(57)【要約】【課題】ヒーターの抵抗値を安定してモニターでき、高画質化、高速記録が可能な記録ヘッド用基板、記録ヘッド、記録装置を提供する。【解決手段】複数のヒーター９０１は発熱抵抗素子であり、電圧を印加されて記録を行なうための熱エネルギーを発生する。ランクヒータ９１４は発熱抵抗効果素子であり、ヒーター９０１の抵抗値のモニターのために抵抗値を測定される。ヒーター９０１とランクヒーター９１４とが同じ構成およびサイズで同一基板上に形成されている。ヒーター９０１およびランクヒーター９１４の材料は、抵抗温度係数が−１５０ｐｐｍ／セ氏度以上である。ランクヒーター９１４は、ランクヒーター９１４の昇温が抑えられ、かつ抵抗値が安定するような電圧および電流の範囲で抵抗値を測定される。そのとき、ランクヒーター９１４の単位面積当たりの消費電力が１〜３ワット／平方ミリメートルの範囲となることが好ましい。【選択図】　　　図２
2004090246.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電圧を印加されて記録を行なうための熱エネルギーを発生する発熱抵抗素子である複数のヒーターと、前記ヒーターの抵抗値のモニターのために抵抗値を測定される発熱抵抗素子であるランクヒーターとを同一基板上に有する記録ヘッド用基板において、
前記ランクヒーターは、該ランクヒーターの昇温を抑え、かつ抵抗値が安定するような電圧および電流の範囲で測定されることを特徴とする記録ヘッド用基板。
【請求項２】
前記ランクヒーターは、前記ランクヒーターの単位面積当たりの消費電力が１〜３ワット／平方ミリメートルの範囲となる電圧および電流で抵抗値を測定される、請求項１記載の記録ヘッド用基板。
【請求項３】
前記ヒーターおよび前記ランクヒーターの材料は、抵抗温度係数が−１５０ｐｐｍ／セ氏度以上であることを特徴とする、請求項１または２記載の記録ヘッド用基板。
【請求項４】
前記ランクヒーターは、前記ヒーターと同一工程にて形成されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の記録ヘッド用基板。
【請求項５】
前記ランクヒーターは、前記ヒーターと同じ構成およびサイズのものが複数並べられていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の記録ヘッド用基板。
【請求項６】
前記ランクヒーターが複数設けられていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の記録ヘッド用基板。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の前記記録ヘッド用基板を有し、インクを吐出するための複数の吐出口が前記ヒーターに対応して設けられているインクジェット記録ヘッド。
【請求項８】
前記ランクヒーターの抵抗値のモニター結果を格納するための不揮発性メモリをさらに有することを特徴とする、請求項７記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項９】
請求項７または８記載の前記インクジェット記録ヘッドと、該インクジェット記録ヘッドを搭載するための部材とを少なくとも有するインクジェット記録装置。
【請求項１０】
前記ランクヒーターの抵抗値のモニター結果を、インク吐出のための前記ヒーターの駆動にフィードバックするフィードバック手段をさらに有することを特徴とする、請求項９記載のインクジェット記録装置。
【請求項１１】
前記フィードバック手段は、前記モニター結果を、前記ヒーターを駆動する信号のパルス幅または電圧にフィードバックすることを特徴とする、請求項９記載のインクジェット記録装置。
【請求項１２】
請求項８記載の前記インクジェット記録ヘッドを搭載した際、前記フィードバック手段は、前記不揮発性メモリから前記モニター結果を読出して、インク吐出のための前記ヒーターの駆動にフィードバックする、請求項１０または１１記載のインクジェット記録装置。
【請求項１３】
前記ヒーターは、ＴａｘＳｉｙＲｚで表され、ＲがＣ、ＯまたはＮから選択された１種以上の元素であり、指数ｘ、ｙおよびｚがｘ＋ｙ＋ｚ＝１００で定義される材料からなる薄膜により形成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ヘッド用基板。
【請求項１４】
電圧を印加されて記録を行なうための熱エネルギーを発生する発熱抵抗素子である複数のヒーターと、前記ヒーターの抵抗値のモニターのために抵抗値を測定される発熱抵抗素子であるランクヒーターとを同一基板上に有する記録ヘッド用基板のランクヒーター測定方法において、
前記ランクヒーターの昇温を抑え、かつ抵抗値が安定するような電圧および電流の範囲で測定することを特徴とするランクヒーター測定方法。
【請求項１５】
前記ランクヒーターの単位面積当たりの消費電力が１〜３ワット／平方ミリメートルの範囲となる電圧および電流で抵抗値を測定する、請求項１４記載のランクヒーター測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、記録ヘッド用基板、その基板を搭載したインクジェット記録ヘッド、そのインクジェット記録ヘッドを用いた記録装置、およびランクヒーター測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プリンタ、複写機、ファクシミリ等の機能を有する記録装置や、コンピューターやワードプロセッサ等を含む複合機やワークステーションの出力機器として用いられる記録装置は、画像情報に基づいて用紙やプラスチック薄板（例えば、ＯＨＰ等に用いる）等の記録シートに画像を記録する。これらの記録装置は、用いている記録方法により、インクジェット式、ワイヤドット式、感熱式、熱転写式、レーザービーム式などに分類される。
【０００３】
そのうち、インクジェット式の記録装置（以下、インクジェット記録装置）は、記録手段（具体的には記録ヘッド）から記録シートにインクを吐出して画像を記録する。インクジェット記録装置によれば、記録手段のコンパクト化が容易であり、高精細な画像を高速で記録することができ、普通紙に特別の処理をせずに画像を記録でき、ランニングコストが安く、ノンインパクト方式であるため騒音が少なく、しかも多色のインクを使用してカラー画像を記録するのが容易である等、様々な利点を有している。
【０００４】
インクジェット記録方式の中にもいくつか手法がある。そのひとつに、発熱体をノズル内に構成し、発熱体で発生する熱によりインクにバブルを発生させ、そのエネルギーを用いてインクを吐出するバブルジェット記録方式がある。そして、インクを吐出するためのエネルギーを発熱体により発生させる記録素子は半導体製造プロセスを用いて作製できる。そして、バブルジェット記録方式の記録ヘッドは、シリコン基板からなる素子基板上に記録素子を形成し、その上に、インク流路を形成するための溝を形成した、ポリサルフォン等の樹脂やガラス等からなる天板を接合した構成となっている。
【０００５】
また、素子基板がシリコン基板からなることを利用し、記録素子だけでなく、記録素子を駆動するためのドライバーや、記録素子を記録ヘッドの温度に応じて制御する際に用いられる温度センサおよびその駆動制御部などをも素子基板上に構成したものもある。
【０００６】
この種の記録ヘッド用基板の一例として図１１に示すような構成のものがある（特許文献１参照）。
【０００７】
図１１において、素子基板９００には、インクに吐出用の熱エネルギーを与える、並列に配列された発熱抵抗素子である複数のヒーター９０１と、各ヒーター９０１を駆動するための複数のパワートランジスタ（ドライバー）９０２と、シリアル信号の画像データおよびシリアルクロック（ＣＫ）が外部から入力され、１ライン毎に画像データを出力するシフトレジスタ９０４と、ラッチ用のクロック（Ｌ）に同期してシフトレジスタ９０４から出力された１ライン分の画像データをラッチし、パワートランジスタ９０２にパラレルに転送するラッチ回路９０３と、パワートランジスタ９０２に対応してそれぞれ設けられ、ラッチ回路９０３の出力信号を外部からのイネーブル信号に応じてパワートランジスタ９０２に印加する複数のＡＮＤゲート９１５と、画像データや各種信号等を外部から入力するための入力端子９０５〜９１２が形成されている。
【０００８】
このような構成において、シリアル信号として入力された画像データは、シフトレジスタ９０４によってパラレルな信号に変換され、ラッチ用のクロックに同期してラッチ回路９０３で出力保持される。この状態で入力端子９０８を介して駆動パルス信号（ＡＮＤゲート９１５に対するイネーブル信号）が入力されることにより、画像データに応じてパワートランジスタ９０２がオンされ、対応するヒーター９０１に電流が流れて、その液流路（ノズル）のインクが熱され、ノズル先端よりインクが液滴として吐出される。
【０００９】
また、以上の構成に加えて、素子基板９００には、素子基板９００の温度を測定するための温度センサ、あるいは製造工程において生じるヒーターの抵抗値の基板毎のバラツキに対して駆動電圧や駆動パルス幅を調整制御するためのモニター手段等のセンサ類９１４や、ノズル内のインク温度制御を行うための保温ヒーターが形成されている。
【００１０】
【特許文献１】
特開平７−２５６８８３号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
近年、インクジェット記録においては、高画質化、高速記録などの高機能化の要求がますます高まっている。高画質化を達成するために、ヒーター（発熱抵抗体）のサイズを小さくすることにより１ドット当りの吐出量を少なくして小ドット化し、記録密度（解像度）を上げることにより画質を向上させる方法がある。
【００１２】
従来、画像を形成する液滴は、吐出量を小さくする際、ノズルの形状を変える（オリフィス面積を小さくする）とともにヒーターの面積を小さくすることで対応してきた。
【００１３】
図１２は、解像度および吐出量とヒーター面積との関係をドットで示しているグラフである。例えば、過去によく用いられた３６０ｄｐｉの解像度においては、約４０ｎｇの吐出量が必要であり、その際のヒーター面積は約２７００μｍ２である。しかし、近年では１２００ｄｐｉ、２４００ｄｐｉが主流である。図１２を参照すると、１２００ｄｐｉの解像度においては約８００μｍ２のヒーター面積が必要である。２４００ｄｐｉの解像度においては約６００μｍ２のヒーター面積が必要である。また、グラフ中に点線で示された直線とドットとの関係から分かるように、吐出量とヒーター面積は比例関係にはない。すなわち、解像度３６０、１２００、２４０００のドットが直線上に乗っていない。吐出量が小さくなるに従って、比例関係からのずれが大きくなっていることがグラフから分かる。
【００１４】
図１３は、図１２における吐出量の小さい領域を拡大したグラフである。図１３において、点線は８ｎｇからの外挿線である。例えば、図１３において、吐出量８ｎｇを４ｎｇにする場合、外挿線によればヒーター面積は約４００μｍ２となる。しかし、実際には約６００μｍ２が必要となる。つまり、吐出量を１／２にすると、ヒーターの面積比は１／２になるのではなく、０．７３となる。したがって、同じ量のインクを吐出するために、約４割程度大きなヒーター面積が必要となる。
【００１５】
なお、ヒーター面積と、インクを吐出のためにヒーター部に印加するエネルギーとの間には比例関係があることがこれまでに分かっている。
【００１６】
図１４は、インクの吐出量４ｎｇおよび８ｎｇにおけるドットイメージを示す図である。図１４を参照すると、インクの吐出量が８ｎｇから４ｎｇへと半分になると、２倍のドット数が必要となることが分かる。すなわち、例えば１枚に画像を同じ時間で記録するためには、吐出量が半分になると、２倍の吐出周波数でインクを吐出することが求められる。図１５は、同じ時間で画像を記録するとした場合の吐出量と吐出周波数との関係をドットで示すグラフである。図１５を参照すると、吐出量が８ｎｇのとき吐出周波数が１５ｋＨｚであるのに対して、画像記録のスピードを維持するためには吐出量が４ｎｇのとき吐出周波数が３０ｋＨｚとなっている。
【００１７】
以上のように、高画質化のために吐出量を小さくするとヒーター面積は小さくなる。しかし、ヒーター面積は吐出量に比例して小さくはならない。そのため、同じスピードを維持するとき、図１６に示すように、ヒーター部に必要とされるエネルギーは増大し、エネルギー効率が低下する。
【００１８】
さらに、記録ヘッドにおいては、ヒーター部以外にも、ヒーターのスイッチングを行うドライバー部や、ヒーターにエネルギーを供給するための配線部なども抵抗成分を持っている。ヒーターにエネルギーを供給する際に、これらの抵抗成分においてもエネルギーロスが発生している。
【００１９】
図１７，１８はエネルギーロスを求めるための記録ヘッド用基板の等価回路である。これらの等価回路において記録ヘッド用基板の１つのヒーターに着目し、発熱ヒーター部（Ｉ）とドライバー部および配線抵抗部（ＩＩ）とに分けてエネルギー消費を算出する。発熱ヒーター部（Ｉ）で消費されるエネルギーはインクの吐出に寄与するが、ドライバー部および配線抵抗部（ＩＩ）で消費されるエネルギーはインクの吐出に寄与しない。したがって、それがエネルギーロスとなる。図１７は、吐出量が８ｎｇの記録ヘッド用基板の等価回路であり、図１８は、吐出量が４ｎｇの記録ヘッド用基板の等価回路である。
【００２０】
図１７において、発熱ヒーター部（Ｉ）の抵抗を１００Ω（シート抵抗値１００Ω／□）、ドライバー部および配線抵抗部（ＩＩ）の抵抗値を５０Ωとすると、系全体の抵抗値は１５０Ωとなる。これを駆動電圧１５Ｖで駆動すると、系全体には０．１Ａの電流が流れる。これを駆動パルス幅１μｓで駆動すると、インクの吐出に寄与しない（ＩＩ）の部分でのエネルギーロスＥ（１）は、
【００２１】
【数１】
2004090246.tif 000003
【００２２】
となる。ここで、Ｒ（１）は（ＩＩ）の部分の抵抗値、Ｉ（１）は電流値、Ｐｗ（１）はパルス幅を示す。
【００２３】
一方、図１８において、発熱ヒーター部（Ｉ）の抵抗を１００Ω（シート抵抗値１００Ω／□）、ドライバー部と配線抵抗部（ＩＩ）の抵抗値を５０Ωとすると、系全体の抵抗値は１５０Ωとなる。ヒーターサイズが小さくなったことにより、駆動電圧１２．５Ｖで駆動すると、系全体には０．０８３Ａの電流が流れる。これを駆動パルス幅１μｓで駆動すると、インクの吐出に寄与しない（ＩＩ）の部分でのエネルギーロスＥ（２）は、同様にして、
【００２４】
【数２】
2004090246.tif 000004
【００２５】
となる。最後の×２は、画像記録のスピードを低下させずに同一の画像を形成するために、吐出周波数を図１７のものの２倍としていることを示す。
【００２６】
式（１）、（２）から、ドライバー部および配線抵抗部（ＩＩ）におけるエネルギーロスの比は、
【００２７】
【数３】
2004090246.tif 000005
【００２８】
となり、ドライバー部および配線抵抗部（ＩＩ）におけるエネルギーロスが３８％増大している。
【００２９】
同様にして、系全体での消費エネルギー比について考える。図１７の記録ヘッド用基板の消費エネルギーＥ（１）′と、図１８の記録ヘッド用基板の消費エネルギーＥ（２）′の比は、
【００３０】
【数４】
2004090246.tif 000006
【００３１】
となる。ここで、Ｖ（１）、Ｖ（２）は図１７、１８における各駆動電圧を示す。このように、系全体で見たときにも約３９％のエネルギー増加がある。
【００３２】
以上のことから、記録密度を２倍にしつつ同一の画像記録スピードを達成するためにエネルギー消費が約４０％増大し、インクの吐出に寄与しないエネルギーロスも同様に約４０％増大する。これはヘッド温度の上昇につながるので、インクの吐出量の変動要因となる温度を下げるために画像記録スピードを低下せざるを得なくなる。
【００３３】
今後の更なる高画質化、高速記録に向けて小ドット化や吐出周波数を上げることが要求されており、その際、上述した消費エネルギーの問題は更に深刻となる。これを解決するのに従来の方法では限界があり、新たな対策が必要となってきている。
【００３４】
消費エネルギーを削減する方法として、例えば、ヒーターを高抵抗化すること方法が考えられる。ヒーターを高抵抗化することにより系全体の電流値が低減され、ドライバー部や配線抵抗部でのエネルギーロスが低減される。
【００３５】
しかし、ヒーターを高抵抗化するためにはヒーター材の比抵抗値を大きくする必要がある。一般的に、現在、ヒーターとして用いられている材料の多くは、比抵抗値を大きくすると抵抗温度係数ＴＣＲがマイナス側に大きくなる傾向がある。そのため、ヒーターを高抵抗化すると、エネルギー効率がアップする反面、当然ながらヒーターの単位面積当たりの消費電力も大きくなる。
【００３６】
ところで、記録ヘッド用基板には、モニター用のヒーター（以下、ランクヒーターと称す）が通常のヒーターと同一工程により形成されているものがある。この種の記録ヘッドを用いたインクジェット記録装置は、ランクヒーターの抵抗値（以下、ランク抵抗と称す）を測定し、ランク抵抗を基にして、ヒーターを駆動する際の駆動条件（例えば、駆動パルス幅または駆動電圧）を調整することにより、インクの吐出を最適な状態に安定させる。
【００３７】
このランクヒーターも例外でなく、従来と同じ測定電流もしくは従来より大きい測定電流にてモニターしようとすると、従来よりも単位面積あたりの消費電力が大きくなり、それに伴ってヒーター温度も上昇する。その影響で抵抗値が下がってしまうので、正確な抵抗値がモニターできなくなってしまう。もしその抵抗値を元に駆動パルス幅もしくは駆動電圧を決定したとすると、常温での抵抗値より低い数値でモニターされたため、吐出エネルギーは抵抗値×電流×電流×パルス幅にて定義されることからも分かるように、抵抗値が下がった分エネルギー不足となり、最悪インクが吐出しないことも考えられる。
【００３８】
そこで、この課題（ランクヒーターの温度上昇による抵抗値変化）を解決するために、測定電流を小さくすることが考えられる。しかし、ランク抵抗測定時の測定電流または測定電圧を小さくしたところ、配線部分などの寄生抵抗成分を拾ってしまい正確な数値をモニターできなかった。また、ヒーターの単位面積当たりの消費電力を一定としながら、ランクヒーターの昇温を抑える手段として、ヒーターのサイズを小さくすることが考えられる。しかし、そうすると、パターンのバラツキやプロセスのバラツキによる影響が大きくなってしまい、ランク抵抗と実際のヒーターの抵抗値との差が大きくなり、測定精度があまり良くなかった。
【００３９】
本発明の目的は、ヒーターの抵抗値を安定してモニターでき、高画質化、高速記録が可能な記録ヘッド用基板、記録ヘッド、記録装置を提供することである。
【００４０】
【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用基板は、電圧を印加されて記録を行なうための熱エネルギーを発生する発熱抵抗素子である複数のヒーターと、ヒーターの抵抗値のモニターのために抵抗値を測定される発熱抵抗素子であるランクヒーターとを同一基板上に有する記録ヘッド用基板において、ランクヒーターは、ランクヒーターの昇温を抑え、かつ抵抗値が安定するような電圧および電流の範囲で測定されることを特徴としている。
【００４１】
したがって、ランクヒーターの昇温が抑えられるので、温度変化による抵抗値の変化の影響を極力受けず、かつ抵抗値が安定しているので、抵抗温度係数ＴＣＲが大きなヒーター材を用いても温度変化の影響が少なく、また寄生抵抗成分の影響が少ない状態で、ヒーターの抵抗値を安定して正確にモニターすることができる。
【００４２】
また、ランクヒーターは、ランクヒーターの単位面積当たりの消費電力が１〜３ワット／平方ミリメートルの範囲となる電圧および電流で抵抗値を測定されることが好ましい。このヒーターおよびランクヒーターの材料は、抵抗温度係数が−１５０ｐｐｍ／セ氏度以上である場合に特に有効な手段となり得る。
【００４３】
また、ランクヒーターは、ヒーターと同一工程にて形成されていることが好ましい。さらにランクヒーターは、ヒーターと同じ構成およびサイズであるものを複数並べた構成であることが好ましい。
【００４４】
したがって、同一工程にて、同じ構成およびサイズに形成されたランクヒーターとヒーターとは測定条件の差が少なく、ランクヒーターの測定値がヒーターの特性をよく示す。また、同じ構成およびサイズのものを複数並べる構成にすることにより、パターンバラツキ、プロセスバラツキを吸収し、バラツキが平均化されるので、ヒーターの特性を良く示すモニター結果を得ることが可能になる。
【００４５】
また、ランクヒーターが複数設けられていてもよい。ランクヒーターが複数設けられていることにより、今度は基板内（ウェハー面内）のバラツキを吸収することもできる。特に、基板サイズが大きい場合に有効な手段となりうる。
【００４６】
本発明のインクジェット記録ヘッドは、上述した本発明の記録ヘッド用基板を有し、インクを吐出するための複数の吐出口がヒーターに対応して設けられている。
【００４７】
また、ランクヒーターの抵抗値のモニター結果を格納するための不揮発性メモリをさらに有してもよい。
【００４８】
本発明のインクジェット記録装置は、上述した本発明のインクジェット記録ヘッドと、インクジェット記録ヘッドを搭載するための部材とを少なくとも有している。
【００４９】
また、ランクヒーターの抵抗値のモニター結果を、インク吐出のためのヒーターの駆動にフィードバックするフィードバック手段をさらに有することが好ましい。
【００５０】
したがって、モニター結果がヒーターの駆動にフィードバックされることにより、基板毎の個体差が調整され、安定して良好にインクを吐出することができる。
【００５１】
また、フィードバック手段は、モニター結果を、ヒーターを駆動する信号のパルス幅または電圧にフィードバックしてもよい。
【００５２】
また、上述した不揮発性メモリを有するインクジェット記録ヘッドを搭載した際、フィードバック手段は、不揮発性メモリからモニター結果を読出して、インク吐出のためのヒーターの駆動にフィードバックすることとしてもよい。
【００５３】
また、本発明の一態様によれば、ヒーターは、ＴａｘＳｉｙＲｚで表され、ＲがＣ、ＯまたはＮから選択された１種以上の元素であり、指数ｘ、ｙおよびｚがｘ＋ｙ＋ｚ＝１００で定義される材料からなる薄膜により形成されている。
【００５４】
本発明のランクヒーター測定方法は、電圧を印加されて記録を行なうための熱エネルギーを発生する発熱抵抗素子である複数のヒーターと、ヒーターの抵抗値のモニターのために抵抗値を測定される発熱抵抗素子であるランクヒーターとを同一基板上に有する記録ヘッド用基板のランクヒーター測定方法において、
ランクヒーターの昇温を抑え、かつ抵抗値が安定するような電圧および電流の範囲で測定することを特徴としている。
【００５５】
また、ランクヒーターの単位面積当たりの消費電力が１〜３ワット／平方ミリメートルの範囲となる電圧および電流で抵抗値を測定することが好ましい。
【００５６】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００５７】
図１は、本発明によるものを含む一般的なインクジェット記録ヘッド用基板の一構成例を示す図である。図１において、ヒータアレイ２０１は、インクを吐出させるための熱エネルギーを供給する発熱抵抗素子である複数のヒーター（不図示）が配列されている領域である。パワーＭＯＳアレイ２０２は、ヒーターに電流を選択的に供給するためのトランジスタ（不図示）が配列されているドライバー領域である。
【００５８】
論理回路２０３は、ドライバーのトランジスタのスイッチング動作を制御するためのロジック回路（不図示）が配置されている領域である。また、パッド２０４は、インクジェット記録装置本体側との電気的接続を行うためのパッドが配置されている領域である。さらに、インク供給口２０５は、インクジェット記録ヘッド用基板２００の裏面側に設けられたインクタンク（不図示）から基板表面の各ヒーターの位置へインクを供給するためのインク供給口である。
【００５９】
図２は、図１におけるヒータアレイ２０１〜パッド２０４のヒーター一列分を詳細に示した図である。図２において、素子基板９００には、複数のヒーター９０１と、複数のパワートランジスタ（ドライバー）９０２と、シフトレジスタ９０４と、ラッチ回路９０３と、複数のＡＮＤゲート９１５と、入力端子９０５〜９１２が形成されている。素子基板９００は、一例として、ＴａｘＳｉｙＲｚ（ＲはＣ、ＯまたはＮから選択された１種以上の元素、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１００）で示される材料からなる薄膜で形成されている。
【００６０】
複数のヒーター９０１は、並列に配列されており、インクに吐出用の熱エネルギーを与える。
【００６１】
パワートランジスタ９０２は、各ヒーター９０１を駆動する。
【００６２】
シフトレジスタ９０４は、外部からシリアルに入力される画像データ及びこれに同期するシリアルクロックが入力され、１ライン毎に画像データを入力する。
【００６３】
ラッチ回路９０３は、ラッチ用のクロックに同期してシフトレジスタ９０４から出力された１ライン分の画像データをラッチし、パワートランジスタ９０２にパラレルに転送する。
【００６４】
複数のＡＮＤゲート９１５は、パワートランジスタ９０２に対応してそれぞれ設けられ、ラッチ回路９０３の出力信号を外部からのイネーブル信号に応じてパワートランジスタ９０２に印加する。
【００６５】
複数の入力端子９０５〜９１２は、画像データや各種信号等を外部から入力するため端子である。
【００６６】
このような構成において、シリアル信号として入力された画像データは、シフトレジスタ９０４によってパラレルな信号に変換され、ラッチ用のクロックに同期してラッチ回路９０３で出力保持される。この状態で入力端子を介してヒーター９０１の駆動パルス信号（ＡＮＤゲート９１５に対するイネーブル信号）が入力されることにより、画像データに応じてパワートランジスタ９０２がオンされ、対応するヒーター９０１に電流が流れて、その液流路（ノズル）のインクが熱され、ノズル先端よりインクが液滴として吐出される。
【００６７】
また、以上のような構成に加えて、素子基板９００には、素子基板９００の温度を測定するための温度センサや、ランクヒーター９１４などのセンサ類、ノズル内のインク温度制御を行うための保温ヒーター（不図示）などが形成される。ランクヒーター９１４は、ヒーター９０１と同一工程により形成されており、抵抗値（ランク抵抗）が測定される。測定されたランク抵抗は、記録ヘッド用基板の製造工程で生じるヒーターの抵抗値の基板毎のバラツキに対して駆動電圧や駆動パルス幅を調整制御するのに用いられる。
【００６８】
ランクヒーター９１４は記録ヘッド用基板の膜付けやエッチングなどの変動要素をヒーター９０１と同様に受けるようにするために、ヒーター９０１と同一工程により形成される。また、ランクヒーター９１４はヒーターサイズ等のパターンバラツキ、プロセスバラツキの影響をできるだけ小さくするために、同じ構成、サイズのものを複数個並べて、例えば平均をとるなどするのが望ましい。さらに、基板内に複数箇所設けることにより、基板内のバラツキ、ウェハ面内バラツキ等の平均化が可能になり、特に、基板サイズが大きい場合に、より精度の高い測定値のモニターが可能となる。
【００６９】
記録装置は、ランクヒーター９１４の抵抗値を測定し、測定された値を駆動条件（ここでは駆動パルス幅または駆動電圧）にフィードバックする。抵抗値をモニターする方法は、電流ソースによる方法と電圧ソースによる方法が考えられる。
【００７０】
ここでは電流ソースによる方法を例示する。
【００７１】
図３は、従来のランクヒーター測定条件を示すグラフである。従来のヒーターはシート抵抗値が比較的低いので、抵抗温度係数ＴＣＲ（ヒーターの温度特性）が小さかった。そのため、図３に示すように測定電流を大きくして、ある程度ランクヒーターのヒーター温度が上昇しても抵抗値には殆ど変化が無かった。したがって、ソース電流の測定領域として、かなり広い範囲が可能であり、測定領域について特に気にする必要がなかった。
【００７２】
しかし、エネルギー効率を上げるためにヒーターを高抵抗化するには、ヒーター材の比抵抗値を大きくする必要がある。そうすると、図４に示すように、抵抗温度係数ＴＣＲがマイナス側に大きくなり、温度上昇により抵抗値が下がる割合が大きくなる。特に、抵抗温度係数ＴＣＲが−１５０ｐｐｍ／℃以上となるヒーター材の場合に有効な手段となり得る。このようなヒーター材をランクヒーターにも用いてランク抵抗を測定しようとすると、図５に示すように、必然的に単位面積当たりの消費電力が大きくなる。そうすると、従来と同じレベルのソース電流にて抵抗値をモニターしようとしたとき、温度上昇による抵抗材の温度特性を拾ってしまい、モニターされるランク抵抗は低く出る。この抵抗値を基に駆動条件（駆動パルス幅または駆動電圧）を設定すると、エネルギー不足となり、理想的なインクの吐出が出来なくなり、最悪の場合にはインクが吐出されないことも考えられる。
【００７３】
その解決手段として、上述したように、可能な限りランクヒーターの温度を上昇させないように測定すればよい。それには測定電流を小さくすれば良いが、小さくし過ぎると、逆に図５に示されたように配線などの寄生抵抗成分を拾って、抵抗値がふらついてしまい、そのため正しい抵抗値がモニターできなくなる。
【００７４】
また、他の解決手段として、上述したように、ヒーターサイズを小さくすることにより、ランクヒーターの全体の昇温を抑える方法も考えられる。しかし、ヒーターサイズが小さくなると、パターンバラツキやプロセスバラツキの影響が大きくなり、ランクヒーターと実際のヒーターとの抵抗値の差が大きくなり、正しい値がモニターできないことにより、駆動条件の正確な調整ができなくなる。
【００７５】
すなわち、従来と同じ測定条件では、図６に示すように抵抗変化率が大きくなり、それにより必然的に図７に示すように単位面積当たりの消費電力も大きくなってしまう。そうすると、当然ながら、同じような傾向で図８に示すようにランクヒーターの温度も上昇してしまうために、正しいヒーターの抵抗を測定できなくなる。
【００７６】
そこで、本実施形態では、測定電流が図５に示した測定に適した領域となるようにソース電流を設定し、抵抗値の出力が安定している領域でランク抵抗を測定する。測定に適した領域とは、ランクヒーターが昇温せず、かつ電流値が安定するような領域であり、図５において測定電流の変化に対してランク抵抗の変化の少ない領域のことである。測定電流を測定に適した領域にするには、消費電力が１〜３［Ｗ／ｍｍ２］となるようにすればよい。それにより、安定したランク抵抗により、正しい（すなわち常温における）ヒーターの抵抗値を測定することができる。このようなランクヒーター測定方法によって測定された測定値は安定しており、かつ正確な値となる。そのような測定値を基に駆動条件を設定することにより、インクジェット記録装置は記録ヘッドからのインクの吐出を安定させることができる。なお、抵抗温度係数（ＴＣＲ）が−１５０ｐｐｍ／℃以上において特に有効な手段となり得る。
【００７７】
インクジェット記録装置の動作の一例について説明する。この例では、記録ヘッドは、ＥＥＰＲＯＭなどの不揮発性メモリを備えている。
【００７８】
まず、記録ヘッドの製造工程においてランク抵抗を測定し、その抵抗値または、その抵抗値から定まるランクなどを、インクジェット記録ヘッドに搭載される不揮発性メモリに格納する。ランク抵抗の測定は、上述したような、測定に適した測定電流の領域において行われる。このように製造された記録ヘッドはインクジェット記録装置に搭載される。
【００７９】
記録ヘッドの不揮発性メモリに格納されたランク等は、インクジェット記録装置の本体に搭載された読み取り装置により読み取られる。インクジェット記録装置は、そのランク等を基にして最適な駆動条件（駆動パルス幅または駆動電圧）を設定する。
【００８０】
そして、画像を記録する際には、インクジェット記録装置は、その駆動条件で動作する。これにより、インクジェット記録装置は安定してインクを吐出し、良好な画像を記録することができる。
【００８１】
インクジェット記録装置の動作の他の例について説明する。この例では、記録ヘッドは不揮発性メモリを備えていない。
【００８２】
まず、記録ヘッドに不揮発性メモリが備えられていない場合は、インクジェト記録装置は記録ヘッドのランクヒーターの抵抗値を読み取り、その値を基にして駆動条件を設定する。そして、画像を記録する際に、インクジェット記録装置は、その駆動条件で動作する。これにより、インクジェット記録装置は安定してインクを吐出し、良好な画像を記録することができる。
【００８３】
図９は、本実施形態の記録ヘッド用基板を用いて構成された記録ヘッドの一例を示す斜視図である。
【００８４】
同図に示すように、本実施形態の記録ヘッド２１は、図１に示したインク供給口２０５の両側に配されるヒータアレイ２０１の各発熱抵抗素子に対応して２列に配列された吐出口２１０を有している。すなわち、吐出口プレート２０６には、所定のピッチで並んだ吐出口２１０の列が２列がある。そして、本実施形態の記録ヘッド２１に対してはインクタンクＩＴが着脱自在に取付けられる。
【００８５】
図１０は、図９に示した記録ヘッドおよびインクタンクを装着して記録を行うインクジェット記録装置の一例を示す概略斜視図である。イエロー（Ｙ），マゼンタ（Ｍ），シアン（Ｃ）およびブラック（Ｂ）の各インクに対応した記録ヘッド２１Ｙ，２１Ｍ，２１Ｃおよび２１Ｂ（およびそれぞれのインクタンクＩＴ）はキャリッジ２０に着脱自在に設けられる。キャリッジ２０はガイドシャフト２３と摺動自在に係合し、またキャリッジ２０にはプーリー２５，２６およびベルト２８を介してモータ２７の駆動力が伝えられる。これにより、各記録ヘッド２１Ｙ，２１Ｍ，２１Ｃおよび２１Ｂは被記録媒体としての記録紙Ｐに対する走査を行うことができる。記録紙Ｐは、一対の搬送ローラ２２Ａ，２２Ｂにより、記録ヘッドの走査の間に所定量づつ搬送される。また、記録ヘッドの移動範囲の一端には、各記録ヘッドの吐出回復処理を行うための回復ユニット２４が設けられている。
【００８６】
なお、本発明は、特にインクジェット記録方式の中でも、インク吐出を行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（例えば電気熱変換体やレーザ光等）を備え、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記録ヘッド、記録装置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記録の高密度化、高精細化が達成できるからである。
【００８７】
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４７４０７９６号明細書に開示されている基本的な原理を用いて行うものが好ましい。この方式は所謂オンデマンド型，コンティニュアス型のいずれにも適用可能であるが、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、記録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、電気熱変換体に熱エネルギを発生せしめ、記録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，収縮により吐出用開口を介して液体（インク）を吐出させて、少なくとも１つの滴を形成する。この駆動信号をパルス形状とすると、即時適切に気泡の成長収縮が行われるので、特に応答性に優れた液体（インク）の吐出が達成でき、より好ましい。このパルス形状の駆動信号としては、米国特許第４４６３３５９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。なお、上記熱作用面の温度上昇率に関する発明の米国特許第４３１３１２４号明細書に記載されている条件を採用すると、さらに優れた記録を行うことができる。
【００８８】
記録ヘッドの構成としては、上述の各明細書に開示されているような吐出口，液路，電気熱変換体の組合せ構成（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本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、記録ヘッドの形態がどのようなものであっても、本発明によれば記録を確実に効率よく行うことができるようになるからである。
【００８９】
さらに、記録装置が記録できる被記録媒体の最大幅に対応した長さを有するフルラインタイプの記録ヘッドに対しても本発明は有効に適用できる。そのような記録ヘッドとしては、複数記録ヘッドの組合せによってその長さを満たす構成や、一体的に形成された１個の記録ヘッドとしての構成のいずれでもよい。
【００９０】
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記録ヘッド、あるいは装置本体に装着され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の供給が可能になる交換自在のチップタイプの記録ヘッド、あるいは記録ヘッド自体に一体的にインクタンクが設けられたカートリッジタイプの記録ヘッドを用いた場合にも本発明は有効である。
【００９１】
また、本発明の記録装置の構成として、記録ヘッドの吐出回復手段、予備的な補助手段等を付加することは本発明の効果を一層安定できるので、好ましいものである。これらを具体的に挙げれば、記録ヘッドに対してのキャッピング手段、クリーニング手段、加圧或は吸引手段、電気熱変換体或はこれとは別の加熱素子或はこれらの組み合わせを用いて加熱を行う予備加熱手段、記録とは別の吐出を行なう予備吐出手段を挙げることができる。
【００９２】
また、搭載される記録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他、記録色や濃度を異にする複数のインクに対応して複数個数設けられるものであってもよい。すなわち、例えば記録装置の記録モードとしては黒色等の主流色のみの記録モードだけではなく、記録ヘッドを一体的に構成するか複数個の組合せによるかいずれでもよいが、異なる色の複色カラー、または混色によるフルカラーの各記録モードの少なくとも１つを備えた装置にも本発明は極めて有効である。
【００９３】
さらに加えて、以上説明した本実施形態においては、インクを液体として説明しているが、室温やそれ以下で固化するインクであって、室温で軟化もしくは液化するものを用いてもよく、あるいはインクジェット方式ではインク自体を３０℃以上７０℃以下の範囲内で温度調整を行ってインクの粘性を安定吐出範囲にあるように温度制御するものが一般的であるから、使用記録信号付与時にインクが液状をなすものを用いてもよい。加えて、熱エネルギーによる昇温を、インクの固形状態から液体状態への状態変化のエネルギーとして使用せしめることで積極的に防止するため、またはインクの蒸発を防止するため、放置状態で固化し、加熱によって液化するインクを用いてもよい。いずれにしても熱エネルギーの記録信号に応じた付与によってインクが液化し、液状インクが吐出されるものや、被記録媒体に到達する時点ではすでに固化し始めるもの等のような、熱エネルギーの付与によって初めて液化する性質のインクを使用する場合も本発明は適用可能である。このような場合のインクは、特開昭５４−５６８４７号公報あるいは特開昭６０−７１２６０号公報に記載されるような、多孔質シート凹部または貫通孔に液状又は固形物として保持された状態で、電気熱変換体に対して対向するような形態としてもよい。本発明においては、上述した各インクに対して最も有効なものは、上述した膜沸騰方式を実行するものである。
【００９４】
さらに加えて、本発明インクジェット記録装置の形態としては、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、リーダ等と組合せた複写装置、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採るもの等であってもよい。
【００９５】
【発明の効果】
本発明によれば、ランクヒーターの昇温が抑えられているので、温度変化による抵抗値の変化の影響を極力受けず、かつ抵抗値が安定している領域で測定することが可能になるので、抵抗温度係数ＴＣＲが大きなヒーター材を用いても温度変化の影響が少なく、また寄生抵抗成分の影響が少ない状態で、ヒーターの抵抗値を安定して正確にモニターすることができ、インクジェット記録装置の高画質化、高速記録が可能になる。
【００９６】
また、同一工程、同じ構成およびサイズに形成されたランクヒーターを複数並べることにより、パターンバラツキやプロセスバラツキを吸収し、測定される値の平均化がされ、ランクヒーターの測定値がヒーターの特性をよく示すので、インクジェット記録装置の高画質化、高速記録が可能になる。
【００９７】
さらに、基板内に複数箇所設けることにより、基板内バラツキ、ウェハ面内バラツキ等の平均化が可能になり、特に、基板サイズが大きい場合に、より精度の高い測定値のモニターが可能になり、インクジェット記録装置の高画質化、高速記録が可能になる。
【００９８】
また、ランクヒーター抵抗値のモニター結果がヒーターの駆動にフィードバックされることにより、基板毎の個体差が調整され、安定して良好にインクを吐出することができるので、高画質化、高速記録が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のものを含む一般的なインクジェット記録ヘッド用基板の一構成例を示す図である。
【図２】図１におけるヒータアレイ２０１〜パッド２０４のヒーター一列分を詳細に示した図である。
【図３】従来のランクヒーター測定条件を示すグラフである。
【図４】シート抵抗と抵抗温度係数ＴＣＲとの関係を示すグラフである。
【図５】本実施形態におけるランクヒーター測定条件を示すグラフである。
【図６】ヒーター材の比抵抗値に対する、測定電流と抵抗値変化率の関係を示すグラフである。
【図７】ヒーター材の比抵抗値に対する、測定電流と単位面積当たりの消費電力の関係を示すグラフである。
【図８】ヒーター材の比抵抗値に対する、測定電流とランクヒーターの温度との関係を示すグラフである。
【図９】本実施形態の記録ヘッド用基板を用いて構成された記録ヘッドの一例を示す斜視図である。
【図１０】図９に示した記録ヘッドおよびインクタンクを装着して記録を行うインクジェット記録装置の一例を示す概略斜視図である。
【図１１】従来の記録ヘッド用基板の一構成例を示す図である。
【図１２】解像度および吐出量とヒーター面積との関係をドットで示しているグラフである。
【図１３】図１２における吐出量の小さい領域を拡大したグラフである。
【図１４】インクの吐出量４ｎｇおよび８ｎｇにおけるドットイメージを示す図である。
【図１５】同じ時間で画像を記録するとした場合の吐出量と吐出周波数との関係をドットで示すグラフである。
【図１６】同じスピードで画像を記録する場合のインク吐出量と消費エネルギーとの関係を示すグラフである。
【図１７】吐出量が８ｎｇの記録ヘッド用基板の等価回路である。
【図１８】吐出量が４ｎｇの記録ヘッド用基板の等価回路である。
【符号の説明】
２０　　キャリッジ
２１，２１Ｙ，２１Ｍ，２１Ｃ，２１Ｂ　　記録ヘッド
２２Ａ，２２Ｂ　　搬送ローラ
２４　　回復ユニット
２５，２６　　プーリー
２７　　モータ
２８　　ベルト
２００　　インクジェット記録ヘッド用基板
２０１　　ヒータアレイ
２０２　　パワーＭＯＳアレイ
２０３　　論理回路
２０４　　パッド
２０５　　インク供給口
２０６　　吐出口プレート
２１０　　吐出口
９００　　素子基板
９０１　　ヒーター
９０２　　パワートランジスタ（ドライバー）
９０３　　ラッチ回路
９０４　　シフトレジスタ
９０５〜９１２　　入力端子
９１４　　ランクヒーター
９１５　　ＡＮＤゲート
【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】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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