(57)【要約】【課題】  配線抵抗での電圧降下値に変動が生じても安定した電流をヒータに供給することが可能な記録ヘッド、及びその記録ヘッドを備えた記録装置を提供することである。【解決手段】  複数の記録素子各々に流すことができる電流値を制限するための調整回路を備え、記録素子に電流が流れる条件を、駆動素子に対する電流制限が機能する条件とすることで、配線抵抗での電圧降下の値に変動が生じた場合においても、その電流制限が機能し続ける範囲で記録素子を動作させる際には、安定した電流を記録素子に流すことが可能になる。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
共通の電源線に接続された複数の記録素子を有する記録ヘッドであって、
前記記録素子のそれぞれに直列に接続され、前記記録素子を駆動するための第１のトランジスタと、
前記記録素子に直列に接続されると共に前記第１のトランジスタと接続された第１の抵抗と、
前記第１のトランジスタと前記第１の抵抗との間の電位を受け前記第１のトランジスタを駆動するために印加する印加電圧を調整する第２のトランジスタとを有することを特徴とする記録ヘッド。
【請求項２】
前記第１、及び第２のトランジスタはＭＯＳトランジスタであることを特徴とする請求項１に記載の記録ヘッド。
【請求項３】
前記記録素子の駆動状態は、前記第１の抵抗に発生する電位差より検知されることを特徴とする請求項２に記載の記録ヘッド。
【請求項４】
前記第１の抵抗の一端は前記第２のＭＯＳトランジスタのゲートに接続され、他端はソースに接続され、
前記第２のＭＯＳトランジスタのドレインは、前記第１のＭＯＳトランジスタのゲートに接続されることを特徴とする請求項２に記載の記録ヘッド。
【請求項５】
前記駆動素子を駆動するための入力電圧を昇圧する昇圧回路と、
電前記昇圧回路の後段に、電源電圧側と電源接地側との間に直列接続された、互いに極性の異なる第３のＭＯＳトランジスタと第４のＭＯＳトランジスタとをさらに備え、
前記第３のＭＯＳトランジスタは前記電源電圧側に、前記第４のＭＯＳトランジスタは前記電源接地側に設けられることを特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載の記録ヘッド。
【請求項６】
前記第１のＭＯＳトランジスタのゲート電圧は、前記昇圧回路からの出力電圧を、前記第２のＭＯＳトランジスタと前記第３のＭＯＳトランジスタのオン抵抗により分圧した電圧となることを特徴とする請求項５に記載の記録ヘッド。
【請求項７】
前記第３のＭＯＳトランジスタと前記第４のトランジスタとの間に直列接続した第２の抵抗をさらに有し、
前記第１のＭＯＳトランジスタのゲート電圧は、前記昇圧回路からの出力電圧を、前記第２のＭＯＳトランジスタと、前記第３のＭＯＳトランジスタのオン抵抗と前記第２の抵抗値とにより分圧した電圧となることを特徴とする請求項５に記載の記録ヘッド。
【請求項８】
前記記録ヘッドはインクを吐出して記録を行うインクジェット記録ヘッドであることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の記録ヘッド。
【請求項９】
前記記録素子は発熱抵抗素子であることを特徴とする請求項１に記載の記録ヘッド。
【請求項１０】
前記記録素子は、熱エネルギーを利用してインクを吐出するために、インクに与える熱エネルギーを発生するための電気熱変換体であることを特徴とする請求項８に記載の記録ヘッド。
【請求項１１】
請求項１０に記載の記録ヘッドと、前記記録ヘッドに供給されるインクを保持するためのインク容器とを有することを特徴とする記録ヘッドカートリッジ。
【請求項１２】
前記インク容器にはインクが充填されている請求項１１に記載の記録ヘッドカートリッジ。
【請求項１３】
請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の記録ヘッド、或いは請求項１１又は請求項１２に記載の記録ヘッドカートリッジによって記録を行う記録装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は記録ヘッド及びその記録ヘッドを備えた記録装置に関し、特に、例えば、インクを吐出するために必要な熱エネルギーを発生する電気熱変換素子とそれを駆動するための駆動回路を同一の基板上に形成したインクジェット記録ヘッド及びその記録ヘッドを用いた記録装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、例えば、ワードプロセッサ、パーソナルコンピュータ、ファクシミリ等における情報出力装置として、所望される文字や画像等の情報を用紙やフィルム等シート状の記録媒体に記録を行うプリンタがある。
【０００３】
そのプリンタの記録方式としては様々な方式が知られているが、中でも、用紙等の記録媒体に非接触で記録が可能であり、カラー記録が容易であり、さらに静粛性に富む等の理由でインクジェット方式が近年特に注目されている。そして、その方式を採用した記録装置の構成としては、入力される記録情報に応じてインクを吐出する記録ヘッドを装着し、記録媒体の搬送方向と直角な方向にその記録ヘッドを往復走査しながら記録を行うシリアル記録装置が安価で小型化が容易などの点から一般的に広く用いられている。
【０００４】
特に、ヒータに数μ秒程度通電することで発生する熱エネルギーにより誘発されるインクの発泡現象をインク液滴の吐出に利用するサーマルインクジェット方式は、高密度に多数のノズルを記録ヘッドに形成することが可能である。
【０００５】
このようなサーマルインクジェット方式の記録ヘッド（以下、記録ヘッドという）では、シリコン単結晶基板などに半導体集積回路プロセスによりインク加熱を行うヒータとその保護膜、及びヒータに通電するためのドライバ回路とその制御を行う論理回路などを一体的で形成した記録素子基板（以下、ヒータボードという）を用いている。
【０００６】
図５は従来からのヒータボードの駆動例を説明するための図である。
【０００７】
図５では、説明を簡単にするために、ヒータボード上任意の一つのヒータＲＨとヒータＲＨに通電するためのドライバトランジスタＭ１、及びその周辺回路のみを抜粋して示している。
【０００８】
ヒータＲＨは５０Ωから３００Ω程度の抵抗値を持ち、ヒータ電源ＶＨに接続される。ここで、ヒータ電源ＶＨは十数Ｖから数十Ｖ程度の電圧である。また、ドライバトランジスタＭ１はヒータ電源ＶＨ以上の耐圧を有する高耐圧ＭＯＳトランジスタであり、ＭＯＳトランジスタＭ１がオンする時間だけ、ヒータＲＨに電流が流れることになる。
【０００９】
実際のヒータボードにおいては、この図に示す素子が記録ヘッドのノズル数に対応する数だけ配置されることになる。
【００１０】
また、これらの素子のほかに、ヒータボードには、電流をヒータに通電するための配線や、通電するべきヒータとその通電時間を規定するための論理回路、その論理回路に印加するべき信号をヒータボード内に入力するための入力回路、温度情報を検出するためのセンサなどが配置されている。
【００１１】
以下、図５に示した各素子について、詳細に述べる。
【００１２】
ＬＶＣは、論理回路（不図示）から印加されるヒートパルス信号の振幅を大きくするための昇圧回路である。論理回路から印加されるヒートパルス信号の振幅は３．３Ｖや５Ｖといった、比較的低い電圧振幅のパルス信号である。この電圧を８Ｖや１０Ｖなど、より高い電圧に昇圧回路ＬＶＣで昇圧変換する。ここでは、この昇圧変換された電圧電源をＶＨＡとしている。
【００１３】
昇圧電圧ＶＨＡに変換した電圧の駆動信号でパワーＭＯＳトランジスタを駆動することにより、パワーＭＯＳトランジスタのオン抵抗を小さくすることが可能となり、効率的なヒータ駆動を実現している。なお、図５に示した例ではＬＶＣはインバータとして機能し、次段のＭＯＳトランジスタＭ３、Ｍ４からなるインバータでさらに論理反転させた出力がパワーＭＯＳトランジスタＭ１のゲートに印加される構成となっている。
【００１４】
この構成では、ＭＯＳトランジスタＭ３、Ｍ４からなるインバータの出力が真となり、パワーＭＯＳトランジスタＭ１のゲートへ昇圧電圧ＶＨＡが印加され、ＭＯＳトランジスタＭ１がオン状態になるとヒータＲＨにヒータ電流が流れ、発熱、インク発泡を生じることになる。
【００１５】
ところで従来のヒータボードにおいては、ヒータ電流をヒータボード上の電源端子からヒータまで接続させる電源配線が必要であり、その配線には複数のヒータが接続されることになる。このような配線にはインピーダンスが存在するため、ヒータ電流が流れることでインピーダンスの値と流れる電流値に依存した電圧降下が配線部分で生じる。
【００１６】
図６は模式的に配線のインピーダンスを示した回路図である。
【００１７】
図６において、ＲＨは複数配置されたヒータアレイ、ＳＷは各ヒータに電流を通電制御するためのスイッチング素子、ＶＨは各ヒータ素子へ電流を流すための電源端子、ＧＮＤＨは各ヒータ素子を介して電源端子ＶＨからの電流が流れこむ電源接地端子、Ｒ１〜Ｒ１０は電源端子ＶＨとヒータＲＨないしスイッチング素子ＳＷを接続するための配線に寄生する抵抗である。
【００１８】
なお、スイッチング素子ＳＷは、図５に示したようなパワーＭＯＳトランジスタと、論理回路及び昇圧回路ＬＶＣなどにより実現されることとなる。
【００１９】
ここで、電源端子ＶＨから各ヒータへ流れる電流は、同時駆動するヒータ数に依存して変化する。そのため各ヒータ両端部に印加される電圧値も同時駆動するヒータ数に依存して変化することになる。即ち、同時駆動するヒータ数が少なく、配線部に流れる電流が小さいと配線部分での電圧降下は小さいものとなるが、駆動するヒータ数が多く流れる電流が大きくなると配線部での電圧降下が大きいものとなる。そのために実際にヒータの両端に印加される電圧は、駆動するヒータ数に依存して変化することになるのである。
【００２０】
さらに、この電圧値はヒータ位置によっても異なるものとなる。電源端子ＶＨにより近い場所に配置されたヒータでは、電流が流れる経路に存在する寄生抵抗は小さいが、電源端子ＶＨから離れた場所に配置されたヒータでは寄生抵抗が大きくなるためである。
【００２１】
従来より、このような同時駆動するヒータ数による電圧降下量の変化を軽減するために、ヒータボード内の電源配線を分割して各ヒータまで引き出し、電源端子と接続する方法が取られてきた。
【００２２】
通常、記録ヘッドでは、隣接するヒータを同時に駆動することはなく、連続した一区切りのヒータをそれぞれ順次駆動する時分割駆動とした構成がとられている。
【００２３】
例えば、連続して配置された１６個のヒータを時分割駆動のための一区切りと仮定すると、これらヒータの区切りの中では同時に複数のヒータを駆動することはない。それらの全てを駆動するためには、順次異なるタイミングでそれぞれのヒータを１つずつ駆動することとなり、その駆動を１６回繰り返すことで全てのヒータがはじめて駆動できる構成がとられている。
【００２４】
このように時分割駆動する連続する１６個のヒータを一つの独立した配線（分割配線）で電源端子まで引き出すことで、その配線には同時に複数のヒータを駆動するための電流は流れないようになる。こうした構成により同時駆動ヒータ数による配線での電圧降下差の影響軽減が行われてきている。
【００２５】
図７は従来の配線分割した場合の回路構成を示す模式図である。
【００２６】
図７において、図６のそれと同様に、ＲＨは複数配置されたヒータ、ＳＷは各ヒータに電流を通電制御するためのスイッチング素子、ＶＨは各ヒータ素子へ電流を流すための電源端子、ＧＮＤＨは各ヒータ素子から電流が流れこむ電源端子、Ｒ１〜Ｒ１０は電源端子と各ヒータおよびスイッチング素子を通電させるための配線に寄生する抵抗である。さらにＳ１〜Ｓ４は、連続して配置された時分割駆動のための一区切りを示す破線で、この区切りの内部では同時にオンすることが出来るヒータは１つのみとなる。
【００２７】
なお、スイッチング素子ＳＷは、図５に示したようなパワーＭＯＳトランジスタと、論理回路および昇圧回路ＬＶＣなどにより実現されることとなる。
【００２８】
ここで、配線抵抗Ｒ３〜Ｒ１０を等しい抵抗値となるように配線設計を行う。
【００２９】
図８は、配線抵抗Ｒ３〜Ｒ１０が等しい抵抗値となるように配線設計を行なった配線パターンの一例を示す図である。
【００３０】
図８から分かるように、電源端子ＶＨから各ヒータの一端へ時分割駆動の区切り毎に独立した配線により接続を行っている。なお、図示しないがヒータの他端は配線下部に設けられたスイッチング素子に接続され、スイッチング素子はさらにＧＮＤＨ配線に接続、独立した配線によりＧＮＤＨ端子へと同様に接続されている。
【００３１】
また、図８から示唆されるように、独立した配線の抵抗値を同程度とするために、端子に近いヒータへ接続する配線は細、遠い配線は太いパターンとなっている。
【特許文献１】特開平１１−１２９４７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３２】
しかしながら上記従来例の構成でも、依然として、以下のような問題点が存在する。
【００３３】
即ち、限られたヒータボード面積のなかで、独立して電流を供給するためには配線の幅と間隔の合計がそのヒータボード幅以下となる様に、各々の配線幅を細くする必要がある。そのため分割配線を行なかった場合と比較し、分割数が増加するほどに配線抵抗の値は高いものとなってしまう。
【００３４】
最近の記録ヘッドの傾向としては、記録速度向上の目的から同時駆動するヒータ数はさらに増加する傾向にあり、この配線抵抗の上昇は顕著となってきている。
【００３５】
こうした高い配線抵抗を介在させたヒータでインク発泡に必要な熱量を発生させるためには、この配線抵抗での損失分を加味した電力を印加しなければならなくなる。
【００３６】
こうした配線抵抗の値を小さくするためには、各配線の幅をより大きく確保することが考えられる。
【００３７】
しかしながら、記録速度向上のために同時駆動ヒータ数を増加させると、これらの配線幅の増加はヒータボードサイズの増加に直結し、この配線幅を確保するためだけにヒータボードサイズを大きくすることになる場合がありコスト上昇要因となってしまう。
【００３８】
次に、高い配線抵抗でもヒータで必要な熱量を発生できるように、電源電圧を高く設定することが考えられる。
【００３９】
しかしながら、高い電源電圧でのヒータ電流の制御を行うためには、電源電圧に対して十分な耐圧を有するスイッチング素子が必要となる。通常スイッチング素子はその耐圧に伴って素子のサイズが大きくなる傾向があり、この方法でもコストの上昇を招いてしまうこととなる。また、ヒータボードサイズの増加を招くことなく耐圧の向上を行うために、より高耐圧が実現できる構造の素子をヒータボード内に形成することが考えられるが、通常そのような素子は複雑な製造プロセスを用いて形成されることが多く、結果的に製造コストの上昇を招いてしまう。
【００４０】
さらに配線層の膜厚を厚くすることで配線抵抗を小さくすることも考えられる。
【００４１】
記録ヘッドに用いる記録素子は、記録ヘッドとしての目的を達成するために、その素子自体がインクに直接接触することになる。そのため、厚い配線層やヒータ上面には、インクの浸漬に対する十分な耐性を確保できる保護膜を形成しなければならない。この配線層を厚い膜により形成すると、配線パターン端部での段差が膜圧に応じて大きくなる。こうした大きな段差を保護膜により被覆するためにはその保護膜の膜厚も厚くする必要が生じる。こうした厚い保護膜の存在は、ヒータ膜からインクまでの熱の伝達特性を変化させ、インク発泡特性やインク吐出特性を再現性の低いものとしてしまうなどの新たな問題を招いてしまう。
【００４２】
また、分割配線は、上述のように、電源端子から各ヒータまでの配線抵抗値が一定となる様にレイアウト設計を行う必要がある。なぜなら、それぞれのヒータに印加されるエネルギーを一定なものとしなければ、ヒータ間でのインク発泡、インク吐出特性に変化が生じてしまい、結果として、記録品位が低下してしまうためである。
【００４３】
そのとき、配線抵抗値を一定となるようにするために、図８に示すように、電源端子に近いヒータに接続する配線では配線幅を細く、より遠くのヒータに接続する配線では配線幅は太くすることで、端子とヒータ間での抵抗値が等しくなるようなレイアウトとなっている。
【００４４】
これらの配線は、通常は、金属薄膜のエッチング処理（パターニング）により形成される。このエッチング工程には、通常は目標とするパターンサイズに対してオーバーエッチングないしアンダーエッチングといった製造上のエッチングのずれであるプロセス変動要因が存在する。
【００４５】
このとき、幅の細い（即ち、電源端子に近い）配線は、幅の太い（即ち、端子から遠い）配線に対してより敏感にそのプロセス変動による影響を受けることとなる。
【００４６】
このようなプロセス変動に対する影響度の違いが配線抵抗値のばらつきを招き、結果的に等しいエネルギーをヒータに印加することが出来なくなるという問題が生じてしまう。
【００４７】
ところで、こうして同じエネルギーをヒータに印加できない場合には、より小さいエネルギーが印加されるであろう配線抵抗の高い配線に接続されたヒータでも、確実にインクの発泡と吐出が達成される電力を、全てのヒータに対して等しく印加するような設計を行う。そうすることで、確実に全てのヒータにおいてインクの吐出が達成されるようになるためである。
【００４８】
このことは、配線抵抗の低い配線に接続されたヒータには、本来必要な電力よりも過剰な電力が印加されることを意味する。こうした過剰な電力の印加は、ヒータの寿命を短縮することとなり、記録ヘッドの信頼性の観点から問題となる。
【００４９】
以上、ヒータボード内部での配線抵抗に係る問題点について述べてきた。
【００５０】
しかしながら、通常、ヒータボードの配線はヒータボードのパッド端子で共通配線としてまとめられ、プリント基板などの別部品の配線に接続されることとなる。そして、それらの共通配線によって記録装置本体の電源へと接続される。
【００５１】
また、ヒータボード内部でも、図７のＲ１及びＲ２に示されるように、パッド端子近傍では分割した配線は共通配線として一つの配線パターンにまとめられる。
【００５２】
このような共通配線での電圧降下の影響は、ヒータボード内部での電源配線の分割による対策では回避することができないものであり、従来はこれらの影響を見込んだヒータ電流印加時間の制御などが求められてきた。
【００５３】
本発明は上記従来例の問題点に鑑みてなされたものであり、配線抵抗での電圧降下値に変動が生じても安定した電流をヒータに供給することが可能な記録ヘッド、及びその記録ヘッドを備えた記録装置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】
【００５４】
上記目的を達成するために本発明の記録ヘッドは、以下のような構成からなる。
【００５５】
即ち、共通の電源線に接続された複数の記録素子を有する記録ヘッドであって、前記記録素子のそれぞれに直列に接続され、前記記録素子の駆動する駆動素子と、前記駆動素子を駆動するために印加する印加電圧を、前記駆動素子に流れる電流が所定の値以下となるように調整する調整回路とを有することを特徴とする。
【００５６】
なお、前記駆動素子はＭＯＳトランジスタであり、前記調整回路は、前記記録素子に直列に接続された第１の抵抗と、前記第１の抵抗に接続された第２のＭＯＳトランジスタとを有することが望ましい。そして、前記記録素子の駆動状態は、前記第１の抵抗の両端に発生する電位差により検知される。
【００５７】
さらに、前記第１の抵抗の一端は前記第２のＭＯＳトランジスタのゲートに接続され、他端はソースに接続され、前記第２のＭＯＳトランジスタのドレインは、前記駆動素子のＭＯＳトランジスタのゲートに接続されることが望ましい。
【００５８】
またさらに、前記駆動素子を駆動するための入力電圧を昇圧する昇圧回路と、電前記昇圧回路の後段に、電源電圧側と電源接地側との間に直列接続された、互いに極性の異なる第３のＭＯＳトランジスタと第４のＭＯＳトランジスタとをさらに備え、前記第３のＭＯＳトランジスタは前記電源電圧側に、前記第４のＭＯＳトランジスタは前記電源接地側に設けられる構成をもつことが望ましい。
【００５９】
このような構成において、前記駆動素子としての前記ＭＯＳトランジスタのゲート電圧は、前記昇圧回路からの出力電圧を、前記第２のＭＯＳトランジスタと前記第３のＭＯＳトランジスタのオン抵抗により分圧した電圧となることが望ましい。
【００６０】
さらに別の態様として、前記第３のＭＯＳトランジスタと前記第４のトランジスタとの間に直列接続した第２の抵抗をさらに有する構成をもつ場合には、前記駆動素子としての前記ＭＯＳトランジスタのゲート電圧は、前記昇圧回路からの出力電圧を、前記第２のＭＯＳトランジスタと、前記第３のＭＯＳトランジスタのオン抵抗と前記第２の抵抗値とにより分圧した電圧となることが望ましい。
【００６１】
なお、上記記録ヘッドは、各記録素子からインクを吐出して記録を行うインクジェット記録ヘッドであることが好適であり、その場合、各記録素子は、熱エネルギーを利用してインクを吐出するべく、インクに与える熱エネルギーを発生するための電気熱変換体であることが望ましい。
【００６２】
またさらに前記第１の抵抗は、前記電気熱変換体と同質の膜により形成する構成をとることも可能である。
【００６３】
また他の発明によれば、上記構成の記録ヘッドによって記録を行う記録装置を備える。
【００６４】
以上説明した本発明に従う記録ヘッドでは、複数の記録素子各々に流すことができる電流値を制限するための調整回路が備えられ、記録素子に電流が流れる条件を、駆動素子に対する電流制限が機能する条件とすることで、配線抵抗での電圧降下の値に変動が生じた場合においても、その電流制限が機能し続ける範囲で記録素子を動作させる際には、安定した電流を記録素子に流すことが可能になる。
【００６５】
このような駆動条件下で、記録素子に通電させることで、常に制限電流がかかっている電流がヒータに流れることになる。制限された電流はほぼ制限値と等しい値となるため、記録素子には配線による電圧降下差などの影響を受けにくい安定した電流が流れることになる。その結果、複数の記録素子は安定的に発熱し、インクジェット記録ヘッドでは、安定したインク発熱と発泡が達成されることとなる。
【００６６】
従って本発明に従う記録ヘッドは、配線による電圧降下差の影響を抑制するので、従来必要であった配線分割による電圧降下差の回避を行う構成をもつ必要もなくなる。 
【発明の効果】
【００６７】
従って本発明によれば、同時駆動記録素子数により変化する、電源配線などでの電圧降下変動に起因した印加エネルギーの変動を記録素子に流れる電流変化を抑制することができるという効果がある。
【００６８】
その結果、従来、印加エネルギー変動を小さくするために行われていた電源配線の分割が不要となる。このことは、配線抵抗を低くすることにつながり、分割配線の構成を採用して厳密に抵抗の合せ込みを行っていた場合に必要となる配線幅の確保のためのチップ面積の拡大を抑制することができる。即ち、ヒータボードのチップ面積の縮小が達成される。
【００６９】
また、分割していた配線を共通とすれば配線抵抗値を低くすることとなり、配線抵抗値が高い場合に必要であったエネルギー損失を補うために高電圧駆動の必要性がなくなることを意味している。
【００７０】
言い換えると、広いチップ面積の、或いは複雑なプロセスで製造される高耐圧用のヒータボードを用いる必要がなくなる。その効果、チップ面積の縮小、および簡略な製造プロセスによるチップ生産コストの削減が期待できる。
【００７１】
さらに、配線抵抗の厚膜化の必要性が低くなるため、その厚膜配線の保護のための保護膜の厚膜化なども不要となり、厚い保護膜によるヒータからインクへの熱伝導特性の劣化などの問題も生じることがないという利点もある。
【００７２】
さらに、分割配線で生じる製造工程でのばらつきが、抵抗値のばらつきとして現れることもなくなり、抵抗ばらつきを加味した過剰なエネルギー印加が不要となる。その結果、過剰なエネルギー印加によるヒータ劣化が現れる可能性を低減できる。
【００７３】
またさらに、ヒータボード外部の共通配線抵抗での電圧降下変動の影響も低減することが可能となり、それらを見込んだヒータ駆動時間の変化のための補正制御も不要となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００７４】
以下添付図面を参照して本発明の好適な実施例について詳細に説明する。
【００７５】
なお、この明細書において、「記録」（「プリント」という場合もある）とは、文字、図形等有意の情報を形成する場合のみならず、有意無意を問わず、また人間が視覚で知覚し得るように顕在化したものであるか否かを問わず、広く記録媒体上に画像、模様、パターン等を形成する、または媒体の加工を行う場合も表すものとする。
【００７６】
また、「記録媒体」とは、一般的な記録装置で用いられる紙のみならず、広く、布、プラスチック・フィルム、金属板、ガラス、セラミックス、木材、皮革等、インクを受容可能なものも表すものとする。
【００７７】
さらに、「インク」（「液体」と言う場合もある）とは、上記「記録（プリント）」の定義と同様広く解釈されるべきもので、記録媒体上に付与されることによって、画像、模様、パターン等の形成または記録媒体の加工、或いはインクの処理（例えば記録媒体に付与されるインク中の色剤の凝固または不溶化）に供され得る液体を表すものとする。
【００７８】
またさらに、「ノズル」とは、特にことわらない限り吐出口ないしこれに連通する液路およびインク吐出に利用されるエネルギーを発生する素子を総括して言うものとする。
【００７９】
以下に用いる「素子基体」とは、シリコン半導体からなる単なる基体を指し示すものではなく、各素子や配線等が設けられた基体を示すものである。
【００８０】
さらに、「素子基体上」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。
【００８１】
＜インクジェット記録装置の説明（図１）＞
図１は本発明の代表的な実施形態であるインクジェット記録装置１の構成の概要を示す外観斜視図である。
【００８２】
図１に示すように、インクジェット記録装置（以下、記録装置という）は、インクジェット方式に従ってインクを吐出して記録を行なう記録ヘッド３を搭載したキャリッジ２にキャリッジモータＭ１によって発生する駆動力を伝達機構４より伝え、キャリッジ２を矢印Ａ方向に往復移動させるとともに、例えば、記録紙などの記録媒体Ｐを給紙機構５を介して給紙し、記録位置まで搬送し、その記録位置において記録ヘッド３から記録媒体Ｐにインクを吐出することで記録を行なう。
【００８３】
また、記録ヘッド３の状態を良好に維持するためにキャリッジ２を回復装置１０の位置まで移動させ、間欠的に記録ヘッド３の吐出回復処理を行う。
【００８４】
記録装置１のキャリッジ２には記録ヘッド３を搭載するのみならず、記録ヘッド３に供給するインクを貯留するインクカートリッジ６を装着する。インクカートリッジ６はキャリッジ２に対して着脱自在になっている。
【００８５】
図１に示した記録装置１はカラー記録が可能でり、そのためにキャリッジ２にはマゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、イエロ（Ｙ）、ブラック（Ｋ）のインクを夫々、収容した４つのインクカートリッジを搭載している。これら４つのインクカートリッジは夫々独立に着脱可能である。
【００８６】
さて、キャリッジ２と記録ヘッド３とは、両部材の接合面が適正に接触されて所要の電気的接続を達成維持できるようになっている。記録ヘッド３は、記録信号に応じてエネルギーを印加することにより、複数の吐出口からインクを選択的に吐出して記録する。特に、この実施形態の記録ヘッド３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方式を採用しており、記録信号に応じて対応する電気熱変換体にパルス電圧を印加することによって対応する吐出口からインクを吐出する。
【００８７】
さらに、図１において、１４は記録媒体Ｐを搬送するために搬送モータＭ２によって駆動される搬送ローラである。
【００８８】
＜インクジェット記録装置の制御構成（図２）＞
図２は図１に示した記録装置の制御構成を示すブロック図である。
【００８９】
図２に示すように、コントローラ６００は、ＭＰＵ６０１、後述する制御シーケンスに対応したプログラム、所要のテーブル、その他の固定データを格納したＲＯＭ６０２、キャリッジモータＭ１の制御、搬送モータＭ２の制御、及び、記録ヘッド３の制御のための制御信号を生成する特殊用途集積回路（ＡＳＩＣ）６０３、画像データの展開領域やプログラム実行のための作業用領域等を設けたＲＡＭ６０４、ＭＰＵ６０１、ＡＳＩＣ６０３、ＲＡＭ６０４を相互に接続してデータの授受を行うシステムバス６０５、以下に説明するセンサ群からのアナログ信号を入力してＡ／Ｄ変換し、デジタル信号をＭＰＵ６０１に供給するＡ／Ｄ変換器６０６などで構成される。
【００９０】
また、図２において、６１０は画像データの供給源となるコンピュータ（或いは、画像読取り用のリーダやデジタルカメラなど）でありホスト装置と総称される。ホスト装置６１０と記録装置１との間ではインタフェース（Ｉ／Ｆ）６１１を介して画像データ、コマンド、ステータス信号等を送受信する。
【００９１】
さらに、６２０はスイッチ群であり、電源スイッチ６２１、プリント開始を指令するためのプリントスイッチ６２２、及び記録ヘッド３のインク吐出性能を良好な状態に維持するための処理（回復処理）の起動を指示するための回復スイッチ６２３など、操作者による指令入力を受けるためのスイッチから構成される。６３０はホームポジションｈを検出するためのフォトカプラなどの位置センサ６３１、環境温度を検出するために記録装置の適宜の箇所に設けられた温度センサ６３２等から構成される装置状態を検出するためのセンサ群である。
【００９２】
さらに、６４０はキャリッジ２を矢印Ａ方向に往復走査させるためのキャリッジモータＭ１を駆動させるキャリッジモータドライバ、６４２は記録媒体Ｐを搬送するための搬送モータＭ２を駆動させる搬送モータドライバである。
【００９３】
ＡＳＩＣ６０３は、記録ヘッド３による記録走査の際に、ＲＡＭ６０２の記憶領域に直接アクセスしながら記録ヘッドに対して記録素子（ヒータ）の駆動データ（ＤＡＴＡ）を転送する。
【００９４】
＜記録ヘッドのインク流路とインク吐出口の構造（図９）＞
図９は記録ヘッド３の内、ブラックインクを吐出する部分の立体的な構造を示す斜視図である。
【００９５】
図９からブラック（Ｋ）のインクを収容したインクカートリッジ６Ｋから供給されるインクの流れが明らかになる。図９に示されているように、記録ヘッド３には、ブラック（Ｋ）インクを供給するインク供給チャネル１０２があり、インクカートリッジ６Ｋからはインク供給チャネル１０２に基板１００の裏面側からブラックインクを供給する供給路（不図示）が備えられている。
【００９６】
このインクチャネルを経てブラックインクは夫々、インク流路３０によって基板上に設けられた電気熱変換体（ヒータ）４０まで導かれる。そして、電気熱変換体（ヒータ）４０に対して後述する回路を通して通電されると、電気熱変換体（ヒータ）４０上にあるインクに熱が与えられ、インクが沸騰し、その結果、生じた泡によって吐出口３５からインク液滴９０が吐出される。
【００９７】
なお、図９において、１００は後で詳述する電気熱変換体やこれを駆動する種々の回路、メモリ、キャリッジ２との電気的接点となる種々のパッド、種々の信号線が形成される記録ヘッド用基板（以下、ヘッド基板、或いはヒータボードという）である。
【００９８】
また、１つの電気熱変換体（ヒータ）、これを駆動するＭＯＳ−ＦＥＴ、及び電気熱変換体（ヒータ）をまとめて記録素子といい、複数の記録素子を総称して記録素子部という。
【００９９】
図９では記録ヘッド３の内、ブラックインクを吐出する部分に対応する立体的な構造を示したが、他の３つのカラーインクを吐出するために用いる記録ヘッド３の対応部分も同様な構造をしている。ただし、その構造は図３に示す構成の３倍である。即ち、インクチャネルは３つであり、ヘッド基板の規模も約３倍程度となる。
【０１００】
＜ヘッドカートリッジの構成（図１０）＞
なお、上述のように、インクカートリッジと記録ヘッドとは分離可能に形成されて交換可能な構成としても良いが、これらインクカートリッジと記録ヘッドとを一体的に構成したヘッドカートリッジとして、インクがなくなったときにはそのヘッドカートリッジ全体を交換できるようにしても良い。
【０１０１】
図１０は、インクカートリッジと記録ヘッドとが一体構成となったヘッドカートリッジＩＪＣの構成を示す外観斜視図である。ヘッドカートリッジＩＪＣは、図１０に示すように、点線Ｋの部分から左側がインクカートリッジ部ＩＴであり、右側が記録ヘッド部ＩＪＨとなっている。そして、このようなヘッドカートリッジＩＪＣにはキャリッジに搭載されたときに、キャリッジ側から供給される電気信号を受け取るための電極（不図示）が設けられており、この電気信号によって、記録ヘッドが駆動されてインクが吐出される。
【０１０２】
なお、図１０において、５００はインク吐出口列である。また、インクカートリッジ部ＩＴにはインクを保持するために繊維質状もしくは多孔質状のインク吸収体が設けられ、インクが充填されている。
【０１０３】
以下、上記のインクジェット記録装置に搭載される、本発明に従う記録ヘッドの実施例について説明する。
【０１０４】
［第１の実施例］
図３は本発明の第１実施例に従う記録ヘッド３のヒータボードに（素子基体）に作り込まれている構成を等価回路で図示しており、ここでは複数のヒータの内、一つのヒータＲＨとその周辺回路のみを抜粋して示した図である。なお、従来例で示した図５の回路構成と共通の部分は同じ参照記号を用いている。
【０１０５】
具体的には、図３にはヒータボード上任意の一つのヒータＲＨとそのヒータに通電するためのドライバトランジスタＭ１、及びその周辺回路が示されている。
【０１０６】
ここで、ヒータＲＨは５０Ωから１ｋΩ程度の抵抗値を持ち、十数Ｖから数十Ｖ程度の電圧であるヒータ電源ＶＨに接続される。また、ドライバトランジスタＭ１はヒータ電圧ＶＨ以上の耐圧を有する高耐圧ＭＯＳトランジスタであり、ＭＯＳトランジスタＭ１がオンする時間だけヒータＲＨに電流が流れる。
【０１０７】
なお、実際のヒータボードには、この図に示す素子が記録ヘッドのノズル数に対応する数だけ作り込まれていることになる点、また、これらの素子のほかに、通電するべきヒータとその通電時間を規定するための論理回路、その論理回路に印加するべき信号をヒータボード内に入力するための入力回路、温度情報を検出するためのセンサなどが作り込まれ配置されている点は従来例と同様である。
【０１０８】
以下、図３の各素子について述べる。
【０１０９】
ＬＶＣは、論理回路（不図示）から印加されるヒートパルス信号の振幅を大きくするための昇圧回路である。論理回路から印加されるヒートパルス信号の振幅は３．３Ｖや５Ｖといった比較的低い電圧振幅のパルス信号であるが、この電圧を８Ｖや１０Ｖなど、より高い電圧（ＶＨＡ）に昇圧変換する。このようにして、ロジック電圧よりも高い電圧でパワーＭＯＳトランジスタを駆動することにより、トランジスタのオン抵抗を小さくし、効率的なヒータ駆動を可能としている。なお、この実施例で、昇圧回路ＬＶＣはインバータとして機能し、次段のＭＯＳトランジスタＭ３、Ｍ４からなるインバータでさらに論理反転させる構成となっている。
【０１１０】
ＭＯＳトランジスタＭ３、Ｍ４からなるインバータの出力がパワーＭＯＳトランジスタＭ１のゲートへ印加され、ＭＯＳトランジスタＭ１がオン状態になるとヒータＲＨにヒータ電流が流れ、発熱、インク発泡を生じることになる。
【０１１１】
さて、ＭＯＳトランジスタＭ２は、抵抗Ｒ１とともに帰還回路を構成している。
【０１１２】
ヒータ電流が流れたとき、抵抗Ｒ１の両端には一定の電圧が発生する。この電圧がＭＯＳトランジスタＭ２の閾値電圧Ｖｔｈ以上となると、パワーＭＯＳトランジスタＭ１のゲート電圧は、昇圧回路ＬＶＣの出力を、ＭＯＳトランジスタＭ２とＭ３のオン抵抗により分圧した電圧まで低下する。
【０１１３】
このような回路構成で、抵抗Ｒ１の抵抗値、及びＭＯＳトランジスタＭ２とＭ３のオン抵抗値を最適な値とすれば、帰還回路の効果によりヒータ電流はある一定値以上流れないように電流制限を加えることができる。即ち、所望のヒータ電流が流れたとき、抵抗Ｒ１により生じる電位差がＭＯＳトランジスタＭ２がオンする閾値電圧Ｖｔｈ程度になる値とすればよい。
【０１１４】
従って以上説明した実施例に従えば、帰還回路による電流制限により、各ヒータに流れる電流を一定なものとすることが可能となる。
【０１１５】
［第２の実施例］
図４は本発明の第２実施例に従う記録ヘッド３のヒータボードに実装される複数のヒータの内、一つのヒータＲＨとその周辺回路のみを抜粋して示した図である。なお、従来例で示した図５の回路構成、及び第１実施例で示した図３の回路構成と共通の部分は同じ参照記号を用いている。従って、既に説明した構成要素の説明は省略する。
【０１１６】
図４に示す構成を図３に示す構成と比較すると、第２実施例では第１実施例と同様に、ヒータ電流からパワーＭＯＳトランジスタのゲート電圧に帰還回路を設けることで電流制限を行っているが、第２実施例では抵抗Ｒ２が付加されている点が異なる。
【０１１７】
以下、第２実施例に特徴的な素子について述べる。
【０１１８】
この実施例において、昇圧回路ＬＶＣはインバータとして機能し、次段のＭＯＳトランジスタＭ３、Ｍ４、及び抵抗Ｒ２からなるインバータでさらに論理反転させる構成となっている。そして、ＭＯＳトランジスタＭ３、Ｍ４、及び抵抗Ｒ２からなるインバータの出力がパワーＭＯＳトランジスタＭ１のゲートへ印加され、Ｍ１がオン状態になるとヒータＲＨにヒータ電流が流れ、発熱、インク発泡を生じる。
【０１１９】
さて、この実施例の特徴でもある抵抗Ｒ２は、パワーＭＯＳトランジスタＭ１のゲート電圧に印加される電圧を、後述の帰還回路を構成するＭＯＳトランジスタＭ２のオン抵抗との分圧によりを制御するために配置している。
【０１２０】
第１実施例と同様に、ＭＯＳトランジスタＭ２は、抵抗Ｒ１とともに帰還回路を構成している。従って、ヒータ電流がヒータＲＨに流れたとき、抵抗Ｒ１の両端には一定の電圧が発生する。この電圧がＭＯＳトランジスタＭ２の閾値電圧Ｖｔｈ以上となったとき、パワーＭＯＳトランジスタＭ１のゲート電圧として、昇圧回路ＬＶＣからの出力がＭＯＳトランジスタＭ３、抵抗Ｒ２とＭＯＳトランジスタＭ２のオン抵抗により分圧した電圧まで低下したものが印加される。
【０１２１】
ここで、抵抗Ｒ１とＲ２の抵抗値、及びＭＯＳトランジスタＭ２とＭ３のオン抵抗を最適な値とすれば、帰還回路の効果によりヒータ電流はある一定値以上流れないように電流制限を加えることができる。即ち、所望のヒータ電流が流れたとき、抵抗Ｒ１により生じる電位差が、ＭＯＳトランジスタＭ２がオンする閾値Ｖｔｈ程度になる値とすればよい。
【０１２２】
従って、以上説明したこの実施例に従えば、帰還回路による電流制限により、各ヒータに流れる電流を一定なものとすることが可能となる。
【０１２３】
さて、第１実施例の構成と比較するなら、この実施例では、ＭＯＳトランジスタＭ２、Ｍ３に加えて、抵抗Ｒ２の値を調整することでヒータ電流の値が選択可能となるので、例えば、ＭＯＳトランジスタＭ２、Ｍ３の両方に比較的小さいサイズのトランジスタを配置した場合においても、パワーＭＯＳトランジスタＭ１のゲート電圧設定値の自由度を広げることが可能となる点でさらに有利である。
【０１２４】
また、抵抗Ｒ２を付加することで、パワーＭＯＳトランジスタＭ１のゲートへの電荷印加を緩やかに進行させる効果もある。
【０１２５】
パワーＭＯＳトランジスタのゲートに急激に電荷が印加されると、ＭＯＳトランジスタのオン抵抗が短時間に低くなり、ドレイン・ソース間電流が急激に流れることになる。このような急峻な電流変化は場合によっては電源ノイズを誘発し、記録ヘッドが誤動作する可能性があるので、パワーＭＯＳトランジスタＭ１のゲートへの電荷印加を緩やかに行なうことには利点がある。
【０１２６】
［他の実施例］
なお、図３〜図４に示したヒータＲＨを駆動するために用いる駆動素子としてのパワートランジスタではＭＯＳトランジスタであったが、本発明はこれによって限定されるものではなく、例えば、その駆動素子としてバイポーラトランジスタを用いても良い。この場合、昇圧回路からの出力電圧はバイポーラトランジスタのベース電圧に印加され、そのベース電圧は、電源電圧ＶＨと基板電位ＧＮＤＨとの間に直列接続された複数の極性の異なるバイポーラトランジスタのオン抵抗により分圧された値となる。
【０１２７】
また、そのバイポーラトランジスタのベース電圧は、電源電圧ＶＨと基板電位ＧＮＤＨとの間に直列接続された複数の極性の異なるバイポーラトランジスタのオン抵抗と、例えば、図４のように接続された抵抗素子Ｒ２により分圧された値となる。
【０１２８】
以上説明した実施例は、発熱体（ヒータ）によりインクを急激に加熱、気化させ、発生した気泡の圧力によりインク液滴をオリフィスから吐出させるインクジェット記録ヘッドを例に挙げて説明したが、これ以外の方式によって記録を行う記録ヘッドに対しても本発明が適用できることは明らかであろう。
【０１２９】
この場合、上記各実施例におけるヒータ抵抗の代わりに、各方式で使用する素子がそれぞれ設けられることとなる。
【０１３０】
なお、以上の実施例において、記録ヘッドから吐出される液滴はインクであるとして説明し、さらにインクタンクに収容される液体はインクであるとして説明したが、その収容物はインクに限定されるものではない。例えば、記録画像の定着性や耐水性を高めたり、その画像品質を高めたりするために記録媒体に対して吐出される処理液のようなものがインクタンクに収容されていても良い。
【０１３１】
以上の実施例は、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）を備え、前記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を用いることにより記録の高密度化、高精細化が達成できる。
【０１３２】
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。この方式はいわゆるオンデマンド型、コンティニュアス型のいずれにも適用可能である。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膜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ーを発生せしめ、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１対１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をすると、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。
【０１３３】
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。
【０１３４】
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、電気熱変換体の組み合わせ構成（直線状液流路または直角液流路）の他に熱作用面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。
【０１３５】
さらに、記録装置が記録できる最大記録媒体の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としては、上述した明細書に開示されているような複数記録ヘッドの組み合わ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。
【０１３６】
加えて、上記の実施例で説明した記録ヘッド自体に一体的にインクタンク（容器）が設けられたカートリッジタイプの記録ヘッドカートリッジでも良く、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の構成としてもよい。なお、記録ヘッドカートリッジのインクタンクにはインクが充填もしくは再充填されているものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１３７】
【図１】本発明の代表的な実施例であるインクジェット記録装置の構成の概要を示す外観斜視図である。
【図２】図１のインクジェット記録装置の制御回路の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の第１実施例に従う記録ヘッド３のヒータボードに実装される複数のヒータの内、一つのヒータＲＨとその周辺回路のみを抜粋して示した図である。
【図４】本発明の第２実施例に従う記録ヘッド３のヒータボードに実装される複数のヒータの内、一つのヒータＲＨとその周辺回路のみを抜粋して示した図である。
【図５】従来の記録ヘッドに搭載される記録素子の駆動回路図である。
【図６】従来の記録ヘッドに搭載される記録素子の配線のインピーダンスを模式的に示した図である。
【図７】従来の記録ヘッドにおいて配線分割した記録素子の配線のインピーダンスを模式的に示した図である。
【図８】図７に示す配線抵抗Ｒ３〜Ｒ１０が等しい抵抗値となるように配線設計を行なった配線パターンの一例を示す図である。
【図９】記録ヘッド３の内、ブラックインクを吐出する部分の立体的な構造を示す斜視図である。
【図１０】インクカートリッジと記録ヘッドとが一体構成となったヘッドカートリッジＩＪＣの構成を示す外観斜視図である。
【符号の説明】
【０１３８】
ＧＮＤＨ  電源接地端
ＬＶＣ  昇圧回路
Ｍ１  パワーＭＯＳトランジスタ
Ｍ２  ＮＭＯＳトランジスタ（帰還回路）
Ｍ３  ＰＭＯＳトランジスタ
Ｍ４  ＮＭＯＳトランジスタ
ＲＨ  ヒータ抵抗
Ｒ１  抵抗（帰還回路）
Ｒ２  抵抗
Ｒ１〜Ｒ１０  配線寄生抵抗
ＳＷ  スイッチング素子
ＶＨＡ  昇圧電源
ＶＨ  ヒータ電源
【図１】
2005169866.tif 000003
【図２】
2005169866.tif 000004
【図３】
2005169866.tif 000005
【図４】
2005169866.tif 000006
【図５】
2005169866.tif 000007
【図６】
2005169866.tif 000008
【図７】
2005169866.tif 000009
【図８】
2005169866.tif 000010
【図９】
2005169866.tif 000011
【図１０】
2005169866.tif 000012