抗体として、負の温度特性を有する他方の抵抗体よりも大きな温度勾配を有する抵抗体を用いる必要がある。すなわち本実施形態は、電源端子１０１ｃ側に接続される抵抗体の温度係数よりも小さい温度係数を有する抵抗体を接地配線側に接続すればよい。
【００２３】
また図６においては、電源端子１０１ｃ側に抵抗体３０１を接続したが、電源端子１０１ｃ側にダイオード３０３を接続し接地側に負の温度特性を有する抵抗体３０１を接続することにより同様の効果が得られる。すなわち本実施形態は、記録素子基板２００の温度上昇に伴い出力端４０３からの電圧が小さくなるような構成であればよい。また、本実施形態において、ＮＭＯＳトランジスタを用いて説明をしたが、本実施形態はこれに限らず、ＰＭＯＳトランジスタを用いてもよい。その際には、ＰＭＯＳトランジスタのソースと電源配線との間にサブヒータを配置する事により、ＰＭＯＳトランジスタのゲートに印加される電圧に応じてサブヒータに流れる電流を制御する事ができる。ＰＭＯＳトランジスタを用いる際には、記録素子基板２００の上昇に伴い出力端４０３からの電圧が大きくなるような構成である必要がある。
【００２４】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態について、図９を参照しながら以下説明する。なお、第１の実施形態と同様の構成については同一の符号を付し、説明を省略する。本実施形態の特徴部は図９に示すように、電圧生成部１１０がダイオード３０３を複数有し、並列に複数配置されていることである。並列に複数接続することにより、メインヒータ２０５列の一部分で発熱してそのメインヒータの近傍に配置されたダイオード３０３の順方向電圧ＶＦが下降した場合に、並列で接続された他のダイオードに流れていた電流のうちの多くがメインヒータ近傍のダイオード３０３に流れるようになる。すなわち並列に接続されたダイオード３０３のうち一つでも熱に反応すると、電圧生成部１１０の出力端４０３の電圧がそれに伴い下降し、より局所的な発熱に反応しやすくなるという効果が得られる。
【００２５】
したがって、並列に接続された複数のダイオード３０３は、それぞれサブヒータを駆動する吐出口列毎に列内に分割して配置されることが好ましい。より広範囲な領域の温度変化を検知し、それに基づいて出力端４０３からの電圧を制御することができるからである。
【００２６】
（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態について、図１０を参照しながら以下説明する。なお、第１の実施形態と同様の構成については同一の符号を付し、説明を省略する。本実施形態の特徴部は図１０に示すように、電圧生成部１１０を直列に複数接続したことである。本実施形態の構成によれば、第１の実施形態の出力端４０３の電圧と比較して出力端４０３の電圧は、負の温度勾配が大きくなる。また、低温時はよりサブヒータ電流を流し、高温時はよりサブヒータ電流を制限するため、温度調整をより顕著に行うことが可能になる。なお図１０においては三段構成で説明をしているが、それ以外の段数でも同様の効果が得られる。
【００２７】
（第４の実施形態）
本発明の第４の実施形態について、図１１及び図１２を参照しながら以下説明する。なお、第１の実施形態と同様の構成については同一の符号を付し、説明を省略する。本実施形態の特徴部は図１１に示すように、ＭＯＳトランジスタ１３０８、１３０９のオン抵抗で分圧された電圧を出力端４０３から出力することである。具体的には、抵抗体１３０５、１３０６、１３０７で分圧された電圧をｐＭＯＳトランジスタ１３０８のゲートおよびｎＭＯＳトランジスタ１３０９のゲートに入力し、出力端４０３から各々のＭＯＳトランジスタのオン抵抗で分圧された電圧を出力する。
【００２８】
図１２に本実施形態の記録素子基板２００の平面図を示す。抵抗体１３０５、１３０６、１３０７は各々のメインヒータ２０５列に沿って近傍に配置される。抵抗体１３０５は負の温度係数を持つように構成され、抵抗体１３０７は正の温度係数を持つように構成される。温度上昇と共にｐＭＯＳトランジスタ１３０８のゲート電圧は上昇しオン抵抗は大きくなる。一方で、ｎＭＯＳトランジスタ１３０９のゲート電圧は上昇しオン抵抗は小さくなる。即ち温度上昇と共に各々のＭＯＳトランジスタのオン抵抗が変化し、結果的に出力端４０３の電圧は小さくなる。更に抵抗体１３０６に関しても正または負の温度係数を持つように構成する事で、各々のＭＯＳトランジスタのオン抵抗をより積極的に偏らせることで出力電圧を制御してもよい。本実施形態では各々のＭＯＳトランジスタのゲート電圧に対するオン抵抗の変化量が大きくなるように予め設定しておく必要があるが、第１及び第２の実施形と比較して、出力端４０３の電圧値の温度勾配をより大きくすることが可能になる。
【００２９】
以上の説明では、インクの温度制御を行う発熱部としてサブヒータ１１２を用いたが、本発明はこれに限られず、例えばメインヒータ２０５を用いてインクの温度制御を行ってもよい。つまりメインヒータ２０５により、インクを加熱することで気泡を発生させてインクを吐出させるための発熱素子としての機能と、記録素子基板を加熱してインクの温調を調整するためのサブヒータとしての機能とを兼用してもよい。サブヒータとして機能させる場合には、メインヒータ２０５に対して、インクを吐出しない程度のエネルギー（例えば、短パルス）を付与することでインクを加熱できる。その際には、メインヒータ２０５を駆動するＭＯＳトランジスタとは別に、インク加熱用のＭＯＳトランジスタをソースフォロワ接続し、ＭＯＳトランジスタのゲートＧに電圧が印加されるように電圧生成部１１０を接続すればよい。
【符号の説明】
【００３０】
２００  記録素子基板
１１２  発熱部
１１１  駆動回路
１１０  電圧生成部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2020097181.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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